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基于EPIC动态同时多线程寄存器文件管理机制的研究

2020-11-22阅读(564)

基于EPIC动态同时多线程寄存器文件管理机制的研究

论文摘要

开发并行性是提高微处理器性能的重要途径，EPIC技术是继超标量和超长指令字之后更为有效的开发ILP的方法，它采用软硬件合作的方式，提高指令级并行。但由于程序自身固有的相关性和并行性，进一步开发ILP变得越来越困难。因此，更高层次的并行性——线程级并行TLP便成为了微体系结构研究者们关注的热点。动态同时多线程DSMT在同时多线程SMT的基础上加入了线程动态提取机制，更具有并行性开发的能力。基于EPIC的动态同时多线程是在EPIC技术的基础上进行DSMT扩展，是将两种先进技术结合的一次有意义的全新尝试。 寄存器文件是多线程处理器的瓶颈之一。由于多线程环境下有多个活跃的现场，则有更多的指令需要寄存器来保存其中间结果；但是随着寄存器数目的增加，处理器的面积、功耗将会相应增大，且寄存器的访问延时也会加长，因此，如何在保证处理器性能的前提下尽量减小寄存器文件大小并提高其利用率，就成了多线程微处理器研究中的重要问题。 本文研究了基于EPIC的DSMT体系结构中寄存器文件管理机制问题。论文中提出的寄存器管理机制SREN通过软硬件结合的方式提高了物理寄存器的利用率。它结合了寄存器重命名和寄存器堆栈引擎技术，使之应用于寄存器映射表的逻辑寄存器表项中，实现了逻辑上连续物理上离散的寄存器分配原则，减少了物理寄存器的需求；同时，根据操作数位宽窄的特点，SREN中实现了窄值另存技术优化；基于虚拟映射表自身结构，应用了物理寄存器置后分配技术，缩短了寄存器的生命周期。另一方面，通过编译等手段，在指令中加入寄存器去配信息，对寄存器实现了提前去配，进一步缩短了寄存器的生命周期，提高了寄存器的利用率。本文还开发了基于EPIC动态同时多线程体系结构的模拟器，并对本文设计的寄存器管理策略做了性能模拟和分析。 模拟结果表明，本文所提出的寄存器管理机制能够减少物理寄存器的使用，提高寄存器的利用率，并为基于EPIC的多线程体系结构的进一步研究奠定了基础。

论文目录

  • 图目录
  • 表目录
  • 算法目录
  • 公式目录
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • §1.1 课题研究背景
  • §1.2 课题研究的意义
  • §1.3 国内外相关研究的情况
  • §1.4 本文的主要工作
  • §1.5 文章的组织
  • §1.6 课题的研究成果
  • 第二章 基于EPIC的动态同时多线程
  • TM微处理'>§2.1 EIPC技术和ItaniumTM微处理
  • §2.2 多线程技术
  • §2.3 基于EPIC的动态同时多线程微体系结构
  • §2.4 EDSMT微体系结构中对寄存器文件的要求
  • 2.4.1 寄存器文件大小与系统性能的矛盾
  • 2.4.2 提高寄存器利用率是关键
  • 2.4.3 本课题的研究重点
  • §2.5 本章小结
  • 第三章 基于EDSMT的寄存器文件管理机制研究
  • TM的寄存器单元概述'>§3.1 ItaniumTM的寄存器单元概述
  • §3.2 寄存器文件管理机制SREN的基本结构
  • 3.2.1 设计思路分析
  • 3.2.2 SREN总体结构概述
  • §3.3 SREN中寄存器置后分配
  • §3.4 本章小结
  • 第四章 SREN中的两种优化技术
  • §4.1 寄存器提前去配技术
  • §4.2 提前去配技术实现及算法描述
  • 4.2.1 无回路流图分析
  • 4.2.2 有回路流图分析
  • §4.3 窄值另存技术
  • 4.3.1 窄值另存技术分析
  • 4.3.2 窄值另存技术中额外的硬件逻辑分析
  • §4.4 两种优化技术的结合
  • §4.5 读写操作数流程
  • §4.6 本章小结
  • 第五章 SREN中寄存器重命名
  • §5.1 寄存器重命名技术简介
  • §5.2 SREN中对寄存器堆栈技术的应用
  • §5.3 SREN中“中间寄存器旋转”技术
  • 5.3.1 SREN中的中间寄存器状态
  • 5.3.2 SREN中的中间寄存器旋转技术
  • §5.4 SREN中寄存器重命名地址运算
  • §5.5 本章小结
  • 第六章 RSE机制在SREN中的应用
  • TM微处理器中RSE机制简介'>§6.1 ItaniumTM微处理器中RSE机制简介
  • §6.2 SREN中的RSE机制
  • §6.3 SREN中对NaT位和I／A位的处理
  • §6.4 SREN中对RSE算法的修改
  • §6.5 RSE工作方式
  • §6.6 本章小结
  • 第七章 测试验证及性能分析
  • §7.1 基于EDSMT体系结构的模拟器设计
  • 7.1.1 两款相关的模拟器分析
  • 7.1.2 基于EDSMT体系结构模拟器流水线设计
  • 7.1.3 模拟器其它部分设计
  • 7.1.4 关键技术模拟
  • §7.2 实验结果及性能分析
  • §7.3 本章小结
  • 第八章 结束语
  • 致谢
  • 硕士期间发表的论文
  • 参考文献

    • 相关论文文献

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