多核系统中支持任务级乱序多发射的主控核设计

发布时间：2019-10-08 14:47

【摘要】：随着多核技术的不断发展,单个芯片上集成的处理核越来越多,所带来的潜在计算能力也越来越大。但实际上大多数多核系统在运行时有较多的处理核长时间处于空闲状态,因而并没有获得理想的并行度,潜在的计算能力也没有得到充分地挖掘,从而造成了计算资源的浪费。因此如何有效调度片上多核系统中的处理核、充分挖掘并行度就成为了当前多核技术上的一个重要课题。任务级乱序多发射,是将在单个处理核中已经应用成熟的指令级乱序多发射的核心技术进行扩展,包括寄存器重命名、动态调度等技术,使其应用在由多个处理核组成的粗粒度任务流水线上,自动追踪任务间的数据依赖,灵活调度片上的处理核,从而充分挖掘任务级并行性,提升资源利用效率。本文针对以上问题,在基于片上网络通信架构的多核系统上,对于如何设计支持任务级乱序多发射的主控核进行了深入研究。本文的主要工作如下：1.深入研究了传统指令级乱序多发射的关键技术的原理与实现；分析了将指令级乱序多发射扩展到任务级乱序多发射所面临的问题,分析了目标系统特征对实现任务级乱序多发射所提出的要求,并给出了相应的解决方案。2.提出了一种新颖的支持任务级乱序多发射的主控核设计方案。该主控核采用了两级编程架构,设计了任务级寄存器重命名机制以消除假数据相关,采用追踪“任务—寄存器”间的相关性替代“任务—任务”间的相关性,通过资源分配器和分支预测器分别解决结构冒险和控制冒险。同时,本文设计了一种新颖的任务级动态调度器和用于管理片上处理核的资源分配器。另外,本文还引入了对任务内多处理核间的SIMD工作模式的支持。3.完成了一种可重构运算器的流水化设计,并提出了一种基于NoC通信的异构多核系统架构。通过在该异构多核系统上加载实验,验证了本文所设计主控核功能的正确性。4.根据任务级乱序多发射技术的主要影响因素,在该异构多核系统中映射了具有不同特征的应用,从而评估了在本文所设计主控核的控制下该系统的性能,并初步探索了任务映射的原则。
【图文】：

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流水线的概念，将广泛应用于单核系统中的寄存器重命名、动态调度扩展到任务逡逑级，动态检测任务间数据相关性，从而乱序执行非推测任务，实现任务级乱序多逡逑发射。如图１．１所示为任务级乱序超标量流水线示意图Ｗ，，关键在于前端任务窗中逡逑的任务间相关性解析和重命名操作，并将就绪的任务发送到后端多核系统中执行。逡逑文献［１７］通过搭建一个周期精确的片上多核处理器（ＣＭＰ）的模巧器ＴａｓｋＳｉｍ来评逡逑２逡逑

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２N１数据冒险逡逑指令间数据相关性可细分为Ｈ种真数据相关、输出相关和反相关。其中逡逑输出相关和反相关统称为名称相关。如图２．１所示为Ｈ种数据相关性的示意图，假逡逑设按照程序顺序指令ｉ在指令ｊ之前。逦＾逡逑（＾ｄｄ邋ｒ３，ｒｌ＾）ｓ＾邋（ｆｌ：邋Ａｄｄ邋ｒ３，ｒｌｉ＂２，ｒ逡逑ｉ逦ｒ３邋Ｉ逦ｒ３逦｜邋巧＿逡逑Ａｄｄ逦＾邋（邋ｊ：邋Ａｄｄ逦＾Ａｄｄｒ３，ｒ４，ｒ５逡逑（ａ）邋Ｔｒｕｅ邋ｄａｔａ邋ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ邋（ｂ）邋Ｏｕｔｐｕｔ邋ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ逦（ｃ）邋Ａｎｔｉ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ逡逑图２．１邋Ｈ种数据相关性示意图逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｒａｗｉｎｇ邋ｏｆ邋ｔｉｉｅ邋ｔｈｒｅｅ邋ｄａｔａ邋ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｉｅｓ逡逑１）
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP332

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