Affordable kilo-instruction processors
- Autores: Miquel Pericàs Gleim
- Directores de la Tesis: Adrián Cristal Kestelman (dir. tes.), Mateo Valero Cortés (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2008
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Eduard Ayguadé Parra (presid.), Alejandro Ramírez Bellido (secret.), Gurindar Sohi (voc.), Osman Unsal García (voc.), Theo Ungerer (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
Diversos motius expliquen l'estancament en el que es troba el desenvolupament del processador tradicional dissenyat per maximitzar el rendiment d'un únic fil d'execució. Per una banda, técniques agressives com la supersegmentacó del camí de dades o l'execució fora d'ordre tenen un impacte molt negatiu sobre el consum de potència i la complexitat del disseny. Altrament, l'increment en la freqüència del processador augmenta la discrepància entre la velocitat del processador i el temps d'accés a memòria principal. Tot i que les memòries cau redueixen considerablement el nombre d'accessos a memòria principal, aquests accessos introdueixen latencies prou grans per reduir considerablement el rendiment. Tècniques convencionals com l'execució fora d'ordre, útils per ocultar accessos a les memòries cau de 2on nivell, no estan pensades per ocultar latències tan grans. Caldrien cues amb mides de centenars d'instruccions i milers de registres per tal de no interrompre l'execució en el moment de produir-se un accés a memòria principal. Desafortunadament, la tecnologia disponible no és eficient per implementar aquestes estructures monolíticament, doncs resultaria un temps d'accés molt elevat, un consum de potència igualment elevat i un àrea no menyspreable. En aquesta tesi s'han estudiat tècniques que permeten l'implementació d'un processador amb capacitat per continuar processant instruccions en el cas de que es produeixin accessos a memòria principal. Les condicions per a que aquest processador sigui implementable són que estigui basat en estructures de mida convencional i que tingui una unitat de control senzilla. El repte es troba en conciliar un model de processador distribuït amb un control senzill. El problema del disseny del processador s'ha enfocat observant el comportament d'un processador de recursos infinits. S'ha observat que l'execució segueix uns patrons molt interessants, basats en la localitat d'execució. En aplicacions numèriques s'observa que més del 70% de les instruccions no depenen de accessos a memòria principal. Aixó és molt important doncs mostra que sempre hi ha una porció important d'instruccions executables poc després de la decodificació. Aixó permet proposar un nou tipus de processador amb dues unitats d'execució. La primera unitat (el "Cache Processor") processa a alta velocitat instruccions independents de memòria principal. La segona unitat ("Memory Processor") processa les instruccions dependents de accessos a memòria principal, pero de forma molt més relaxada, cosa que li permet mantenir milers de instruccions en vol. Aquesta proposta rep el nom de Decoupled KILO-Instruction Processor (D-KIP) i té forces avantatges: per un costat permet la construcció d'un kilo-instruction processor basat en estructures convencionals i per l'altre simplifica el disseny ja que minimitza les interaccions entre ambdos unitats d'execució.En aquesta tesi es proposen dos implementacions de processadors desacoblats: el D-KIP original, i el Flexible Heterogeneous MultiCore (FMC). Sobre aquestes propostes s'analitza el rendiment i es compara amb altres tècniques que incrementan el parallelisme de memoria, com el prefetching o l'execució "runahead". D'aquesta avaluació es desprén que el processador FMC té un rendiment similar al de un processador convencional amb una finestra de 1500 instruccions en vol. Posteriorment s'analitza l'integració del FMC en entorns multicore/multiprogrammats. La tesi es completa amb la proposta d'una cua de loads i stores (LSQ) per a aquest tipus de processador.
