处理器架构——多发射处理器技术

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多发射处理器总结

无论是动态多发射还是静态多发射，核心思想就是“推测+指令打包”，利用并行的硬件资源去提高IPC（指令数/周期）。

• 静态多发射是利用compiler进行推测，将不具有数据冒险的指令成对打包，组成超长指令字（Very long instruction word, VLIW），而硬件只需要提供并行的解码与执行单元，并扩展总线宽度即可达到，是一种较为古老但是很实用的技术，常在轻量级的处理器中使用。
• 动态多发射也称为超标量，由硬件决定每个周期issue的指令数目。“推测”由硬件负责，动态的避免数据冒险，并将无数据冒险的指令分配给不同的执行单元，这种分配可以看作是广义的“打包”，利用的就是可以同时执行指令的执行单元。
• 据我了解，目前主流x86 CPU都是采用动态多发射+动态流水线调度。而主流GPU计算卡，只采用动态多发射。
• 许多超标量处理器又将动态流水线调度技术包括在内。而动态流水线调度的核心就是指令可以乱序执行，比如Tomasulo算法的利用。

数据冒险

• 在指令顺序执行的流水线技术中，只会有RAW造成流水线阻塞，而WAR和WAW不会造成影响，因为这其实是一种寄存器的“名字相关”，编译器可以绕过；
• 在动态流水线中，若支持指令乱序执行，WAR和WAW必须保序；

动态调度-Tomasulo算法

利用寄存器重命名发消除WAR和WAW的算法，动态调度核心思想是“顺序发射-乱序执行-顺序提交”，保留站相当于在执行单元门后排队，谁的数据准备好了就可以进入到执行单元中，最后由Re-order buffer（ROB）实现提交。实际上，动态调度就是利用硬件实现指令流的分析，在不影响程序原有数据流逻辑的基础上尽可能的乱序执行指令，与取指令的顺序不同。

GPU与CPU的多发射技术对比（待考究）

• CPU的动态多发射技术需要指令顺序发射、乱序执行、顺序写回去达到大的IPC。
• GPU的一个基本计算单元是包括16个warp的，这warp之间可以看作是16个issue enrty，且在做密集计算时，stall bubble很容易会被16个warp填满。每个warp内部，可以看作是一个简单的动态多发射但是数序发射、顺序执行、顺序写回的小CPU。