發(fā)布時間：2020-09-16 08:40

　　 現(xiàn)代超標(biāo)量處理器普遍采用激進的亂序執(zhí)行技術(shù),多條指令在處理器中同時亂序執(zhí)行,使得只有部分指令處于關(guān)鍵路徑上,對這部分指令鑒別和優(yōu)化成為認識和突破現(xiàn)代處理器性能瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)之一。指令關(guān)鍵性研究建立在程序相關(guān)圖和關(guān)鍵路徑分析基礎(chǔ)之上,通過分析對程序執(zhí)行時間有貢獻的指令和微事件,揭示微處理器的性能瓶頸和程序特性,從而指導(dǎo)處理器優(yōu)化設(shè)計。 本文研究了Fields程序相關(guān)圖模型,構(gòu)建了一種用以描述程序在分簇超標(biāo)量處理器中執(zhí)行的相關(guān)圖模型,分析并實現(xiàn)了基于固定窗口的在線程序關(guān)鍵路徑分析框架,并對該框架的有效性進行了驗證。然后,論文提取了指令關(guān)鍵性信息,針對使用二值以及關(guān)鍵可能性(LoC,likelihood of criticality)度量的指令關(guān)鍵性信息,分別采用熵以及統(tǒng)計方法對指令關(guān)鍵性的特性進行了研究,研究表明,使用二值度量的指令關(guān)鍵性具有極大的與歷史無關(guān)的隨機性,而使用LoC度量的指令關(guān)鍵性則存在一定的結(jié)構(gòu)無關(guān)和動態(tài)不變性。根據(jù)發(fā)現(xiàn)的指令關(guān)鍵性特性,本文提出了一種靜態(tài)LoC關(guān)鍵性預(yù)測器設(shè)計方法,該方法通過Profile提取指令LoC并將其載入預(yù)測器,處理器使用載入的LoC來對指令執(zhí)行進行優(yōu)化。 最后,本文研究了關(guān)鍵性預(yù)測在提升分簇超標(biāo)量處理器性能方面的應(yīng)用。針對簇內(nèi)資源競爭和簇間通信開銷對性能的影響,分別使用關(guān)鍵性預(yù)測來指導(dǎo)指令調(diào)度和分派。研究表明,基于關(guān)鍵性預(yù)測的指令調(diào)度能有效地提升程序性能,使用本文開發(fā)的靜態(tài)LoC預(yù)測器能夠獲得與動態(tài)預(yù)測器相同的性能提升,在4x2、2x4和1x8處理器結(jié)構(gòu)下,該靜態(tài)預(yù)測器使程序性能平均提升2.9%、4.1%和5.3%。針對指令分派停頓,提出了一種使用處理器執(zhí)行關(guān)鍵模式的分派停頓方法,實驗結(jié)果表明,在改進的分派算法中,使用處理器執(zhí)行關(guān)鍵模式的分派停頓能有效地提升整型程序的性能:當(dāng)不使用基于關(guān)鍵性預(yù)測的指令調(diào)度時,在4x2、2x4、1x8結(jié)構(gòu)下,該方法使整型程序性能平均提升2.7%、3.0%和4.3%;在使用基于關(guān)鍵性預(yù)測的指令調(diào)度時,整型程序性能的平均提升分別為3.2%、4.7%、7.3%。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：TP332

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