[发明专利]配置成利用非对称多线程对可变长度向量进行操作的向量处理器

说明书

公开了计算机处理器。计算机处理器包括一个或多个处理器资源。计算机处理器还包括耦合至一个或多个处理器资源的多个硬件线程单元。计算机处理器可以配置成允许仅通过多个硬件线程单元的硬件线程单元的子集对一个或多个处理器资源的同时访问。子集中的硬件线程的数量可以小于多个硬件线程单元的硬件线程的总数。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年2月2日提交的美国临时专利申请62/110,840和2015年5月19日提交的美国实用新型专利申请号14/716,216的权益，这两个申请的公开内容通过引用被全部并入本文。

技术领域

本公开的实施方式涉及向量处理器，且特别地涉及包括利用非对称多线程对可变长度向量进行操作的一个或多个指令的向量处理器的架构和实现。

背景技术

向量指令是使用一个指令对一组值进行执行的指令。例如，在x86架构的流式SIMD扩展(SSE)指令ADDPS$xmm0,$xmm1(对封装的单精度浮点值求和)中，两个xmm寄存器每个保存4个单精度浮点值，它们被加到一起并存储在第一寄存器中的。这个行为等效于伪码序列：

for(i＝0；i4；i++)

$xmm0[i]＝$xmm0[i]+$xmm1[i]

该组值可来自寄存器、存储器或这两者的组合。保存通常预期由向量指令使用的几组值的寄存器被称为向量寄存器。在一组中的值的数量被称为向量长度。在一些例子中，向量长度也用于描述由向量指令执行的操作的数量。通常，在向量寄存器中的值的数量和在调用向量寄存器的相应向量指令中的操作的数量是相同的，但它们在某些情况中可以是不同的。

包括向量指令的指令集架构被称为向量ISA或向量架构。实现向量ISA的处理器被称为向量处理器。

向量ISA——其中所有向量指令从存储器读取它们的向量输入并写到存储器而不使用任何向量寄存器——被称为存储器到存储器向量或存储器-向量架构。

向量ISA——其中所有向量指令除了加载或存储以外只使用向量寄存器而不访问存储器——被称为寄存器-向量架构。

向量指令(例如上面的ADDPS)可隐含地指定固定数量的操作(在ADDPS指令的情况下是四个)。这些被称为固定长度向量指令。固定长度寄存器-向量指令的另一术语是SIMD(单指令多数据)指令。

使用定制技术将先前时代的向量处理器实现在多个板上以提高性能。它们中的大部分以常常需要超级计算机的高性能计算机应用(例如天气预报)为目标。然而，技术发展使得单芯片微处理器能够在性能上超过这些多板实现，导致这些向量处理器逐步被淘汰。替代地，超级计算机变成将这些高性能微处理器中的多个组合在一起的多处理器。

这些处理器的共同特性是，它们通常不与来自同一公司的较早的型号兼容，因为指令集根据型号不同而改变。这种情况由这些处理器以问题领域为目标的事实所激发，其中在问题领域提取尽可能多的性能是关键的，并且人们愿意重写应用以这么做。但是，这种情况可能导致机器的实现细节在指令集中被暴露，且当机器实现细节根据型号不同而改变时，指令集可能改变。例如，可被指定的最大向量长度由向量寄存器在每个实现中可保存的元素的最大数量确定。

当晶体管的密度继续上升时，向量处理器的第二潮流出现。到20世纪90年代后期时，通用微处理器已经达到通过增加它们可支持的标量功能单元的数量的收益递减点，尽管仍然有可用于支持更多的标量功能单元的芯片区域。同时，存在在这些微处理器上直接支持视频编码和解码的愿望。这两个趋势的汇合导致将各种固定长度向量扩展引入到现有通用架构——例如Intel x86的MMX、IBM PowerPC的Altivec/VMX和DEC Alpha的MVI。