[发明专利]一种面向SIMT统一染色阵列的指令集

说明书

本发明公开了一种面向SIMT统一染色阵列的指令集，该指令集采用RISC结构，每条指令均为单字长；支持32个通用定点寄存器、32个通用浮点寄存器、32个特殊功能定点寄存器、32个特殊功能浮点寄存器；该指令集包括定点指令、浮点指令、控制指令和存储加载指令，构成了一个完整的图形处理器SIMT统一染色阵列中染色内核的指令集。本发明可以极大地方便染色程序的编写，并有效提升染色的效率，可用于自主图形处理器芯片的研制。

技术领域

本发明属于图形处理器设计领域，涉及图形处理器染色内核的指令集设计，尤其涉及一种面向SIMT统一染色阵列的指令集。

背景技术

图形处理器(GPU)是进行图形绘制、图像及视频处理和显示的关键部件，普遍存在于各类需对窗口系统、图形界面、游戏场景、图像应用和视频播放等进行加速的系统之中。SIMT统一染色阵列是统一染色图形处理器中负责顶点和像素染色的核心部件。SIMT统一染色阵列(USA)由多个SIMT染色器簇(SSC)成，而每个SSC则又有多个染色处理单元(SPU)组成，每个SPU由4个染色内核(SC)和1个特殊功能单元(SFU)组成。

为具备较强的通用性，通用的CPU内核控制逻辑和实现复杂，集成度不能做到很高，且为具有广泛的适应性，指令集较为庞大，指令种类繁多、寻址方式复杂；SSC作为图形处理器中专门用于对顶点、像素染色进行并行处理的专用处理器簇，具有专用性，运算面向特定应用，更加注重专用运算能力、并行度和集成度，故需要控制简便、实现简单、运算定制、可大量集成的染色内核。因此，SIMT统一染色阵列的指令集不宜采用通用性强的通用CPU指令集，而需要采用面向图形处理染色任务专门设计、定制的指令集。此外，图形处理器、以及统一染色阵列设计和实现的差异，决定了不同的设计和实现，必须采用与之适应的指令集，才能获得较高的图形加速性能。

发明内容

本发明的目的是：提供一种适用于图形处理器SIMT统一染色阵列中染色内核设计的指令集。

本发明的技术解决方案是：

一种面向SIMT统一染色阵列的指令集，该指令集采用RISC结构，每条指令均为单字长；该指令集支持32个通用定点寄存器、32个通用浮点寄存器、32个特殊功能定点寄存器、32个特殊功能浮点寄存器；该指令集包括定点指令、浮点指令、控制指令和存储加载指令，共4类139条指令，构成了一个完整的图形处理器SIMT统一染色阵列中染色内核的指令集。

1、所述的定点指令：

包括算术运算指令、特殊运算指令、条件传送指令、条件设置指令、无条件传送指令、位操作指令；

算术运算、特殊运算、条件传送、条件设置指令默认为有符号运算；无条件传送、位操作指令默认为无符号运算；

算术运算指令包括：加法、带进位加法、减法、带借位减法、乘法、乘累加、除法、取余；

特殊运算指令包括：对数、指数、倒数、倒数平方根、平方根、正弦、余弦；

条件传送指令包括：小于传送、大于传送、小于等于传送、大于等于传送、等于传送、不等于传送；

条件设置指令包括：小于设置、大于设置、小于等于设置、大于等于设置、等于设置、不等于设置；

无条件传送指令包括：无条件传送、特殊寄存器无条件传送、SFU无条件传送、SFU特殊寄存器无条件传送；

位操作指令包括：与、与非、或、或非、异或、异或非、逻辑左移、算术左移、逻辑右移、算术右移；

定点指令，除特殊寄存器无条件传送和SFU特殊寄存器无条件传送指令外，每条指令的源操作数均有寄存器操作数和立即数操作数两种格式，(即目的操作数－源操作数，具有R－R、R－I两种；其中，R：寄存器，I－立即数)；特殊寄存器无条件传送和SFU特殊寄存器无条件传送指令源操作数仅具有寄存器格式(R－R)。