[发明专利]一种基于调节发射队列降低微处理器软错误易感性的方法

说明书

本发明公开了一种基于调节发射队列降低微处理器软错误易感性的方法，属于微处理器部件的软错误缓解研究领域。本发明通过降低发射队列占用对微处理器的发射队列进行软错误缓解。大量的指令被存放在发射队列中，使得发射队列十分容易受到软错误的影响。因此本发明通过对指令块数据相关图进行多次迭代遍历，从而找到指令块的最长关键路径，并将这个最长关键路径作为发射队列的动态尺寸。本发明通过静态编译动态调整发射队列尺寸提供了一种微处理器软错误易感性缓解方法。

技术领域

本发明涉及一种基于调节发射队列降低微处理器软错误易感性的方法，属于微处理器部件的软错误缓解研究领域。

背景技术

数十年来，微处理器在集成电路与体系结构技术研究的共同推动下发展十分迅速。设计人员通常将提升微处理器的性能作为第一要义，但集成电路制造工艺的发展使得芯片尺寸不断缩小的同时，芯片内部出现软错误的概率也大大增加，使得软错误(SoftError)引起微处理器可靠性降低的问题也变得不容忽视。软错误通常指因高能粒子轰击集成电路导致的瞬态故障，是导致一些微处理器可靠性降低的主要原因。

在超标量的微处理器体系结构中，发射队列作为流水线中最重要的部件之一，主要运用于指令级并行。发射队列保留流水线中分配的指令，直到这些指令被送到功能单元执行。大量的指令被存放在发射队列中，使得发射队列十分容易受到软错误的影响。现有技术中，对软错误缓解方法进行分析时，软件层面一般有编译优化、冗余以及动态控制三种方法：

(1)编译优化

2008年，Jones等为了证明系统的软错误易感性与所选用的测试程序相关，将同一段程序采用不同的编译方法进行编译后，记录并比较所得AVF值的变化情况。2009年，Lee等结合应用程序与ACE分析法对寄存器文件的AVF值进行计算，主要是利用优化编译的方式对寄存器文件的软错误易感性进行分析。此外，为了减少该部件出现软错误的概率，还提出了编译管理的方法对寄存器文件进行保护。

(2)冗余

目前，许多研究人员都通过冗余技术对微处理器的软错误进行缓解。冗余一般分为代码冗余与部件冗余。采用代码冗余的代表性研究如，Tan等提出相似感知的保护机制(SAWP)，对指令的缓冲做出了近似完全的ECC保护。Wang等提出了寄存器文件的ECC防护，采用故障注入对处理器中最敏感的部件进行分析，然后通过指令字的奇偶校验法对该部件进行软错误防护，该方法使得软错误率降低了75％左右。采用部件冗余进行软错误缓解的代表性研究如，Vadlamani等给出了一个自适用双模冗余方案，Li等则提出了基于PRIM的重定序缓冲冗余。

(3)动态控制

动态控制主要分为主动控制与被动控制两种形式，主动控制降低AVF值的方法即考虑AVF值和软硬件之间的关系，然后对相关参数进行调整。此方式实施起来较为简单，硬件的开销也较小。被动控制降低AVF值的方法即设定一个阈值，当相应值超过所设的阈值则开启容错机制。采用此形式需要对AVF的值进行实时监控，但是该过程不仅十分复杂，而且还会导致很大的硬件开销。

传统的微处理器软错误易感性缓解方法虽然能够取得一定的成果，但是仍然存在一定的问题：对所有的部件使用冗余保护，将导致微处理器的面积、性能、能耗和设计成本等大大增加。此外，目前大多数采用动态控制进行软错误缓解的研究中，获取动态控制的阈值的方式主要还是需要对部件的AVF值或ACE位进行监控，该实时监控过程比较复杂，实施难度大。

目前，有许多研究都证明发射队列对软错误十分敏感，因此，一开始让所有的相关指令都进入到发射队列中是没有必要的，相关指令的源操作数并未就绪时，唤醒指令会使得发射队列的队列占用增加，导致部件对软错误更加的敏感。如果对进入发射队列的指令数进行控制，能有效降低发射队列的软错误易感性。现有技术中为了缓解发射队列的软错误易感性的过程中，目前没有对发射队列的尺寸进行动态调节的相关研究。

发明内容