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レジスタ・キャッシュ・システムの省電力化手法

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レジスタ・キャッシュ・システムの省電力化手法
Vol.2013-ARC-206 No.3
2013/7/31
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IPSJ SIG Technical Report
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Graduate School of Information Science and Technology,
The University of Tokyo
໊‫ݹ‬԰େֶେֶӃ޻ֶ‫ڀݚܥ‬Պ
Graduate School of Engineering, Nagoya University
[email protected]
ⓒ 2013 Information Processing Society of Japan
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1
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Main
Register
File
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Main
Register
File
Register Cache
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Register Cache
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FIFO
FIFO
Write
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FIFO
ਤ 1
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FUs
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ຊߘͰ͸ɼ͜ͷ MRF ΁ͷϥΠτΛେ෯ʹ࡟‫͢ݮ‬ΔϥΠ
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ⓒ 2013 Information Processing Society of Japan
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2.1 ϨδελɾΩϟογϡɾγεςϜͷ֓ཁ
2.3 ϨδελɾΩϟογϡɾγεςϜ΁ͷϥΠτ
RCS ͷϒϩοΫਤ͸ɼਤ 1 ʹࣔͨ͠ɽલষͰड़΂ͨΑ͏
RC ʹର͢ΔϥΠτ͸௨ৗɼϥΠτɾεϧʔํࣜͰॲཧ
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͞ΕΔɽ͢ͳΘͪɼϨδελ΁ͷॻ͖ࠐΈ͸ɼRC ͱಉ࣌
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ʹɼফඅిྗΛ 1/3 ఔ౓ʹ࡟‫͢ݮ‬Δ͜ͱʹ੒ޭ͍ͯ͠Δɽ
ϥΠτɾεϧʔͰ͸ɼ1 ճͷϥΠτ͝ͱʹɼ࣍ͷ֊૚΁ͷ
ಛʹɼԘ୩Β͕ఏҊͨ͠ NORCS (Non-latency-Oriented
1 ճͷϥΠτʢεϧʔʣ͕ൃੜ͢Δ͜ͱʹͳΔɽ
Register Cache System) Ͱ͸ɼRC ώοτ࣌ʹ΋ϨΠςϯ
͔͠͠ϨδελɾΩϟογϡʹ͓͍ͯ͸ɼϥΠτɾόο
γΛ࡟‫͍ͳ͠ݮ‬ʮRC ϛεΛԾఆͨ͠ύΠϓϥΠϯʯͷ࠾
Ϋͷ͜ͷΑ͏ͳϝϦοτ͸ੜ͡ͳ͍ɽ͜Ε͸ɼ௨ৗͷϝϞ
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Ϧͷϩέʔγϣϯͱ͸ҟͳΓɼϨδελʹରͯ͠͸Ϧωʔ
͍Δɽ
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ྩͷσεςΟωʔγϣϯʹ͸ผͷ෺ཧϨδελׂ͕Γ౰ͯ
εΧογϡɾόοϑΝ͸ɼͦΕҎ֎ͷҰൠͷํࣜʹ΋Ԡ༻
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ຊఏҊΛཧղ͢ΔͨΊʹ͸·ͣɼ෺ཧϨδελͷׂΓ౰
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Δɽ
ʮ2 ճ໨ͷϥΠτʯ͸ͦ΋ͦ΋ଘࡏ͠ͳ͍ɽ
RC ΛϥΠτɾόοΫͱ͢ΔͱɼϥΠτɾόοΫ࣌ʹ RC
࣍અͰ·ͣ෺ཧϨδελͷׂΓ౰ͯͱղ์ʹ͍ͭͯ·ͱΊ
ΛಡΈग़ͨ͢Ίͷϙʔτ͕༨‫ʹܭ‬ඞཁʹͳΓɼ͔͑ͬͯෆ
ͨ‫ޙ‬ɼ2.3 Ҏ߱Ͱ RCS ΁ͷϥΠτʹ͍ͭͯઆ໌͢Δɽ
རͰ͋Δɽ
Ҏ্ͷཧ༝ʹΑΓɼRC ͸ϥΠτɾεϧʔͱ͢ΔͷͰ͋Δɽ
2.2 ෺ཧϨδελͷׂΓ౰ͯͱղ์
෺ཧϨδελ΁ͷϦωʔϛϯάΛϕʔεʹ͢ΔํࣜͰ
͸ɼۭ͖෺ཧϨδελ͸ϑϦʔɾϦετʹΑͬͯ؅ཧ͞Ε
͍ͯΔ [8]ɽ
ϦωʔϜ࣌ʹɼϑϦʔɾϦετ͔Βۭ͖෺ཧϨδελ͕
औΓग़͞Εɼ໋֤ྩͷσεςΟωʔγϣϯʹରׂͯ͠Γ౰
ͯΒΕΔɽ
ϓϩάϥϜɾΦʔμ্Ͱɼ͋Δ࿦ཧϨδελ L Λσε
ςΟωʔγϣϯͱ͢Δ໋ྩΛॱʹ Ip1 ɼIp2 ɼ· · · ͱ͢Δɽ
·ͨɼIp1 ɼIp2 ͷσεςΟωʔγϣϯʹ͸෺ཧϨδελ
2.4 MRF ΁ͷϥΠτͷফඅిྗ
RCS Ͱ͸ɼҎԼͷཧ༝ʹΑΓɼMRF ͷిྗͷେ෦෼͸
ϥΠτʹΑΔ΋ͷͱͳΔɿ
Ϧʔυ
Ϧʔυͷେ෦෼͸ RC ͰΧόʔ͞ΕɼMRF ʹର
ͯ͠͸΄ͱΜͲߦΘΕͳ͍ɽRC ώοτ཰͸ɼ90% ఔ
౓Ҏ্ʹͳΔɽ
ϥΠτ
ϥΠτɾεϧʔͷͨΊɼ͢΂ͯ MRF ʹରͯ͠΋
ߦΘΕΔɽ
NORCS ͷධՁͰ͸ɼRCS ͷશిྗͷ൒෼Λ RCɼ࢒Γ
P1 ɼP2 ɼ· · · ͕ͦΕͧΕׂΓ౰ͯΒΕͨͱ͢Δɽਤ 2 Ͱ͸ɼ
ͷ൒෼Λ MRF ͕ফඅ͍ͯ͠ΔɽMRF ͷμΠφϛοΫి
Ip1 : L(P1 ) = · · · ͳͲͱද‫͍ͯ͠ݱ‬Δɽ
ྗͷ΄ͱΜͲΛϥΠτ͕઎Ί͍ͯΔͨΊɼ݁‫ ہ‬RCS ͷશ
P1 ʹ֨ೲ͞ΕΔ໋ྩ Ip1 ͷ࣮ߦ݁ՌΛࢀর͢ΔՄೳੑ
͕͋Δͷ͸ɼϓϩάϥϜɾΦʔμ্Ͱ໋ྩ Ip1 ʙIp2 ͷؒʹ
ిྗͷ൒෼ఔ౓Λ MRF ΁ͷϥΠτ͕઎ΊΔ͜ͱͱͳͬͯ
͍Δɽ
͋Δ໋ྩ͚ͩͰ͋Δʢਤ 2 Ͱ͸ Ic1 ʣ
ɽIp2 Ҏ߱ʹ L Λιʔ
εͱ͢Δ໋ྩʢIc2 ʣ͕͋ͬͨͱͯ͠΋ɼͦΕ͸ P2 ʹ֨ೲ
͞ΕΔ I2 ͷ࣮ߦ݁ՌΛࢀর͢Δ͜ͱʹͳΔɽ͕ͨͬͯ͠ɼ
໋ྩ I2 ͕ίϛοτ͞Εͨ࣌఺ͰɼI1 ʙI2 ͷؒʹ͋Δ໋ྩ
ʢIc1 ʣ΋‫͓ͯྃ͠׬‬Γɼ໋ྩ I1 ͷ݁ՌΛࢀর͢Δ໋ྩ͸࠷
ૣγεςϜ಺ʹଘࡏ͠ͳ͍͜ͱ͕อূ͞ΕΔɽ
ͦͷͨΊɼIp1 ͷσεςΟωʔγϣϯʹׂΓ౰ͯΒΕͨ
2.5 MRF ΁ͷϥΠτͷফඅిྗͷ૿Ճ
ۙ೥Ͱ͸ɼRCS ͷશফඅిྗʹ͓͚Δ MRF ΁ͷϥΠτ
ͷ઎ΊΔׂ߹Λߋʹ૿Ճͤ͞ΔཁҼ͕͋Δɽ
2.5.1 ϚϧνεϨουԽ
MRF ΁ͷϥΠτͷফඅిྗ͸ɼϚϧνεϨουɾϓϩ
ηοαͰΑΓॏཁͳ໰୊ͱͳΔɽ
P1 ͸ɼͦͷ஋Λࢀর͢Δ໋ྩ͕ଘࡏ͠ͳ͍ͷͰɼ͜ͷ࣌఺
ϚϧνεϨουɾϓϩηοαͰ͸ɼεϨουɾεέδϡʔ
Ͱղ์ͯ͠Α͍ɽղ์͞Εͨ෺ཧϨδελ͸ɼϑϦʔɾϦ
ϦϯάɾϙϦγʹ‫͘ڧ‬ґଘ͢Δ͕ɼεϨου਺ͷ૿Ճʹର
ετʹฦ٫͞ΕΔɽ
ͯ͠ɼRC ͷ༰ྔ͸΄ͱΜͲ૿΍͢ඞཁ͕ͳ͍͜ͱ͕෼͔ͬ
͍ͯΔ [2], [3]ɽ
Ұํ MRF ͸ɼগͳ͘ͱ΋֤εϨουͷ࿦ཧϨδελΛ
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≀⌮䝺䝆䝇䝍 䛾 ᑑ࿨
WSB 䜶䞁䝖䝸 䛾 ᑑ࿨
Ip1 : L (P1) = 䈈㻌
fetch
rename
dispatch
schedule
fetch
rename
dispatch
schedule
fetch
rename
Ic1 : ͏͏ = L (P1) 䈈
schedule
Ip2 : L (P2) = 䈈㻌
issue
dispatch
schedule
fetch
rename
Ic2 : ͏͏ = L (P2) 䈈
reg read
exec
WB
schedule
issue
reg read
dispatch
schedule
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commit
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WB
commit
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issue
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WB
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reg read
exec
WB
dispatch
schedule
schedule
issue
commit
commit
reg read
exec
ਤ 2 ෺ཧϨδελɾϑΝΠϧͱ WSB ΤϯτϦͷण໋
อ࣋͢Δඞཁ͕͋Γɼඞཁͳ༰ྔ͸εϨου਺ʹൺྫ͢Δɽ
3.1 ϥΠτɾεΧογϡɾόοϑΝͷ֓ཁ
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ⓒ 2013 Information Processing Society of Japan
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INT ໋ྩʹରͯ͠ 128 Ϩδελ
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4.2.3 Ͱ IPC ΁ͷӨ‫ڹ‬Λ·ͱΊΔɽ
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τɾεΧογϡɾόοϑΝ΁ॻࠐ·Εͨσʔλ͕શͯϑΥ
ϫʔσΟϯά͞ΕΕ͹ɼ100%ͱͳΔɽ
ϛϡϨʔγϣϯʹ͸ຊ‫Ͱࣨڀݚ‬։ൃͨ͠γϛϡϨʔλʮَ࢐
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್ʯ[11] Λ༻͍͍ͯΔɽϕϯνϚʔΫʹ͸ɼSPECINT2006
ϫʔσΟϯάͷൃੜ཰͸্͕͍ͬͯΔ͕ɼ௕͞ 96 ͷϥΠ
͔Βɼperlbench, bzip2, gcc, mcf, gobmk, hmmer, sjeng,
τɾεΧογϡɾόοϑΝͰ΋ 17%ఔ౓ͱɼϑΥϫʔσΟ
libquantum, h264, omnet, astar, xalancbmk ֤ϓϩάϥϜ
ϯάͷൃੜ཰͸๞࿨͢Δ܏޲͕͋Δɽ͜Ε͸ɼ‫͍ݹ‬σʔλ
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ϥΠτɾεΧογϡɾόοϑΝΛϦϯάɾόοϑΝ࣮૷͢
ੑೳ΁ͷӨ‫ڹ‬Λ࠷খ‫··ͨ͠ͱݶ‬ɼϝΠϯɾϨδελɾϑΝ
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Πϧ΁ͷॻࠐΈΛ‫ݮ‬গͤ͞Δ͜ͱΛ໨ඪͱ͓ͯ͠Γɼ‫ݦ‬ஶ
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ΠϯɾϨδελɾϑΝΠϧ΁ͷॻࠐΈൃੜ཰͕ߴ͘ɼϝΠ
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ϯɾϨδελɾϑΝΠϧॻࠐΈͷͨΊͷಡग़͕͠ൺֱతଟ
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Ϧʔυɾϙʔτ਺ ෆ଍͢ΔͱϝΠϯɾϨδελɾϑΝΠ
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ϥΠτɾεΧογϡɾόοϑΝͷۭ͖਺͕Ө‫͢ڹ‬Δͱߟ
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ϥΠτɾεΧογϡɾόοϑΝͷۭ͖਺ ෆ଍͢ΔͱҰ࣌
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