超高効率実行を実現する距離指定型命令セットアーキテクチャの研究

实现超高效执行的特定距离指令集架构研究

基本信息

批准号：
20J22752
负责人：
小泉透
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度の研究成果は大きく分けて、(1)最適化コンパイラの機能向上とそれを用いた評価、(2)呼び出し規約の最適化、(3)命令間距離指定型命令セットにおける命令数増加下限の解析、(4)レジスタ間距離指定型命令セットのハードウェアの評価、の四点である。(1)距離指定型命令セットアーキテクチャの性能を測定するため、C言語で書かれたベンチマークプログラムをコンパイルできるように最適化コンパイラの開発を進めた。これにより、標準ベンチマークであるSPECに含まれるC言語で書かれたベンチマークプログラム4つを動かすことに成功した。これを用いてレジスタ間距離指定型命令セットアーキテクチャの性能を測定したところ、命令間距離指定型命令セットを用いた場合と比べて、性能を落とさずに命令数を削減できることが判明した。(2)レジスタ間距離指定型命令セット向けに呼び出し規約を最適化した。レジスタ間距離指定型命令セットでは、命令間距離指定型命令セットの場合と異なり、ノーコストで呼び出し先保存レジスタを実現することが可能な場合がある。これを意識した呼び出し規約を策定した。(3)命令間距離指定型命令セットにおける、RISC命令セットと比較した場合の命令数増加の下限を評価した。この目的には、標準ベンチマークであるSPEC2006/2017に含まれる49本のベンチマーク全てを用いた。その結果、平均で22%の命令数増加が理論的に不可避であることを示した。また、その原因を追究した結果、レジスタの寿命や参照回数は冪分布に従うことが判明した。(4)レジスタ間距離指定型命令セットのソフトコアをハードウェア記述言語で作成し、特有のハードウェア（物理レジスタ割当ステージ）のスケーラビリティを評価した。その結果、物理レジスタ割当ステージのスケーラビリティは高く、また動作周波数のボトルネックとなっていないことが判明した。

2022年的研究结果可以广泛分为四个点：（1）提高优化编译器的功能并使用它，（2）优化调用惯例，（3）分析指令数量的下限，在实习距离指定的指令集中增加，以及（4）评估规范距离指令集的硬件。（1）为了衡量距离指令集架构的性能，我们开发了一个优化的编译器，以便可以编译在C中编写的基准程序。这成功运行了在C标准基准中包含的C中编写的四个基准程序。使用此情况，与使用Inter-Regin-Regin-Regin-Reginder-Reginder距离规范指令集相比，测量了注册距离规范指令集体系结构的架构体系结构。（2）已针对指定内部注册距离的指令集进行了优化。在注册距离规范指令集中，与注册间距离规范指令集不同，可以免费实现储蓄寄存器的寄存器。我们已经牢记了一个呼叫规则。（3）与Instruction距离规范类型指令集中的RISC指令集相比，指令数量的下限增加了。为此，使用了标准基准SPEC2006/2017中包含的所有49个基准。结果表明，从理论上讲，指令数量的平均增加是不可避免的。此外，由于探索原因，发现登记册的寿命和参考次数遵循IDEMPOSIUM。（4）使用硬件说明语言创建了用于注册距离规范指令集的软核，以评估唯一硬件（物理寄存器分配阶段）的可扩展性。结果，发现物理寄存器分配阶段的可伸缩性很高，并且不构成工作频率的瓶颈。