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Gei 431 Architecture des ordinateurs II – Frédéric Mailhot Systèmes Superscalaires et VLIW Parallélisme des instructions: quoi dautre? Avec le pipeline,

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1 Gei 431 Architecture des ordinateurs II – Frédéric Mailhot Systèmes Superscalaires et VLIW Parallélisme des instructions: quoi dautre? Avec le pipeline, nous avons vu une des techniques de parallélisme des instructions (ILP ou Instruction Level Parallelism). Que peut-on faire de plus? VLIW (Very Large Instruction Word) Techniques superscalaires

2 © 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Systèmes superscalaires et VLIW Limites du pipelining, et comment les dépasser Pour une machine pipeline, on peut espérer au mieux lexécution dune instruction par coup dhorloge: il ny a jamais plus dune instruction lue par coup dhorloge. Rappel: temps CPU = IC * CPI * période de lhorloge Pour augmenter la performance, on peut donc: Diminuer le nombre dinstructions (IC) Diminuer le CPI Diminuer la période de lhorloge

3 © 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Systèmes superscalaires et VLIW Limites du pipelining, et comment les dépasser (2) Une question fondamentale se pose: 1.Est-il préférable de tenter de simplifier le circuit pour augmenter la fréquence de lhorloge? 2.Ou bien, doit-on rendre le circuit plus complexe pour tenter de faire plus durant la même période dhorloge? Larchitecture RISC, avec le pipeline, procède de la première approche. Les résultats sont probants, mais il semble quon ne puisse réduire la période de lhorloge en dessous dun certain seuil. Doù: il faut aussi considérer la deuxième approche (ce que lon fait avec le VLIW et le superscalaire).

4 © 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Systèmes superscalaires et VLIW Comment augmenter le ILP: en considérant plus dune instruction par coup dhorloge Lidée de base ici est que la fréquence de lhorloge ne peut être réduite indéfiniment, et donc que pour une certaine durée dhorloge, on doit réussir à faire plus de travail utile. Comment faire? Lorsque nous arrivons à traiter tout près dune instruction par coup dhorloge, la seule chose à faire de plus est de tenter de lire, décoder et exécuter plus dune instruction par coup dhorloge…

5 © 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Systèmes superscalaires et VLIW Exécution de multiples instructions par coup dhorloge: difficultés Lorsquon tente dexécuter plus dune instruction par coup dhorloge, cela implique quau même moment plusieurs instructions, qui ont été produites selon une certaine séquence par le compilateur et apparaissent séquentiellement en mémoire, doivent être séparées en des chemins dexécution parallèles Deux façons de faire cela: Décider au moment de la compilation des instructions qui peuvent sexécuter en parallèle (approche VLIW, EPIC) Décider au moment de lexécution des séquences dinstructions qui peuvent se faire en parallèle (approche superscalaire)

6 © 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Systèmes superscalaires et VLIW VLIW: quest-ce que cest? VLIW: technique pour exécuter plusieurs opérations en parallèle Méthode: on définit des groupes de plusieurs instructions, qui sont lues, décodées et exécutées en parallèle. Chaque groupe devient une « super-instruction » destinée à être lue dun bloc par le processeur VLIW Avantage: le compilateur décide des instructions à grouper ensemble. Ceci élimine pour le processeur VLIW le fardeau du scheduling des instructions (détermination des instructions qui peuvent être exécutées en parallèle). Le processeur est donc plus simple à concevoir, et par conséquent peut être plus rapide.

7 © 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Systèmes superscalaires et VLIW Superscalaire: quest-ce que cest? Superscalaire: technique pour exécuter plusieurs opérations en parallèle Méthode: lit en même temps des blocs dinstructions séquentielles (compilées de façon traditionnelle), et le processeur décide dynamiquement quelles instructions du bloc peuvent sexécuter en parallèle Avantage: On utilise un compilateur traditionnel pour produire le code exécutable Le parallélisme est extrait de façon dynamique par le processeur, donnant une plus grande marge de manœuvre pour le scheduling des instructions

8 © 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Systèmes superscalaires et VLIW VLIW vs superscalaire: les enjeux Le débat entre VLIW et superscalaire sapparente au débat CISC/RISC du début des années 80: simplicité du matériel (et performance améliorée) vs simplicité du compilateur Selon vous, lequel devrait gagner la bataille? VLIW? Superscalaire?

9 © 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Systèmes superscalaires et VLIW Le vainqueur apparent: le VLIW Comme le RISC a pris le dessus sur le CISC parce que le matériel est plus simple à réaliser et donc plus rapide, le VLIW devrait produire des systèmes plus performants Évidemment, les compilateurs devraient être améliorés, mais le type daméliorations requises (détection de parallélisme au niveau des instructions) est déjà possible.

10 © 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Systèmes superscalaires et VLIW VLIW: larchitecture du futur? Mais… il y a un problème important avec le VLIW: cest le compilateur qui prend en charge toutes les dépendances entre les instructions, et qui les résout lors de la compilation. Doù deux constats importants: 1.Le compilateur est lié intimement à limplémentation de larchitecture. Si celle-ci change, le compilateur (et donc le code) doit changer. Que fait-on avec nos « vieux » logiciels lorsquon change de machine? 2.La résolution de conflits se fait lors de la compilation. Elle doit donc être conservatrice. Dans un autre type darchitecture (i.e. le superscalaire) on fait cette résolution de façon dynamique. Doù plus de flexibilité et potentiellement une amélioration de la performance. Autre limitation du VLIW: puisque le code doit être libre de dépendances, il est presque impossible de lécrire en langage assembleur

11 © 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Systèmes superscalaires et VLIW La suite: le superscalaire Nous couvrirons principalement les techniques superscalaires dans ce qui suit. Pourquoi? Le VLIW est une extension relativement simple du pipeline (en théorie, on pourrait imaginer quon ne fait que mettre un ensemble de machines pipelines indépendantes en parallèle). Pour ce qui est du superscalaire, la gestion dynamique des dépendances entre instructions est beaucoup plus sophistiquée, et exige quon sy arrête pour comprendre ce qui se passe.


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