xPU pipeline microarch

xPU pipeline overview

insn define

item feature
Dimension scalar / vector
insn alu / shift / logic / load-store / control / csr

Pipeline

example

  1. simple pipeline

image

  1. complex pipeline

image

  1. mulit-issue pipeline

image

  1. SIMT pipeline

image

define

  1. 使用buffer解耦
  2. 不同長度的pipeline
  3. 反饋導致pipeline阻塞

status

  1. forward
  2. stall

control/operate

  1. drain off

  2. cutoff

  3. back pressure

  4. flush

  5. Speculative execution

  6. buffer read/write

level

pipeline feature
order 5 stage IF,Decode,EXE,MEM,WB
order multi-issue multi pipeline, frondEnd/backEnd
OoO out-of-order execute, multi-issue
multi-thread order, multi-thread;

OoO,multi-issue, multi-thread
SIMT SIMD, multi-thread

insn mapping

  1. pipeline stage
  2. key data structure

performance

  1. buffer可將流水線解耦
  2. 流水線中,各階段的流量都等於起始的流量則性能達到最佳(後續流水線沒有阻塞/斷流)
  3. 上述特性可用於xPU的流水線性能分析
  4. referecen method: TMAT-Top-Down performance analysis methodology

思考

  1. pipeline中能使用狀態機嗎?
  2. pipeline中如何valid-ready控制流水線的阻塞/反壓?

reference

  1. 流水線中的valid-ready握手控制打拍
  2. 數字芯片設計——握手與反壓
  3. 流水線設計中的反壓操作
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