向量超級計算之動態平行指令排序與同步

Abstract

在各種科學及工程的領域中，所需的計算量越來越龐大而繁複，追求更高的計算速度 已成當務之急。因此，如何使超級計算機的速度更快，便是本論文的研究目標。 一般向量超級計算機真正的執行效能只能達到其尖峰效能的十分之一左右，此乃由於 指令間的相依關係限制了程式執行的平行度，而其無法不照順序執行指令之故。本論 文主旨即在設計一種用於向量超級計算機之動態指令排序方法及架構，能動態檢測出 不相依的指令，使純量及向量指令皆可不照順序執行，減小因指令相依關係所造成的 效能降低，而提高程式執行的平行度。 為了提昇整體向量超級計算之效率，本文分為三方面，來設計並改進現有的超級計算 機：（１）提出一種具有雙指令發行及雙結果資料匯流排的純量單元動態指令排序架 構，打破一般純量或向量處理器一次只能發行一個指令的瓶頸。（２）向量單元的動 態指令排序設計，並且提出一種在向量處理中避免因記憶體區塊衝突所引起的效能損 失的同步方法。（３）提出一種純量及向量單元各具備指令視窗的結合與同步方法。 經由此方法，可使純量（向量）指令不因向量（純量）指令的單方面封鎖而停止解碼 及執行。 最後針對所設計的架構做模擬分析，並與 CRAY-１的架構做比較評做及結果討論。初 步評估的結果，本論文所提出的架構的效能約可達 CRAY-１的１．３倍左右。