DE102016208864A1 - computer unit - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Recheneinheit (2) umfassend einen ersten Pipeline-fähigen Rechenkern (4) mit einem ersten Speicherelement (8) und einen zweiten Pipeline-fähigen Rechenkern (6) mit einem zweiten Speicherelement (10) vorgeschlagen. Der erste Rechenkern (4) ist dazu ausgebildet, eine Pipeline-Abarbeitung eines Befehls (14) zu beginnen, wobei der zweite Rechenkern (6) dazu ausgebildet ist, eine redundante Pipeline-Abarbeitung des Befehls (14) zu beginnen. Eine Vergleicher-Einheit (20) ist dazu ausgebildet, eine Abweichung (CMP = 0) zwischen einem ersten Zustand (16) des ersten Speicherelements (8) und einem zweiten Zustand (18) des zweiten Speicherelements (10) zu ermitteln, wobei der erste und der zweite Rechenkern (4, 6) dazu ausgebildet sind, eine erneute Pipeline-Abarbeitung des Befehls (14) zu beginnen, wenn die Abweichung (CMP = 0) ermittelt wird.A computing unit (2) comprising a first pipeline-capable arithmetic core (4) with a first memory element (8) and a second pipeline-capable arithmetic core (6) with a second memory element (10) is proposed. The first arithmetic core (4) is adapted to begin a pipeline execution of a command (14), wherein the second arithmetic core (6) is adapted to begin a redundant pipeline execution of the command (14). A comparator unit (20) is configured to determine a deviation (CMP = 0) between a first state (16) of the first memory element (8) and a second state (18) of the second memory element (10), wherein the first and the second arithmetic core (4, 6) is adapted to start a pipeline renewal execution of the command (14) when the deviation (CMP = 0) is detected.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Recheneinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a computing unit according to the preamble of
Es ist bekannt, dass ein erster Rechenkern mittels eines zweiten Rechenkerns in einem Lockstep-Verfahren überwacht wird, um Fehler wie beispielsweise zufällige permanente Hardwarefehler und transiente Fehler, die beispielsweise durch ein Neutron oder ein Alphateilchen hervorgerufen werden, zu erkennen. Hierzu ist der zweite Rechenkern im Wesentlichen redundant zu dem ersten Rechenkern aufgebaut und führt die gleichen Befehle wie der erste Rechenkern aus.It is known that a first arithmetic kernel is monitored by a second arithmetic kernel in a lockstep method to detect errors such as random permanent hardware errors and transient errors caused, for example, by a neutron or an alpha particle. For this purpose, the second arithmetic kernel is constructed essentially redundantly to the first arithmetic kernel and executes the same commands as the first arithmetic kernel.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Dass der Erfindung zugrunde liegende Problem des Standes der Technik wird durch eine Recheneinheit nach dem Anspruch 1 gelöst.The problem underlying the invention of the prior art is solved by a computing unit according to
Es wird vorgeschlagen, dass ein erster Pipeline-fähiger Rechenkern dazu ausgebildet ist, eine Pipeline-Abarbeitung eines Befehls zu beginnen, dass ein zweiter Pipeline-fähiger Rechenkern dazu ausgebildet ist, eine redundante Pipeline-Abarbeitung des Befehls zu beginnen, dass eine Vergleicher-Einheit dazu ausgebildet ist, eine Abweichung zwischen einem ersten Zustand des ersten Speicherelements und einem zweiten Zustand des zweiten Speicherelements zu ermitteln, und dass der erste und der zweite Rechenkern dazu ausgebildet sind, eine erneute Pipeline-Abarbeitung des Befehls zu beginnen, wenn die Abweichung ermittelt wird.It is proposed that a first pipeline-capable computation core is configured to start a pipeline execution of an instruction that a second pipeline-capable computation core is configured to start a redundant pipeline execution of the instruction that a comparator unit is configured to determine a deviation between a first state of the first memory element and a second state of the second memory element, and that the first and the second arithmetic core are adapted to start a pipeline renewed execution of the command when the deviation is detected ,
Auf diese Art und Weise kann durch einen Vergleich der spekulativen Daten in den Speicherelementen ein transienter Fehler zeitnah erkannt werden. Durch den erneuten Beginn der Pipeline-Abarbeitung des Befehls wird ebenso zeitnah eine Gegenmaßnahme zur Korrektur des erkannten transienten Fehlers eingeleitet. So werden transiente Fehler bereits im Bereich der jeweiligen Pipeline behandelt und behoben. Insbesondere wird das Auftreten eines transienten Fehlers nicht architektonisch außerhalb der Rechenkerne sichtbar, was bedeutet, dass durch einen transienten Fehler verfälschte Ergebnisse nicht außerhalb der Recheneinheit sichtbar sind. Die bestehende Lockstep-Architektur wird somit verbessert und eine Toleranz gegenüber transienten Fehlern geschaffen.In this way, a transient error can be detected in a timely manner by comparing the speculative data in the memory elements. By restarting the pipeline execution of the command, a countermeasure for correcting the detected transient error is also promptly initiated. Thus, transient errors are already handled and resolved in the area of the respective pipeline. In particular, the occurrence of a transient error does not become architecturally visible outside the computing cores, which means that corrupted results are not visible outside of the arithmetic unit due to a transient error. The existing lockstep architecture is thus improved and a tolerance for transient errors is created.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Vergleicher-Einheit dazu ausgebildet, nach dem Beginn der erneuten Pipeline-Abarbeitung des Befehls eine Übereinstimmung zwischen dem ersten Zustand des ersten Speicherelements und dem zweiten Zustand des zweiten Speicherelements zu ermitteln. Der erste und der zweite Rechenkern umfassen eine Rückschreibe-Einheit, welche dazu ausgebildet sind, ein Ergebnis der Pipeline-Abarbeitung des Befehls in einen jeweiligen Ausgabespeicherbereich zu schreiben, wenn die Übereinstimmung ermittelt wird. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass auch bei Auftreten von transienten Fehlern eine schnelle Rekuperation der Recheneinheit möglich ist. Dies wird weiters vorteilhaft unter geringem zeitlichen Aufwand erreicht, da grundsätzlich nicht wesentlich mehr als die doppelte Zeit nötig ist, die zur einmaligen Pipeline-Abarbeitung des Befehls gebraucht wird.In an advantageous embodiment, the comparator unit is designed to determine a match between the first state of the first memory element and the second state of the second memory element after the beginning of the pipeline's renewed pipeline execution. The first and second arithmetic kernels comprise a writeback unit configured to write a result of the pipeline execution of the instruction to a respective output memory area when the match is determined. As a result, it is advantageously achieved that rapid recuperation of the arithmetic unit is possible even when transient errors occur. This is further advantageously achieved with little time, since in principle not much more than twice the time is needed, which is needed for one-time pipeline execution of the command.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Vergleicher-Einheit dazu ausgebildet, nach der erneuten Pipeline-Abarbeitung des Befehls durch den ersten und zweiten Rechenkern eine erneute Abweichung zu ermitteln. So kann auf einen permanenten Fehler geschlossen werden, der zumindest einen der beiden Rechenkerne betrifft.In an advantageous embodiment, the comparator unit is designed to determine a renewed deviation after the pipelined execution of the instruction by the first and second calculation kernels. Thus, a permanent error can be inferred that affects at least one of the two calculation cores.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind der erste und der zweite Rechenkern dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von der Ermittlung der Abweichung die Pipeline-Abarbeitungen weiterer Befehle, welche nach dem Befehl begonnen wurden, abzubrechen. So kann sichergestellt werden, dass keine fehlerhaften Daten, die durch die Abarbeitung der weiteren Befehle erzeugt werden, nach außen geschrieben und damit sichtbar werden.In an advantageous embodiment, the first and the second arithmetic kernel are designed to interrupt the pipeline processing of further commands which were started after the command, depending on the determination of the deviation. This ensures that no erroneous data generated by processing the other commands is written to the outside and therefore visible.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zur Pipeline-Abarbeitung des Befehls die Vergleicher-Einheit vor der Rückschreibe-Einheit ausführbar. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass ein Vergleich der Zustände in den beiden Rechenkernen bereits vor der Herstellung eines nach außen sichtbaren Zustandes der Rechenkerne durchgeführt wird.In an advantageous embodiment, the comparator unit can be executed before the writeback unit for pipeline execution of the instruction. As a result, it is advantageously achieved that a comparison of the states in the two computing cores is carried out even before the production of an outwardly visible state of the computing cores.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Ausführungs-Einheit zur Ausführung des Befehls ausgebildet, wobei zur Pipeline-Abarbeitung des Befehls die Vergleicher-Einheit nach der Ausführungs-Einheit ausführbar ist. Mithin werden die Zustände der Speicherelemente in einem Pipeline-Bereich miteinander verglichen, welcher sich zum Ende der jeweiligen Pipeline befindet.In an advantageous embodiment, an execution unit for executing the instruction is formed, wherein for pipeline execution of the instruction, the comparator unit is executable after the execution unit. Thus, the states of the memory elements are compared in a pipeline area which is at the end of the respective pipeline.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind der erste und der zweite Rechenkern dazu ausgebildet, einen von der Abweichung betroffenen Speicherbereich des ersten und zweiten Speicherelements als fehlerhaft zu markieren, wenn die Abweichung ermittelt wird. So kann vorteilhaft vermieden werden, dass in nachfolgenden Pipeline-Abarbeitungen weiterer Befehle ein fehlerhafter Zustand des Speicherelementes von Pipeline-Stufen verwendet wird. In an advantageous embodiment, the first and the second arithmetic core are designed to mark a memory area of the first and second memory element affected by the deviation as defective when the deviation is determined. Thus, it can be advantageously avoided that a faulty state of the memory element of pipeline stages is used in subsequent pipeline executions of further instructions.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind der erste und der zweite Rechenkern taktsynchronisiert. Damit kann die Vergleichs-Einheit zu einem im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt ausgeführt werden und es entstehen keine nachteilhaften Synchronisationsprobleme und/oder Zeitverzüge.In an advantageous embodiment, the first and the second arithmetic core are clock-synchronized. Thus, the comparison unit can be executed at a substantially same time and there are no disadvantageous synchronization problems and / or time delays.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden der erste und der zweite Rechenkern mit einem Taktversatz betrieben. Vorteilhaft können dadurch plötzlich auftretende Fehler, die beide Rechenkerne in gleicher Weise beeinflussen können, erkannt werden. Somit ergeben sich Vorteile bei der Fehlererkennung und Betriebssicherheit.In an advantageous embodiment, the first and the second arithmetic core are operated with a clock offset. This can advantageously be detected suddenly occurring errors that can affect both cores in the same way. This results in advantages in error detection and reliability.
Weitere Ausführungsformen und Beispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung der Figuren gezeigt. Hierbei werden auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung zeigen:Further embodiments and examples of the invention are shown in the following description of the figures. Here, the same reference numerals are used in different embodiments. In the drawing show:
In Abhängigkeit von der Pipeline-Abarbeitung des Befehls
Zeigt das Signal CMB eine Übereinstimmung zwischen dem ersten Zustand
Wurde nunmehr bereits einmal begonnen, die Pipeline-Abarbeitung des Befehls
Wird nach der erneuten Pipeline-Abarbeitung des Befehls
Die Speicherelemente
Die Recheneinheit
Damit ist bei der Pipeline-Abarbeitung des Befehls
Ab dem Zeitpunkt TS wird eine Wiederholung der Pipeline-Abarbeitung des Befehls
Die Befehlslade-Stufe IF überprüft ebenso, ob das Flag RET gesetzt ist. Ist das Flag RET auf Logisch-0 gesetzt, so wird das Flag REPL auf Logisch-1 gesetzt. Das Laden eines ohne die ermittelte Abweichung vorgesehenen Befehls wird nicht durchgeführt. Vielmehr wird der Befehl
Sollte während der Wiederholungsphase (REPL = 1) ein weiterer Fehler in der Vergleichs-Stufe CM erkannt werden, so wird auf einen permanenten Fehler geschlossen und eine weitere Einheit kann entsprechende Maßnahmen einleiten und beispielsweise das System insbesondere das Steuergerät geordnet herunterfahren. Selbstverständlich ist die Anzahl der Wiederholungen der Ausführung des Befehls
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