JP3317825B2

JP3317825B2 - ループ最適化翻訳処理方法

Info

Publication number: JP3317825B2
Application number: JP25026495A
Authority: JP
Inventors: 直司中平; 正寿原口
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 2002-08-26
Anticipated expiration: 2015-09-28
Also published as: JPH0991148A; US5842022A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，最適化機能を持つ
翻訳処理装置の命令レベルの並列化を促進させるループ
最適化翻訳処理方法に関するものである。

【０００２】近年のＲＩＳＣプロセッサでは，スーパス
カラに代表されるプロセッサが主流を占め，１クロック
１命令以上の命令の発行を可能にしている。このような
特色を持ったＲＩＳＣプロセッサの性能を引き出すため
には，命令ごとの依存関係を詳細に解析し，プログラム
の並列度を高める高性能な翻訳処理装置（以下，コンパ
イラと呼ぶ）が必要となる。並列ＲＩＳＣプロセッサの
命令レベルの最適化の能力を高めるために，従来スーパ
ーコンピュータで実装されていた最適化技術が，ＲＩＳ
Ｃ向けコンパイラに採用されつつあることも，近年のＲ
ＩＳＣコンパイラの特徴である。スーパーコンピュータ
では，実行回数が多いループをベクトル化し，全体のス
ループットを高めることを目的としている。そのために
は，ループがベクトル化可能かどうかを判断するため
に，ループ内の配列要素の依存関係の解析に重点がおか
れている。

【０００３】本発明の狙いは，この技術を並列ＲＩＳＣ
へ適用し，メモリアクセスデータ間の依存関係を解析
し，その解析結果を利用して実行性能を向上させる最適
化を適用することにある。本発明の方法を用いることに
より，従来は解析できなかったループ内データの依存関
係が解析可能になる。また，この解析結果を利用するこ
とで，コンパイラで実施する各種の最適化が促進され
る。さらに，命令スケジューリングによる命令移動の際
の阻害要因を解消することができ，命令レベルの並列度
を高めることができる。

【０００４】

【従来の技術】従来のＲＩＳＣコンパイラでは，実行頻
度の高いループに対する依存関係の解析は，ループ１回
転の依存関係を解析する方法を用いるものや，翻訳オプ
ションでメモリアクセスの依存関係の条件（制約条件）
を与えているものが多い。命令の依存関係の解析は，主
に命令スケジューリングのために行われ，スケジューリ
ングによる命令の並び換えを容易に行うための判断材料
として提供される。スケジューリングの対象が単純なル
ープの場合には，この方法は有効な手段である。

【０００５】図１８は，単純ループのソースプログラム
に対するループ展開とループリダクションの適用例を説
明する図である。例えば，図１８（Ａ）に示すソースプ
ログラムの〔プログラム１〕では，ループ内の任意の１
回転の依存関係を解析することで，実行性能に効果が大
きい最適化を適用することができる。すなわち，従来の
技術でも以下の２点は実現されている。

【０００６】（１）図１８（Ａ）のソースプログラム
〔プログラム１〕において，Ａ（Ｉ，Ｊ）とＢ（Ｉ，
Ｊ）は異なる配列要素であり，このメモリアクセスに対
する依存関係はない。このため，命令スケジューリング
による命令の移動を阻害する要因はない。また，図１８
（Ｂ）の〔プログラム２〕に示すように，ループを多重
に展開（ループアンローリング）しても，展開において
生成されるＡ（Ｉ＋１，Ｊ），Ａ（Ｉ＋２，Ｊ）は，Ａ
（Ｉ，Ｊ）と同一のベースアドレス，インデックスを共
有しているので同一ループ内にあっても，重なり関係を
解析し，重ならないと判断することは容易である。

【０００７】（２）このループにおける最適化について
は，最内ループの形式が，Ｓ＝Ｓ＋Ｖ（Ｓ：Ｓｃａｌａ
ｒ，Ｖ：Ｖｅｃｔｏｒ）の形式のため，さらに図１８
（Ｃ）の〔プログラム３〕に示すようなループリダクシ
ョンと呼ばれる最適化を適用することができる。この最
適化により各命令の依存関係を解消することができ，命
令レベルの並列度を高めることが可能である。

【０００８】なお，従来より，ベクトル化コンパイラで
は，ループ全空間に対する配列要素の依存関係を求める
必要があったため，例えば特開昭６２−２０６６３７号
公報（配列データフロー解析装置）に示されているよう
に，インデックスの全空間上の配列要素の依存関係（デ
ータフロー）を求める方式があった。

【０００９】しかし，スーパスカラに代表されるＲＩＳ
Ｃプロセッサにおける最適化翻訳処理方法としては，従
来，任意のループ１回転の依存関係を求めて最適化を適
用する方法はあったが，配列要素に対するループのイン
デックス全空間の依存関係と最適化技術との連係による
最適化の適用は行われていなかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図１８（Ａ）に示す
〔プログラム１〕のような単純ループのプログラムに対
しては，従来技術でも最適化が実現されていたが，図１
９に示すプログラムのように，最内ループのインデック
ス空間上（Ｉｎｄｅｘ：Ｋ）の全ての配列要素の重なり
の関係を解析しなければ，最適化ができない場合があ
り，プログラムによっては最適化が促進されないことが
多くあった。

【００１１】図１９のプログラムにおいて，配列ＢＢ
（ＩＮＤＸ，Ｉ）は，最内ループでは不変（Ｒｃ：Ｒｅ
ｇｉｏｎｃｏｎｓｔａｎｔ）であり，これは従来の方
法でも識別可能である。しかし，最内ループのインデッ
クスＫの全空間に対してのＢＢ（Ｋ，Ｉ）との重なりを
解析しないと，配列要素ＢＢ（ＩＮＤＸ，Ｉ）が真にル
ープ内で不変か否かを識別できないという問題が残る。
すなわち，従来の技術には以下の問題点がある。

【００１２】（ａ）図１９のプログラムの配列要素ＢＢ
（ＩＮＤＸ，Ｉ）とＢＢ（Ｋ，Ｉ）は，最内ループＫの
インデックス空間上で図２０（Ａ）に示す軌跡を描く。
最内ループＫのインデックス空間上での重なりを解析す
れば，この軌跡により配列要素ＢＢ（ＩＮＤＸ，Ｉ）
は，ループ内不変（Ｒｃ）と判定できる。一方，例えば
図２０（Ｂ）で示す軌跡を描く場合には，ループ内の任
意の１点で交差する（重なる）ため，ループ内不変とは
判定できない。

【００１３】（ｂ）図１９のプログラムの配列要素ＢＢ
（ＩＮＤＸ，Ｉ）がループ内不変かどうかを識別できな
いため，命令レベルの並列度を高める最適化（例えばル
ープリダクション等）が適用できない。あるいは，適用
しても最内ループの配列要素のメモリアクセスの依存関
係が障壁となり，その効果が発揮できない。ここで，ル
ープ内不変（Ｒｃ）と識別できれば，最内ループの命令
をＳ＝Ｓ＋Ｖの形式に変更でき，その結果，図１８
（Ｃ）のようなループリダクションも適用可能となる。

【００１４】（ｃ）図１９のプログラムの配列要素ＢＢ
（ＩＮＤＸ，Ｉ）とＢＢ（Ｋ，Ｊ）のインデックス空間
Ｋ上での重なりが認識できないため，命令スケジューリ
ングにより，ＢＢ（Ｋ，Ｊ）のメモリロードが，ＢＢ
（ＩＮＤＸ，Ｉ）のメモリストアを追い抜くことができ
ない。スケジューリングの際に命令を移動する自由度が
阻害される要因になり，ループ展開を実施してもループ
の命令レベルの並列度が上がらないという原因になる。

【００１５】本発明は，これらの問題点を解決し，下記
（１）〜（４）により，種々の最適化の促進を可能にす
ることを目的とするものである。（１）配列要素のメモリアクセスに対して，ループの全
インデックス空間の依存関係を詳細に解析する。

【００１６】（２）上記（１）の解析結果を基にして，
命令レベルの並列度を高める最適化を適用する。（３）上記（１）の結果を命令スケジューリングに反映
し，命令の移動の自由度を高める。

【００１７】（４）上記（１）の解析結果と，ループの
ある任意の回転数での依存関係の解析を併用して，最適
化の適用で問題となりうる依存関係を解消する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】図１は，本発明の原理説
明図であり，１は構文・意味解析部（ＦＥ：Front-En
d)，２は最適化処理部（ＯＢＥ：Optimize Back-End)，
３は依存関係解析部，４は最適化部，５は命令スケジュ
ーリング部，１０はソースプログラムが記述されたソー
ステキスト，２０はＣＰＵおよびメモリ等からなる処理
装置，３０は翻訳結果のオブジェクトコードを表す。

【００１９】構文・意味解析部１は，ソーステキスト１
０が入力されると，そのソーステキスト１０について構
文解析等を行い，中間言語を生成する手段である。最適
化処理部２は，構文・意味解析部１で生成された中間言
語に対して，各種の最適化を行い，オブジェクトコード
を出力する手段であり，依存関係解析部３，最適化部
４，命令スケジューリング部５を備える。

【００２０】本発明は，上記課題を解決するため，図１
に示すような以下の処理過程によって最適化を促進す
る。〔ステップＳ１〕ループの重なり解析ステップＳ１では，ループの全空間における配列要素同
士の依存関係（重なり）を解析する。

【００２１】〔ステップＳ２〕依存関係ＩＤの設定ステップＳ２では，ステップＳ１の処理による解析結果
にもとづき，依存関係を識別する情報として依存関係Ｉ
Ｄを設定する。

【００２２】〔ステップＳ３〕依存関係ＩＤを利用する
最適化ステップＳ３では，ステップＳ２で設定された依存関係
ＩＤをもとに，ループ内不変（Ｒｃ）である配列要素を
検出し，対象となる配列要素に対し，後述するステップ
Ｓ６で行うループ最適化（ループリダクション等）が可
能となるように変形する最適化を行う。例えばループリ
ダクションを可能にする変形を，ここでは「ループリダ
クション誘導」という。ループリダクション誘導のルー
プ変形としては，不変式の移動，共通式の移動等があ
る。

【００２３】〔ステップＳ４〕ループ展開後の依存関係
ＩＤの伝搬ステップＳ４では，ループ展開を行った配列要素のコピ
ーに依存関係ＩＤを設定する。

【００２４】〔ステップＳ５〕依存関係ＩＤの再設定ステップＳ５では，ループ内の依存関係の解析を行わな
かったループ，およびインデックス空間のプラス，マイ
ナス方向で依存関係が発生する配列要素に対してのみ，
任意の１回転のみの依存関係を解析し，依存関係ＩＤを
再設定する。

【００２５】〔ステップＳ６〕ループ展開後のループ最
適化ステップＳ６では，ステップＳ５で再設定された依存関
係ＩＤをもとに，さらにループリダクション，リネーミ
ング，ソフトウェアパイプライニング等の最適化を行
う。

【００２６】〔ステップＳ７〕命令スケジューリングステップＳ７では，依存関係ＩＤをもとに，命令スケジ
ューリングとして，メモリアクセス（ｌｏａｄ，ｓｔｏ
ｒｅ）等の命令の移動を行う。

【００２７】以下に，上記各ステップで行う処理の技術
的な意味を説明する。（Ａ）インデックス空間上の配列要素の重なり解析と最
適化今，ループ全体（最内ループのインデックス空間上）の
配列要素の依存関係を解析し，図２（Ａ）に示すプログ
ラムの最内ループの依存関係を求めることができたと仮
定する。図２（Ａ）は，図１９に示すソースプログラム
と同一であり，全ての配列要素の重なりの関係の解析が
必要なプログラムである。この依存関係の解析結果によ
り，ＢＢ（ＩＮＤＸ，Ｉ）はインデックス空間ＫでＢＢ
（Ｋ，Ｉ）と重ならないことがわかる。

【００２８】ＢＢ（ＩＮＤＸ，Ｉ）がＢＢ（Ｋ，Ｉ）と
重ならないという保証が得られたので，ＢＢ（ＩＮＤ
Ｘ，Ｉ）を変数Ｓに置き換えることができ，図２（Ａ）
のプログラムの最内ループは，図２（Ｂ）に示すループ
へと変形できる。また，この変形の結果，最内ループが
Ｓ＝Ｓ＋Ｖの形式となることによりループリダクション
が適用できる。図３は，図２（Ｂ）のソースプログラム
にループリダクションを適用したプログラムの変形例を
示す図である。

【００２９】（Ｂ）依存関係の解析と命令スケジューリ
ングの関係命令スケジューリングの効果を高めるためには，命令を
移動する自由度を高める必要がある。特に，メモリアク
セスデータ間の競合関係を把握し，その情報を命令スケ
ジューリングに伝達することが重要である。以下，ルー
プ全体の配列要素の依存関係を求めた結果を命令スケジ
ューリングに伝達し，命令の移動の自由度を高める最適
化について説明する。

【００３０】まず，図４に示すソースプログラムの最内
ループ（ＤＯ６）の配列要素の依存関係について考え
る。この最内ループでは，特にＢ（Ｉ，Ｋ，Ｌ−Ｊ
Ｊ），Ｂ（Ｉ，Ｋ，Ｌ）の依存関係を求めることが重要
である。現状のループ１回転だけの依存関係の解析で
は，この依存関係を正確に求めることができず，両者に
重なりがあると解析され，スケジューリング時の命令の
移動の阻害要因となる。

【００３１】ここで，ループ全体の依存関係を求めた場
合，最内ループのインデックス空間（Ｌ）では，図５に
示すような軌跡を描くことになり，Ｂ（Ｉ，Ｋ，Ｌ−Ｊ
Ｊ），Ｂ（Ｉ，Ｋ，Ｌ）の同一インデックス空間上での
依存関係がないことが判明する。

【００３２】この解析結果を用いることにより，ループ
を多重に展開した場合，その展開したループに対して依
存関係の情報を提供して，命令スケジューリングでの命
令の移動の自由度を高めることが可能になる。

【００３３】本発明の作用により，従来は解決できなか
ったループ内の配列要素の依存関係が解析可能になり，
その解析結果を利用することで，種々の最適化をより広
範囲に適用することができる。従って，プログラムのオ
ブジェクト性能を向上させることができるようになる。

【００３４】

【発明の実施の形態】始めに，本発明の実施の形態の説
明において用いる語句の説明をする。（１）ＬＯＯＰＣＡＲＲＩＥＤＤＥＰＥＮＤＥＮＣ
Ｙループの異なる回転で依存関係が発生することをＬＯＯ
ＰＣＡＲＲＩＥＤＤＥＰＥＮＤＥＮＣＹと呼ぶ。例え
ば，図６（Ａ）のプログラムの場合，Ａ（Ｉ）の定義と
Ａ（Ｉ）の参照は，同一ループの回転で発生する。しか
し，図６（Ｂ）のプログラムの場合には，Ａ（Ｉ）の定
義は次の回転でのＡ（Ｉ−１）で参照される。このよう
な依存関係をループの回転を跨いだ依存関係であること
から，ＬＯＯＰＣＡＲＲＩＥＤＤＥＰＥＮＤＥＮＣ
Ｙと呼ぶ。

【００３５】（２）共通式の移動図７は，共通式の移動の例を示す図である。例えば図７
（Ａ），（Ｂ）に示すように，共通式の移動では，共通
式をとる最適化と不変式の移動が連動して実現される。

【００３６】以下，本発明の実施の形態について説明す
る。〔１〕ループ内配列データの重なり解析ループ内配列データの重なり解析は，ループのインデッ
クス空間上での配列要素の依存関係を解析する機能であ
る。

【００３７】図８に示すソースプログラムの場合，左辺
のＡ（Ｉ，Ｊ）と右辺のＡ（Ｉ，Ｊ），および左辺のＡ
（Ｉ，Ｊ）と右辺のＡ（Ｉ−１，Ｊ）の２つの依存関係
を求めることが必要である。図８の例では，｛Ａ（Ｉ，Ｊ），Ａ（Ｉ，Ｊ）｝＝０：ループの０
回転毎に依存関係が発生（複数回転にまたがらない単一
回転内で依存関係が発生），｛Ａ（Ｉ，Ｊ），Ａ（Ｉ−１，Ｊ）｝＝１：ループ
の次の回転で依存関係が発生，という配列要素間の重な
りの解析結果が求められる。なお，この依存関係の解析
は，解析対象となる最内ループの全ての配列要素間に対
して行われる。

【００３８】〔２〕依存関係ＩＤの設定上記〔１〕のループ内の配列要素間のデータの重なり解
析の結果を基に，各配列要素に対しての依存関係ＩＤ
（０から２５５までの任意の番号）を設定する。以下
に，依存関係ＩＤの設定の手順について述べる。図９は
依存関係ＩＤの番号の持つ意味の例を示す図である。

【００３９】まず，最内ループに出現した全ての配
列要素に対して“重なりなし”を設定する。最内ループの配列要素に対して，最内ループのイン
デックス空間に依存しない配列要素が存在するかを調べ
る。発見した場合には，２〜４９までの任意の依存関係
ＩＤを設定する。

【００４０】ＬＯＯＰＣＡＲＲＩＥＤＤＥＰＥ
ＮＤＥＮＣＹ（ループ全体での依存関係）がある配列要
素が存在するかを調べる。発見した場合には，５０〜１
４９までの任意の番号を設定する。

【００４１】ループの任意の１点のみで依存関係が
発生する配列要素が存在するかを調べる。発見した場合
には，１５０〜２５０までの任意の番号を設定する。〔３〕依存関係ＩＤを利用する最適化依存関係ＩＤを利用する最適化は以下の手順で行う。

【００４２】図１０は，依存関係ＩＤを用いた最適化の
処理フローチャートである。ステップＳ１１で，処理の
対象となる配列要素を検索する。次に，ステップＳ１２
で，ループ内不変である配列要素の認識を行う。

【００４３】依存関係ＩＤを利用した最適化では，検索
した配列要素に対して，以下の２つの解析を行い，配列
要素がループ内で不変（Ｒｃ）かどうかを認識する。（１）検索対象の配列要素がＬＯＯＰＣＡＲＲＩＥＤ
ＤＥＰＥＮＤＥＮＣＹを考慮に入れない状態で，Ｒｃ
であることを認識する。この認識をするためには，以下
の条件を満足する必要がある。

【００４４】（ａ）配列のベースアドレス（配列の先頭
アドレス）とインデックスの再定義がない。（ｂ）ベースアドレスとインデックスがコンパイラ生成
変数でない（これらがコンパイラ生成変数である場合，
定義は必ず同一ループ内に存在するため，ループ内不変
とはならない）。

【００４５】（ｃ）ベースアドレスとインデックスであ
る変数の定義が同一ループ内に存在しない（データフロ
ー情報より判定）。（２）検索対象の配列要素がＬＯＯＰＣＡＲＲＩＥＤ
ＤＥＰＥＮＤＥＮＣＹを考慮に入れても，ループ内不
変（Ｒｃ）であることを判定し，その配列要素が対象ル
ープに対して，真にＲｃであることを認識する。この判
定は以下のように行う。

【００４６】（ａ）検索対象の配列要素の依存関係ＩＤ
が０の場合には，無条件に“重なりあり”と判断する。（ｂ）検索対象の配列要素の依存関係ＩＤが１の場合に
は，無条件に“重なりなし（Ｒｃ）”と判断する。

【００４７】（ｃ）検索対象の配列要素の依存関係ＩＤ
が２〜２５０の場合には，その依存関係ＩＤとループ内
の他のすべての配列要素の依存関係ＩＤが等しくなけれ
ば，“重なりなし（Ｒｃ）”と判断する。

【００４８】（ｄ）また，検索対象の配列要素の依存関
係ＩＤが２〜２５０の番号を持ち，ループ内に依存関係
ＩＤが等しい配列要素があった場合でも，それらが同じ
形状（次元・添字）の配列要素でなければ，“重なりな
し”と判断する。

【００４９】次に，ステップＳ１３で，ループ内不変
（Ｒｃ）であることを利用した最適化を行う。ここで
は，最適化として不変式または共通式の移動を行う。続
いて，検索対象である配列要素に対して行われる不変式
の移動，共通式の移動，また，その共通式の移動の特殊
なケースでソースプログラムをループリダクションでき
る形に変形する最適化（ループリダクション誘導）等を
行う。

【００５０】不変式の移動不変式の移動は，検索対象である配列要素Ａ［Ｋ］がＲ
ｃと判定された場合，図１１に示すように行う。図１１
（Ａ），（Ｂ）は，それぞれ，検索対象である配列要素
Ａ［Ｋ］のｌｏａｄ／ｓｔｏｒｅの不変式の移動例を示
している。

【００５１】共通式の移動共通式の移動は，検索対象である配列要素Ａ［Ｋ］がＲ
ｃと判定され，その命令を含めたループ内の他の箇所で
参照のみである場合，図１２に示すように動作する。

【００５２】そして，Ｒｃである配列要素Ａ［Ｋ］がル
ープ内の他の箇所で定義される場合の共通式の移動は，
図１３のように動作する。以下，共通式の移動の特殊な
ケースであるループリダクション誘導について説明す
る。図１４（Ａ）に示すソースプログラムでは，図１３
で示したような共通式の移動が実施されると，図１４
（Ｂ）に示すようなループリダクションが動作できるパ
ターンに変形される。これにより，ループリダクション
が適用され，図１４（Ｃ）の最終形のように変形され，
ループ内の並列度が上がり実行性能が向上する。

【００５３】〔４〕ループ展開後の依存関係ＩＤの伝搬依存関係ＩＤを利用する最適化が終了し，ループ展開を
行った後，展開したループの配列要素のコピーに対して
依存関係ＩＤを設定する。ループ展開後の依存関係ＩＤ
の設定の手順を以下に示す。

【００５４】（１）図９での依存関係ＩＤ＝０，依存関
係ＩＤ＝１，依存関係ＩＤ＝２〜１４９の配列要素をル
ープ展開で複製する場合，複製の依存関係ＩＤはオリジ
ナルと同じ番号を割り当てる。

【００５５】（２）図９での依存関係ＩＤ＝１５０〜２
５０のデータをループ展開で複製する場合，複製の依存
関係ＩＤは，オリジナル番号＋１きざみで番号を割り当
てる。

【００５６】図１５にループ展開前後の依存関係ＩＤを
示す。〔５〕依存関係ＩＤの再設定ループ内の依存関係解析が行われなかったループ，およ
び依存関係ＩＤが５０〜１４９の要素に対してのみ，ル
ープ任意の１回転のみの依存関係を解析し，その結果を
依存関係ＩＤに反映する。インデックス空間上の重なり
解析により得られた依存関係ＩＤが５０〜１４９の番号
に対して，再度，依存関係ＩＤを振り直す理由を以下の
例で説明する。

【００５７】重なり解析を利用して依存関係ＩＤを振っ
た際，５０〜１４９の番号（インデックス空間上で負の
依存関係／正の依存関係）が割り振られたデータは，ル
ープ展開により多重に展開した際の複製に対しても同じ
番号を複写することになる。これは，重なり解析を利用
して振った依存関係ＩＤはループの全ての回転を意識し
ているからである。図１５（Ａ）では，Ａ（Ｉ）とＡ
（Ｉ＋１）の重なり関係は，Ａ（Ｉ）を基準に見ると，
ループの次の回転で依存関係が発生する。従って，依存
関係ＩＤには５０が割り当てられ，これらの実行文をル
ープ展開で複写しても，その複製に対しては，同様の依
存関係ＩＤ“５０”が割り当てられる。

【００５８】このような依存関係ＩＤが割り当てられる
と，命令スケジューリングの際，命令の移動の自由度
は，極端に制限される。命令スケジューリングでは，ル
ープの全ての回転を意識した依存関係は必要ではなく，
ループ１回転の依存関係でよい。図１５（Ｂ）の例だと
Ａ（Ｉ）とＡ（Ｉ＋１）は，命令スケジューリングの観
点からは別の依存関係ＩＤが割り当てられた方がよい。
これらの問題を解決するために，依存関係ＩＤを二つ用
意する。一つは，ループ全回転に対する依存関係ＩＤで
あり，もう一つはループ１回転に対する依存関係ＩＤで
ある。ループ１回転に対する依存関係ＩＤをこの例に当
てはめれば，図１６に示すようになる。

【００５９】図１６で，ｓ１は，ループ全回転に対する
依存関係ＩＤを示し，ｓ２は，ループ１回転に対する依
存関係ＩＤを示す。図１６のプログラムのＡ（Ｉ＋１）
については，２つの依存関係ＩＤが同一なので重なりが
ありと判断され，この部分の依存関係は解消できない
が，少なくとも，Ａ（Ｉ＋２）のロードと，Ａ（Ｉ）と
のストアには重なりがないので，Ａ（Ｉ＋２）のロード
はＡ（Ｉ）のストアを追い越すこと，すなわち命令レベ
ルでは，Ａ（Ｉ＋２）のロード命令をＡ（Ｉ）のストア
命令の前に移動させることが可能である。

【００６０】〔６〕ループ展開後有効であるループ最適
化前述したループ展開の前に依存関係ＩＤを利用した最適
化を行うことにより，ループ展開後有効である最適化
（ループリダクション，リネーミング，ソフトウェアパ
イプラインニング等の最適化）が促進される。特に，顕
著な例が，図１４で示したループリダクション誘導であ
る。ループリダクションは並列性を上げ，実行性能を著
しく向上させる最適化であるため，それが誘導される効
果は大きい。

【００６１】〔７〕命令スケジューリング命令スケジューリングにおけるメモリアクセス（ｌｏａ
ｄ／ｓｔｏｒｅ）命令の移動では，原則として依存関係
を基にして命令を並び換える。命令スケジューリングで
依存関係ＩＤを用いた重なりの判定手順は，以下のとお
りである。

【００６２】（１）命令スケジューリングの対象となる
メモリアクセス（ｌｏａｄ／ｓｔｏｒｅ）命令が別のメ
モリアクセス（ｌｏａｄ／ｓｔｏｒｅ）命令を追い抜け
るかどうかを判定する。

【００６３】（２）同じ形状の配列要素でないなら，別
名関係を調べ，別名がないなら，重なりなしと判断す
る。この場合，メモリアクセスを追い抜くことができ
る。別名関係とは，同じ領域を異なる名前でアクセスで
きるように定義した場合の名前の関係をいう。

【００６４】（３）同一形状の場合には，依存関係ＩＤ
が異なっていれば，重なりなしと判断する。（４）上記（３）で依存関係ＩＤが同一でも，依存関係
ＩＤが５０〜１４９であるなら，ループ１回転の依存関
係ＩＤを比較し，異なるなら重なりなしと判断する。

【００６５】図１７は，命令スケジューリング時の依存
関係ＩＤを用いた重なり解析の処理フローチャートであ
る。ステップＳ２１で，配列要素が同一形状か否かを判
定する。同一形状であれば，ステップＳ２２へ進み，同
一形状でなければステップＳ２４へ進む。

【００６６】ステップＳ２２では，配列要素の依存関係
ＩＤが異なるかどうかを判定する。依存関係ＩＤが異な
る場合には“重なりなし”と判定し，依存関係ＩＤが同
じ場合には，ステップＳ２３へ進む。

【００６７】ステップＳ２３では，依存関係ＩＤが５０
〜１４９であるかどうかを判定する。依存関係ＩＤが５
０〜１４９の範囲でなければ“重なりあり”と判定し，
依存関係ＩＤが５０〜１４９の範囲であればステップＳ
２５の処理を行う。

【００６８】ステップＳ２４では，ステップＳ２１で配
列要素が同一形状でなかった場合に，別名関係があるか
どうかを判定する。別名関係があれば“重なりあり”と
判定し，別名関係がなければ“重なりなし”と判定す
る。

【００６９】ステップＳ２５では，ループ１回転の依存
関係が異なるかどうかを判定する。ループ１回転の依存
関係が異なる場合には“重なりなし”と判定し，依存関
係が異ならない場合には“重なりあり”と判定する。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
ループ内の配列要素に対する最適化，特に，１クロック
で１命令以上の命令が発行できるプロセッサに対して有
効となる最適化が促進され，プログラムを高速に実行さ
せることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】全ての配列要素の重なりの関係の解析が必要な
ソースプログラムに最適化を適用した場合の説明図であ
る。

【図３】図２に示すソースプログラムにループリダクシ
ョンを適用した場合の説明図である。

【図４】命令スケジューリングが効果的に実施できるソ
ースプログラムの例を示す図である。

【図５】インデックス空間Ｌの各配列要素の軌跡を示す
図である。

【図６】ＬｏｏｐＣａｒｒｉｅｄＤｅｐｅｎｄｅｎ
ｃｙを説明する図である。

【図７】共通式の移動の例を示す図である。

【図８】依存関係を解析する対象プログラムの例を示す
図である。

【図９】依存関係ＩＤの意味の例を示す図である。

【図１０】依存関係ＩＤを利用する最適化の処理フロー
チャートである。

【図１１】依存関係ＩＤを利用した不変式の移動の例を
示す図である。

【図１２】依存関係ＩＤを利用した共通式の移動の例を
示す図である。

【図１３】依存関係ＩＤを利用した共通式の移動の例を
示す図である。

【図１４】ループリダクション誘導の例を示す図であ
る。

【図１５】ループ展開後の依存関係ＩＤの再設定を説明
する図である。

【図１６】命令スケジューリングのための依存関係ＩＤ
の設定例を示す図である。

【図１７】依存関係ＩＤを利用した重なり関係の判定の
処理フローチャートである。

【図１８】単純ループに対するループ展開とループリダ
クションの適用例を示す図である。

【図１９】全ての配列要素の重なりの関係の解析が必要
なソースプログラム例を示す図である。

【図２０】インデックス空間Ｋでの各配列要素の軌跡を
示す図である。

【符号の説明】

１構文・意味解析部２最適化処理部３依存関係解析部４最適化部５命令スケジューリング部１０ソーステキスト２０処理装置３０オブジェクトコード

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−257706（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−206637（ＪＰ，Ａ) Ｓ．Ａ．Ｍａｈｌｋｅ他，ＣｏｍｐｉｌｅｒＣｏｄｅＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｆｏｒＳｕｐｅｒｓｃａｌａｒ−ＢａｓｅｄＨｉｇｈ−ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＳｙｓｔｅｍｓ, Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｓｕｐｅｒｃｏｍｐｕｔｉｎｇ’92，ｐ．808−817 日経エレクトロニクス，1986年，６月 16日号（ｎｏ．397），ｐ．225−227 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 9/45

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】最適化機能を持つ計算機プログラムの翻
訳処理装置におけるループ最適化翻訳処理方法であっ
て，最内ループに出現した全ての配列要素に対して依存関係
ＩＤとして“重なりなし”を示す値を設定するステップ
と，最内ループの配列要素に対して，最内ループのインデッ
クス空間に依存しない配列要素が存在するか否かを調
べ，発見した配列要素に対して依存関係ＩＤとしてその
旨を示す値を設定するステップと，ループ全体での依存関係がある配列要素が存在するか否
かを調べ，発見した配列要素に対して依存関係ＩＤとし
てその旨を示す値を設定するステップと，ループの任意の１点でのみ依存関係が発生する配列要素
が存在するか否かを調べ，発見した配列要素に対して依
存関係としてその旨を示す値を設定するステップと，ループ内不変であるか否かを判断する対象となる配列要
素について，依存関係ＩＤとして“重なりなし”を示す
値が設定されている場合，または依存関係ＩＤとして最
内ループのインデックス空間に依存しない配列要素であ
ることを示す値もしくはループ全体での依存関係がある
配列要素であることを示す値もしくはループの１点での
み依存関係が発生する配列要素であることを示す値が設
定されている場合であってその依存関係ＩＤとループ内
のほかの全ての配列要素の依存関係ＩＤが等しくないか
ループ内に依存関係ＩＤが等しい配列要素があった場合
であっても同じ次元・添字の配列要素でない場合に判断
の対象となる配列要素がループ内不変であると判定する
ステップと，ループ内不変と判定された配列要素に対して有効となる
不変式の移動または共通式の移動を行うステップとを有
することを特徴とするループ最適化翻訳処理方法。
【請求項２】請求項１記載のループ最適化翻訳処理方
法であって，さらに，配列要素を複製してループの展開を行うステップと，複製した配列要素に対してオリジナルの依存関係を伝搬
させるステップと，依存関係ＩＤの再設定を行うステップと，ループ展開後に有効な最適化処理を行うステップとを有
することを特徴とするループ最適化翻訳処理方法。