JP5539432B2 - ベクトルマスク設定技術 - Google Patents

Description

本発明の実施例は、マイクロプロセッサアーキテクチャに関する。より詳細には、本発明の実施例は、命令セットアーキテクチャにより使用するためのベクトルマスクの設定に関する。

各種プロセッサにおける様々な命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）に使用される命令は、結果値を生成するため他の値と論理的に組み合わされるマスク値を生成する処理を含むかもしれない。マスク値は、レジスタ（ベクトルマスク）などのメモリ位置に格納されるかもしれず、他の値の対応するビット数のビットとのブール論理演算（ＡＮＤ演算など）に使用されるいくつかのビットを含む。例えば、図１は、結果レジスタ１１０に格納されている結果値を生成するため、他のレジスタ１０５に格納されている他の値のビットとブールＡＮＤ演算を介し論理的に合成されるビットを有するベクトルマスク１０１を示す。

いくつかのＩＳＡでは、命令は、結果を生成するためマスク値を使用する命令として指定されるかもしれない。例えば、ある命令が「マスクにより」実行されると指定されている場合、当該命令によって使用又は生成されるデータ値は、「ベクトルレジスタ」などのプロセッサレジスタに格納されるかもしれない。次に、ベクトルレジスタの要素に格納されるデータに対して実行される演算は、「ベクトルマスクレジスタ」に格納可能なベクトルマスクの対応するビットをチェックするかもしれない。対応するビットがある値に設定されている場合、当該演算は、ベクトルマスクに関係なく実行されるかもしれない。他方、当該ビットが他の値に設定されている場合、例えば、演算は無視され、当該演算に対して例外処理も結果も生成されない。ベクトルマスク内のビット数と、ベクトルマスクの各ビットの意味は、それが実現されるプロセッサのアーキテクチャに従って変化するかもしれない。

ベクトルマスクは、命令（ｕｏｐ）から復号される演算などの処理又は処理シーケンスを用いて、スカラーレジスタなどの他のレジスタからのベクトルマスクを設定することを含む各種技術により初期化又は設定することが可能である。あるいは、いくつかの従来技術は、「比較」演算などの他の演算のパフォーマンスにより非明示的にベクトルマスクを設定する。１つの従来技術では、ベクトルマスクは、「ゼロ」の値のベクトルなど、他の値とマスク値を比較する第１の演算（“ｖｅｑ”演算など）を利用して、ベクトルマスクを設定する第２の演算（“ｓｅｔｖｍ”演算など）を実行することによって、ベクトルマスクに格納可能な値を生成することにより設定される。

いくつかの従来技術は、ベクトルマスク値を生成する処理と、ベクトルマスクがそれを使用する各種命令に適用可能なレジスタなどの格納位置にベクトルマスクを格納する処理を利用している。

上述したものなどの従来技術の１つの問題は、利用可能になる前にベクトルマスクを最終的に設定するため２以上の処理が実行される必要があり、それは余計な処理サイクルを必要とし、これにより、処理パフォーマンスに影響を与えるということである。

本発明の課題は、上記問題点に鑑み、マイクロプロセッサアーキテクチャの命令セットアーキテクチャにおいて使用される効果的なベクトルマスク生成技術を提供することである。

本発明によると、上記課題は、ベクトルマスクを格納するための第１処理を検出する第１ロジックと、前記第１処理より以前のベクトルマスク値を生成するための最新の第２処理を特定する第２ロジックと、前記第２処理が特定される場合、前記第１処理の実行を回避する第３ロジックとから構成されることを特徴とするプロセッサにより解決される。

また、本発明によると、ベクトルマスク値を生成するための第１命令と、前記ベクトルマスク値をベクトルマスクレジスタに格納するための第２命令とを格納するメモリと、前記第１命令が前記第２命令と同一のベクトルマスクレジスタに対応する場合、前記第２命令の実行を回避するプロセッサとから構成されることを特徴とするシステムが提供される。

また本発明によると、ベクトルマスク値を格納するための第１処理をキューに格納するステップと、前記ベクトルマスク値を生成するための最新の第２処理について前記キューを検索するステップと、前記第２処理が検出される場合、前記第１処理を前記キューから削除するステップとを有する方法であって、前記第１処理は、前記第２処理より以前のものであることを特徴とする方法が提供される。

さらに本発明によると、少なくとも２つのソースオペランドを格納する少なくとも２つのソースレジスタを有するベクトルレジスタファイルと、前記ベクトルレジスタファイルに接続され、少なくとも１つのベクトルマスク値を格納する少なくとも１つのベクトルマスクレジスタを有するベクトルマスクレジスタファイルと、前記ベクトルレジスタファイルと前記ベクトルマスクレジスタファイルとに接続され、前記少なくとも２つのソースオペランドに対してブールＡＮＤ演算を実行するＡＬＵ（Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ Ｌｏｇｉｃ Ｕｎｉｔ）とから構成される装置であって、前記実行の結果がすべてゼロを含むものでない場合、前記結果は前記ベクトルマスクレジスタに格納されることを特徴とする装置が提供される。

本発明によると、マイクロプロセッサアーキテクチャの命令セットアーキテクチャにおいて使用される効果的なベクトルマスク生成技術を提供することができる。

図１は、ベクトルマスク値を生成するための従来技術を示す。 図２は、一実施例によるベクトルマスクを設定する技術を示す。 図３は、本発明の少なくとも１つの実施例の少なくとも１つの特徴を示すフローチャートである。 図４は、本発明の少なくとも１つの実施例を参照して説明される処理の少なくとも一部を実現するのに利用可能なハードウェアロジックを示す。 図５は、本発明の一実施例が利用可能なＦＳＢコンピュータシステムを示す。 図６は、ＰｔＰ構成により構成されるコンピュータシステムを示す。

本発明の実施例は、マイクロプロセッサに関する。より詳細には、本発明の実施例は、プロセッサ又は処理システム内で１以上の命令が実行されることにより使用されるベクトルマスクを設定する技術に関する。

本発明の少なくとも１つの実施例では、マスク値を設定するための少なくとも１つの命令とベクトルマスクを設定するための少なくとも１つの命令とをマッチングすることによって、プロセッサ又は処理システム内で実行される１以上の命令と関連付けされる各種機能をイネーブル又は非イネーブルとするため、ベクトルマスクが構成（設定）される。少なくとも１つの実施例では、このマッチングは、処理リストに対してベクトルマスク値を設定する実行対象の最も早い（最新の（ｙｏｕｎｇｅｓｔ））処理を、ベクトルマスクをこのベクトルマスク値により設定する処理の実行前に検索することによって実行される。さらに、本発明の少なくとも１つの実施例は、ベクトルマスクを設定する命令の実行を省略するか、又は少なくとも無視し、代わりにベクトルマスクを対応する値に設定するため、マスク値を設定する命令を実行する。

図２は、例えば、一実施例によるベクトルマスクを設定する技術を示す。図２では、処理ロジックによって実行される命令又はｕｏｐを格納するスケジューラなどの命令キュー２００が示される。図２に示される例では、各種命令／ｕｏｐが異なる時点でキューに格納され、それらがキューに入力された時点の順序により格納される（すなわち、“最も古い”から“最も新しい”）。例えば、図２において、オペコード（“ｏｐｃｏｄｅ”）により特定される命令又はｕｏｐである“ｖａｄｄ”が、キューに最初に入力され、このためエントリ２０１に格納される。その後、オペコードにより特定される命令又はｕｏｐである“ｖａｎｄ”がエントリ２０３に格納され、オペコードにより特定される命令又はｕｏｐである“ｖｍｕｌ”がエントリ２０５に格納される。他の実施例では、命令又はｕｏｐは、それらのキューへの到着順により格納されてもよいし、そうでなくてもよい。あるいは、キューの先頭から最後尾になど、異なる位置に格納されるようにしてもよい。

図２のキューの各命令又はｕｏｐは、上述したような対応するオペコード２０７と共に、当該命令又はｕｏｐによって処理されるデータが存在するレジスタなどの格納領域内の位置を特定する対応するソース位置識別子２０９を有する。同様に、図２のキュー内の各命令又はｕｏｐは、対応する命令又はｕｏｐの実行により生成されるデータが格納されるレジスタなどの格納領域内の位置を特定する対応するデスティネーション位置識別子２１１を有する。少なくとも１つの実施例では、キュー内の各エントリはまた、命令又はｕｏｐにより生成されるベクトルマスクが格納されるレジスタなどの格納領域内の位置を特定する対応するデスティネーション位置識別子２１３を格納する。いくつかの命令又はｕｏｐは、特に対応する命令又はｕｏｐがその実行後にベクトルマスク値を生成しない場合には、何れの情報もそれらのキューエントリのベクトルマスクフィールド内に格納しないようにしてもよい。

図２において、ｖａｎｄ命令又はｕｏｐは、例えば、それのエントリのソースフィールドとデスティネーションフィールドに対応するデータ間のブールＡＮＤ演算を実行し、その結果をそれのキューエントリのデスティネーションフィールドによって示される位置に格納するものである。また図２において、オペコード“ｓｅｔｖｍ”により特定される第４の命令又はｕｏｐが、キューのエントリ２１５に入力されている。ｓｅｔｖｍ命令又はｕｏｐは、実行時にベクトルマスク識別子フィールドによって特定される位置のベクトルマスク値を、ソース識別子フィールドにより特定されるベクトルマスクに格納する処理である。

図２に示される例では、ｓｅｔｖｍ命令又はｕｏｐに対応するマスク値の位置は、ｖａｎｄ命令又はｕｏｐに対応するマスク値の位置と同一である。本発明の少なくとも１つの実施例は、図２のｓｅｔｖｍとｖａｎｄとの間の関係を同一のベクトルマスク値に対応するものと認識し、その後、キューからｓｅｔｖｍ命令又はｕｏｐを削除するか、あるいは、ｓｅｔｖｍ命令又はｕｏｐを実行せず、ｖａｎｄ命令又はｕｏｐのデスティネーション識別子を命令又はｕｏｐにより使用されるベクトルマスクの位置として利用する。

一実施例では、図２に示されるｓｅｔｖｍ命令又はｕｏｐが図２のキュー内に検出されると、検索ロジック、検索ソフトウェア又はそれらの組み合わせが、例えば、キューの各エントリに対応するコンテンツアドレッサブルメモリ（ＣＡＭ）セットを検索することによって、キューに対応するｖａｎｄ処理を検出することができる。一実施例では、第１の値（論理“１”など）に設定されたＣＡＭは、ｓｅｔｖｍ命令又はｕｏｐにより使用されるベクトルマスク値を生成及び格納するｖａｎｄ命令又はｕｏｐのキュー内における位置を示すかもしれない。他の実施例では、ｖａｎｄ命令又はｕｏｐのキュー内の位置を特定する他の技術が、利用されるかもしれない。

図３は、本発明の少なくとも１つの実施例の少なくとも１つの特徴を示すフローチャートである。特に、図３は、ｓｅｔｖｍ命令又はｕｏｐを実行する必要がなくなるように、スケジューラなどのキュー内のｓｅｔｖｍ命令又はｕｏｐの有無を検出し、対応するマスク生成命令又はｕｏｐ（一実施例ではｖａｎｄなど）を検出するため実行される処理を示す。処理３０１において、ｓｅｔｖｍ命令又はｕｏｐは、処理ロジックによって実行される命令又はｕｏｐのキューに格納される。処理３０３において、ｓｅｔｖｍ命令又はｕｏｐより以前のキューエントリが、ｓｅｔｖｍ命令又はｕｏｐと同じマスク値に対応するキュー内の最新のｖａｎｄ命令又はｕｏｐを検出するため検索される。最新の対応するｖａｎｄ命令が検出された後、ｓｅｔｖｍキューから削除されるか、あるいは、それが実行されず、ｖａｎｄ処理の結果が処理３０５において他の命令又はｕｏｐに対するベクトルマスクとして利用されるようにマーク付けされる。

一実施例では、キューはプロセッサのスケジューラであり、他の実施例では、処理ロジックにより実行される命令又はｕｏｐを格納するプロセッサの内部又は外部の他のキューであってもよい。さらに、ここまではｓｅｔｖｍとｖａｎｄ命令又はｕｏｐが参照されてきたが、他の実施例では、他の命令又はｕｏｐが、本発明の実施例が利用される命令セットアーキテクチャに応じて、ベクトルマスク値を生成し、当該値によりベクトルマスクを設定するのに利用可能である。

本発明の実施例は、ソフトウェア、ハードウェア又はそれらの組み合わせを含む様々な方法により実現可能である。図４は、例えば、本発明の少なくとも１つの実施例を参照して説明される処理の少なくとも一部を実現するのに利用可能なハードウェアロジックを示す。特に、図４は、ｓｅｔｖｍやｖａｎｄなどの命令又はｕｏｐに対応するオペランドと結果を格納するのに利用されるソース及びデスティネーションレジスタを有するベクトルレジスタファイル４０１を示す。さらに、図４は、本発明の１以上の実施例によって生成されるベクトルマスクを格納するベクトルマスクレジスタファイル４０５を示す。ｖａｎｄ命令又はｕｏｐは、例えば、ＡＬＵ（Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ Ｌｏｇｉｃ Ｕｎｉｔ）４１０にベクトルレジスタファイルのソースレジスタの２以上に格納されているデータ間のブールＡＮＤ演算を実行させ、ベクトルレジスタファイル内のデスティネーションレジスタ及び／又はベクトルマスクレジスタファイル内のベクトルマスクレジスタに当該結果を格納させるようにしてもよい。

一実施例では、ｖａｎｄ命令又はｕｏｐの結果は、ベクトルマスク値が必ずしもすべてゼロとならない場合、比較ロジック４０３により比較演算を実行することによって、当該結果をベクトルマスクレジスタファイルに格納のみ実行する。一部の実施例では、ベクトルマスクレジスタファイルに格納されているベクトルマスク値は、ベクトルマスクレジスタファイルからＡＬＵへの接続によって容易にされるように、ＡＬＵにおいて実行される他の論理演算において利用されるようにしてもよい。一実施例では、ｖａｎｄ処理により使用されるソースレジスタの１つは、生成されたベクトルマスク値が第１ソースレジスタに格納されている非ゼロのビットのレジスタ位置を反映するように、すべてゼロを含むソースレジスタ値とＡＮＤ演算される少なくとも１つの非ゼロのビットを含む。このマスク値は、ベクトルマスクレジスタファイルからマスクにアクセスすることによって、以降の命令により利用可能である。

図５は、本発明の一実施例が利用可能なフロント・サイド・バス（ＦＳＢ）コンピュータシステムを示す。プロセッサ５０５は、レベル１（Ｌ１）キャッシュメモリ５１０とメインメモリ５１５からのデータにアクセスする。本発明の他の実施例では、キャッシュメモリは、レベル２（Ｌ２）キャッシュ又はコンピュータシステムメモリ階層内の他のメモリであってもよい。さらにいくつかの実施例では、図５のコンピュータシステムは、Ｌ１キャッシュとＬ２キャッシュの両方を含むものであってもよい。

図５のプロセッサ内に、マシーン状態の格納領域５０６が示される。一実施例では、格納領域はレジスタセットであってもよいし、他の実施例では、他のメモリ構成であってもよい。また図５において、一実施例によるセーブエリアセグメントのための格納領域５０７が示される。他の実施例では、セーブエリアセグメントは、他の装置又はメモリ構成内にあってもよい。プロセッサは、任意数の処理コアを有するものであってもよい。しかしながら、本発明の他の実施例は、独立したバスエージェントなどのシステム内部の他の装置内で実現されてもよいし、あるいは、システム全体にハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせにより分散されてもよい。

メインメモリは、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ−Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）５２０、又は各種記憶装置及び技術を含むネットワークインタフェース５３０を介しコンピュータシステムからリモートに存在するメモリソースなどの各種メモリソースにより実現可能である。キャッシュメモリは、プロセッサ内部に、又はプロセッサのローカルバス５０７などのプロセッサに近接して配置されていてもよい。

さらに、キャッシュメモリは、６トランジスタ（６Ｔ）セルやほぼ同様又はより高速なアクセス速度の他のメモリセルなど、比較的高速なメモリセルを有するようにしてもよい。図５のコンピュータシステムは、ＰｔＰ（Ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−Ｐｏｉｎｔ）ネットワーク上の各エージェントに専用のバス信号を介し通信するマイクロプロセッサなどのバスエージェントのＰｔＰネットワークであってもよい。図６は、ＰｔＰ構成に構成されたコンピュータシステムを示す。特に、図６は、プロセッサ、メモリ及び入出力がいくつかのＰｔＰインタフェースにより相互接続されているシステムを示す。

図６のシステムは、複数のプロセッサを有する可能性があるが、簡単化のため、２つのプロセッサ６７０と６８０のみが示されている。プロセッサ６７０と６８０は、メモリ２２と２４と接続するためローカルメモリコントローラハブ（ＭＣＨ）６７２と６８２を有するようにしてもよい。プロセッサ６７０と６８０は、ＰｔＰインタフェース回路６７８と６８８を用いてＰｔＰインタフェース６５０を介しデータをやりとりするようにしてもよい。プロセッサ６７０と６８０は、ＰｔＰインタフェース回路６７６、６９４、６８６及び６９８を用いて、各ＰｔＰインタフェース６５２と６５４を介しチップセット６９０によりデータをやりとりするようにしてもよい。チップセット６９０はまた、ハイパフォーマンスグラフィックインタフェース６３９を介しハイパフォーマンスグラフィック回路６３８によりデータをやりとりするようにしてもよい。本発明の実施例は、任意数の処理コアを有する任意のプロセッサ内に、又は図６の各ＰｔＰバスエージェント内に配置されてもよい。

しかしながら、本発明の他の実施例は、図６のシステム内の他の回路、ロジックユニット又は装置に存在するようにしてもよい。さらに、本発明の他の実施例は、図６に示される複数の回路、ロジックユニット又は装置全体に分散されていてもよい。

本発明の様々な特徴は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）回路及びロジック装置（ハードウェア）を用いて実現可能であるが、他の特徴はプロセッサによって実行される場合、プロセッサに本発明の実施例を実行するための方法を実行させるマシーン可読媒体に格納されている命令（ソフトウェア）を用いて実現されてもよい。さらに、本発明の一部の実施例はハードウェアのみにより実行されてもよく、他の実施例はソフトウェアのみにより実行されてもよい。

本発明が例示的な実施例を参照して説明されたが、本記載は限定的に解釈されるべきものではない。本発明が属する分野の当業者には明らかなこれら例示的な実施例と共に他の実施例の各種改良は、本発明の趣旨及び範囲内に属するとされる。

４０１ ベクトルレジスタファイル
４０５ ベクトルマスクレジスタファイル
４１０ ＡＬＵ
４０３ 比較ロジック
５０５、６７０、６８０ プロセッサ
５１０ キャッシュメモリ
５１５ メインメモリ
５２０ ＨＤＤ
５３０ ネットワークインタフェース
６７２、６８２ ＭＣＨ
６５０ ＰｔＰインタフェース
６９０ チップセット

Claims (10)

1. 第１処理のソース位置識別子に対応する第１位置から取得されるベクトルマスク値をベクトルマスクレジスタに格納するための第１命令の前記第１処理を命令キューにおいて検出する第１ロジックと、
   前記第１処理より以前の第２命令の最新の第２処理を前記命令キューにおいて特定する第２ロジックであって、前記第２ロジックは、前記ベクトルマスク値を設定するため前記第１処理により以降に使用されるべき前記第１位置の値を前記第２処理が設定することを特定し、１以上の命令が、該１以上の命令が前記第１位置における値を利用しない前記命令キュー内の前記第１命令と前記第２命令との間に存在する、前記第２ロジックと、
   前記第１処理と第２処理とが特定され、前記第２命令によって前記第１位置に設定された値が、前記ベクトルマスクレジスタにおいて前記ベクトルマスク値を設定するため前記第１処理により使用されるべきである場合、前記第１処理の実行を禁止し、前記１以上の命令の実行を許可し、前記値をマスクとして使用する前記第１処理に後続する何れかのベクトル処理によって前記値が利用可能になるように、前記第２処理に前記値を前記ベクトルマスクレジスタに設定させることを実現する第３ロジックと、
   を有するプロセッサ。
2. 請求項１記載のプロセッサであって、
   前記第２処理は、ベクトルソースレジスタ識別子によって特定されるオペランドと、前記ベクトルマスクレジスタと異なるベクトルデスティネーションレジスタに格納される結果とを有するベクトルブールＡＮＤ演算を含むことを特徴とするプロセッサ。
3. 請求項１記載のプロセッサであって、
   前記第２ロジックは、最新の処理として前記第２処理を特定するビットを格納するコンテンツアドレッサブルメモリ（ＣＡＭ）を有することを特徴とするプロセッサ。
4. 請求項１乃至３何れか一項記載のプロセッサを有する計算システム。
5. ハードウェアにより実行される方法であって、
   ベクトルマスクレジスタファイルのベクトルマスクレジスタにベクトルマスク値を格納するための第１処理を有する第１命令をキューに格納するステップであって、前記ベクトルマスク値は前記第１命令において特定されるベクトルソースレジスタからわたされる、前記格納するステップと、
   前記ベクトルマスク値を生成し、前記第１処理の実行前に前記ベクトルマスク値を前記ベクトルソースレジスタに格納するための最新の第２処理を有する第２命令について前記キューを検索するステップであって、前記第１処理と前記第２処理との実行の間に前記ベクトルソースレジスタを利用しない１以上の命令が、前記キュー内の前記第１命令と前記第２命令との間に存在する、前記検索するステップと、
   前記第１命令と前記第２命令との検出に応答して、前記第１処理の実行を禁止し、前記１以上の命令の実行を許可し、前記ベクトルマスク値をマスクとして使用する前記第１処理に後続する何れかのベクトル処理によって前記ベクトルマスク値が利用可能になるように、前記第２処理に前記ベクトルマスク値を前記ベクトルマスクレジスタに格納させるステップと、
   を有する方法。
6. 請求項５記載の方法であって、
   前記第１処理は、前記ベクトルマスク値を前記ベクトルマスクレジスタファイルに格納するためのｓｅｔｖｍオペコードに対応することを特徴とする方法。
7. 請求項６記載の方法であって、
   前記第２処理は、前記ベクトルマスク値を生成するためのｖａｎｄオペコードに対応することを特徴とする方法。
8. ハードウェアにより実行される方法であって、
   第１命令と第２命令とを検索するステップであって、前記第１命令は、該第１命令において特定されたベクトルソースレジスタからわたされたベクトルマスク値をベクトルマスクレジスタファイルのベクトルマスクレジスタに格納する第１処理を有し、前記第２命令は、前記第１処理の実行前に前記ベクトルマスク値を生成し、前記ベクトルソースレジスタに格納する最新の第２処理を有し、前記第１処理と前記第２処理との実行の間に前記ベクトルソースレジスタを利用しない１以上の命令が前記第１命令と前記第２命令との間に存在する、前記検索するステップと、
   前記第１命令と前記第２命令との検出に応答して、前記第１処理の実行を禁止し、前記１以上の命令の実行を許可し、マスクとして前記ベクトルマスク値を利用する前記第１処理に後続する何れかのベクトル処理により前記ベクトルマスク値が利用可能になるように、前記第２処理に前記ベクトルマスク値を前記ベクトルマスクレジスタに格納させるステップと、
   を有する方法。
9. 請求項８記載の方法であって、
   前記第１処理は、前記ベクトルマスク値を前記ベクトルマスクレジスタファイルに格納するためのｓｅｔｖｍオペコードに対応することを特徴とする方法。
10. 請求項９記載の方法であって、
    前記第２処理は、前記ベクトルマスク値を生成するためのｖａｎｄオペコードに対応することを特徴とする方法。

Images