JP7041353B2 - 演算処理装置及び演算処理装置の制御方法 - Google Patents
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Description
前記命令発行部は、前記メモリアクセス命令が分岐命令の分岐先未確定中に投機的に実行される投機実行のメモリアクセス命令の場合、有効な禁止フラグと前記分岐命令の命令識別子を、前記メモリアクセス命令に付加して発行し、
前記第1レベルのキャッシュ制御部は、前記キャッシュヒット判定がキャッシュミスの場合、発行された前記メモリアクセス命令の前記禁止フラグが有効であれば、前記第2レベルのキャッシュユニットに前記データ要求を発行せず、前記キャッシュヒット判定がキャッシュヒットの場合、前記第1レベルのキャッシュメモリからデータを取得して応答する、演算処理装置である。
図21は、プロセッサの脆弱性を説明する図である。プロセッサのセキュリティの脆弱性は、例えば、以下の不正な命令列が実行された場合に生じる場合がある。
JMP C //分岐先Cに分岐する分岐命令//
B LOAD1 R0 [秘密値格納のアドレス] //秘密値が格納されたアドレスで投機的にロードし
レジスタR0に秘密値を格納//
A LOAD2 *[100+R0] //レジスタR0内のアドレス(秘密値)で投機的にロードする//
図3は、本実施の形態における演算処理装置の概略的な構成を示す図である。図3に示した演算処理装置は、命令発行部を構成する命令デコーダI_DECと、命令デコーダが発行するメモリアクセス命令をキューインするRSAと、命令デコーダが発行する分岐命令をキューインするRSBR(Reservation Station for Branch)を有する。
図6は、本実施の形態のプロセッサを搭載する情報処理装置の概略図である。情報処理装置、HPC:High Performance Computerやスーパーコンピュータは、複数のノードそれぞれに、プロセッサCPU(Central Processing Unit)と、メインメモリM_MEMと、入出力部I/Oとを有する。各ノードのプロセッサCPUは、プロセッサ内に設けたインターコネクトを介して相互にパケット通信する。
図8は、本実施の形態における命令デコーダの構成例を示す図である。命令デコーダI_DECは、命令バッファI_BUF内の命令をインオーダーで入力し、命令をデコードし、分岐命令をRSBRに発行し、メモリアクセス命令をRSAに発行する。
図9は、RSAの構成例を示す図である。RSAは、発行キューRSA_QUEを有し、発行キューにエントリENTRY_0~ENTRY_nを作成して、命令デコーダから発行されたメモリアクセス命令MA_Iをエントリに登録してキューインする。各エントリに登録(記憶)される情報は、エントリのバリッドビットVと、メモリアクセス命令MA_Iの情報(ロードかストアの種別、アクセス先アドレスに関する情報等)と、禁止フラグL2$_INHと、分岐命令のIIDである。
図11は、L1データキャッシュユニットの構成を示す図である。L1データキャッシュユニット(以下簡略してL1データキャッシュと称する)L1D$は、オペランドアドレス生成器OP_ADD_GENと共にストレージユニットSUを構成する。RSAから発行されたメモリアクセス命令は、オペランドアドレス生成器によりオペランドアドレスを生成され、L1データキャッシュ内のメモリアクセスキューMA_QUEにエントリを作成する。このエントリには、メモリアクセス命令の情報と、禁止フラグL2$_INHと、分岐命令のIIDと、後述するL1データキャッシュでキャッシュミスしたことを示すL1データキャッシュミスフラグL1D$_MISSとが登録(記憶)される。
図13、図14、図15は、L1キャッシュのメモリアクセス命令の実行処理の第1の例を示すフローチャート図である。図13は、L1キャッシュのメモリアクセスキューでのエントリの投入制御を示し、図14は、L1データキャッシュ制御部でのL1TLBキャッシュヒット判定とTLBキャッシュミスした場合の処理を示し、図15は、L1データキャッシュ制御部でのL1データキャッシュヒット判定とL1データキャッシュメモリに対する処理を示す。
図18、図19、図20は、L1キャッシュのメモリアクセス命令の実行処理の第2の例のフローチャート図である。図18は、L1キャッシュのメモリアクセスキューでのエントリの投入制御を示し、図19は、L1キャッシュ制御部でのL1TLBキャッシュヒット判定とTLBキャッシュミスした場合の処理を示し、図20は、L1キャッシュ制御部でのL1データキャッシュヒット判定とL1データキャッシュメモリに対する処理を示す。
RSA:主記憶オペランドアドレス生成用リザベーションステーション
RSBR:分岐命令用リザベーションステーション
L1D$:L1データキャッシュユニット
L1D$_CNT:L1データキャッシュ制御部
34:L1データキャッシュメモリ
35:L1TLBキャッシュ
L2$:L2キャッシュユニット
36:L2キャッシュメモリ
L2$_CNT:L2キャッシュ制御部
MA_I:メモリアクセス命令
IID:分岐命令の命令識別子
L2$_INH:禁止フラグ(L2$へのデータ要求禁止フラグ)
V:バリッドビット
RSA_QUE:RSAの発行キュー
MA_QUE:L1キャッシュユニットのメモリアクセスキュー
ENTRY:エントリ
Claims (8)
- 命令を発行する命令発行部と、
メモリ内の一部のデータを記憶する第1レベルのキャッシュメモリと、前記命令発行部が発行したメモリアクセス命令に応答して、前記第1レベルのキャッシュメモリのキャッシュヒット判定を行い、前記キャッシュヒット判定がキャッシュミスの場合、第2レベルのキャッシュユニットにデータ要求を発行する第1レベルのキャッシュ制御部とを有する、第1レベルのキャッシュユニットと、
メモリ内の一部のデータを記憶する第2レベルのキャッシュメモリと、前記第1レベルのキャッシュ制御部が発行する前記データ要求に応答して、前記データ要求を制御する第2レベルのキャッシュ制御部とを有する、前記第2レベルのキャッシュユニットとを有し、
前記命令発行部は、前記メモリアクセス命令が分岐命令の分岐先未確定中に投機的に実行される投機実行のメモリアクセス命令の場合、有効な禁止フラグと前記分岐命令の命令識別子を、前記メモリアクセス命令に付加して発行し、
前記第1レベルのキャッシュ制御部は、前記キャッシュヒット判定がキャッシュミスの場合、発行された前記メモリアクセス命令の前記禁止フラグが有効であれば、前記第2レベルのキャッシュユニットに前記データ要求を発行せず、前記キャッシュヒット判定がキャッシュヒットの場合、前記第1レベルのキャッシュメモリからデータを取得して応答する、演算処理装置。 - 前記第1レベルのキャッシュメモリは、データが登録されるデータキャッシュメモリと、アドレス変換テーブルの一部が記憶されるTLB(Translation Lookaside Buffer)キャッシュのうち、いずれか一方または両方である、請求項1に記載の演算処理装置。
- 前記命令発行部は、前記メモリアクセス命令が分岐命令の分岐先確定後に実行される非投機実行のメモリアクセス命令の場合、無効な前記禁止フラグを前記メモリアクセス命令に付加して発行し、
前記第1レベルのキャッシュ制御部は、前記キャッシュヒット判定がキャッシュミスの場合、前記禁止フラグが無効であれば、前記第2レベルのキャッシュユニットに前記データ要求を発行し、その結果前記第1レベルのキャッシュメモリを更新する、請求項1に記載の演算処理装置。 - 前記第1レベルのキャッシュ制御部は、前記命令発行部から発行されたメモリアクセス命令を記憶するメモリアクセスキューを有し、
前記命令発行部は、前記分岐命令の分岐先が確定した場合、分岐予測が成功か否かの情報と前記分岐命令の識別子とを付加した分岐確定通知を前記第1レベルのキャッシュ制御部に発行し、
前記第1レベルのキャッシュ制御部は、
前記分岐確定通知に応答して、
前記分岐予測が成功の場合、前記分岐確定通知に付加された前記分岐命令の識別子と一致する分岐命令の識別子を有する前記メモリアクセスキューに記憶されたメモリアクセス命令の前記禁止フラグを無効化し、
前記分岐予測が失敗の場合、前記分岐確定通知に付加された前記分岐命令の識別子と一致するまたは後続する分岐命令の識別子を有する前記メモリアクセスキューに記憶されたメモリアクセス命令を無効化する、請求項1に記載の演算処理装置。 - 前記第1レベルのキャッシュ制御部は、前記キャッシュヒット判定がキャッシュミスの場合、前記禁止フラグが無効であれば、前記メモリアクセス命令に応じて前記第1レベルのキャッシュメモリを更新する、請求項4に記載の演算処理装置。
- 前記第1レベルのキャッシュ制御部は、
前記メモリアクセスキューから発行された前記メモリアクセス命令に対する、前記第1レベルのキャッシュメモリへのアクセス制御を実行し、
前記メモリアクセスキューから発行された前記メモリアクセス命令が、前記キャッシュミスし、前記禁止フラグが有効であれば、前記キャッシュミスの後前記禁止フラグが無効化されるまで、前記メモリアクセスキューから発行しない、請求項4に記載の演算処理装置。 - 前記命令発行部は、命令をデコードする命令デコーダと、前記命令デコーダから発行された命令を前記第1レベルのキャッシュ制御部に発行するリザベーションステーションとを有し、
前記命令デコーダが、前記禁止フラグと前記分岐命令の命令識別子を付加して前記メモリアクセス命令を前記リザベーションステーションに発行し、
前記リザベーションステーションは、前記命令デコーダから発行された前記メモリアクセス命令を記憶するリザベーションステーションキューを有し、
前記リザベーションステーションは、
前記分岐確定通知に応答して、
前記分岐予測が成功の場合、前記分岐確定通知に付加された前記分岐命令の識別子と一致する分岐命令の識別子を有する前記リザベーションステーションキューに記憶されたメモリアクセス命令の前記禁止フラグを無効化し、
前記分岐予測が失敗の場合、前記分岐確定通知に付加された前記分岐命令の識別子と一致するまたは後続する分岐命令の識別子を有する前記リザベーションステーションキューに記憶されたメモリアクセス命令を無効化する、請求項4に記載の演算処理装置。 - 命令を発行する命令発行部と、
メモリ内の一部のデータを記憶する第1レベルのキャッシュメモリと、前記命令発行部が発行したメモリアクセス命令に応答して、前記第1レベルのキャッシュメモリのキャッシュヒット判定を行い、前記キャッシュヒット判定がキャッシュミスの場合、第2レベルのキャッシュユニットにデータ要求を発行する第1レベルのキャッシュ制御部とを有する、第1レベルのキャッシュユニットと、
メモリ内の一部のデータを記憶する第2レベルのキャッシュメモリと、前記第1レベルのキャッシュ制御部が発行する前記データ要求に応答して、前記データ要求を制御する第2レベルのキャッシュ制御部とを有する、前記第2レベルのキャッシュユニットとを有する演算処理装置の制御方法であって、
前記命令発行部は、前記メモリアクセス命令が分岐命令の分岐先未確定中に投機的に実行される投機実行のメモリアクセス命令の場合、有効な禁止フラグと前記分岐命令の命令識別子を、前記メモリアクセス命令に付加して発行し、
前記第1レベルのキャッシュ制御部は、前記キャッシュヒット判定がキャッシュミスの場合、発行された前記メモリアクセス命令の前記禁止フラグが有効であれば、前記第2レベルのキャッシュユニットに前記データ要求を発行せず、前記キャッシュヒット判定がキャッシュヒットの場合、前記第1レベルのキャッシュメモリからデータを取得して応答する、演算処理装置の制御方法。
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