Barrel processor

Barrel processor (doslova "sudový/barelový/bubnový procesor") alebo interleaved temporal multithreading (processor) alebo fine-grained multithreading (processor) je procesor, ktorý prepína medzi vláknami výpočtu v každom cykle. Ako opak simultánneho multithreadingu v moderných superskalárnych architektúrach spravidla nedovoľuje vykonávanie viacerých inštrukcií v jednom cykle.

Napríklad periférny procesorový systém počítačov série CDC 6000 a jeho nasledovníkov vykonával jednu inštrukciu (alebo časť inštrukcie) na každom z 10 rôznych virtuálnych procesorov (zvaných periférne procesory) predtým ako sa vykonávanie vrátilo hlavnému procesoru.^[1]. Procesor IP3023 vyvinutý spoločnosťou Ubicom taktiež vykonáva jednu inštrukciu v každom z 8 rôznych vlákien a následne sa vracia k hlavnému vláknu.

Podobne ako pri preemptívnom multitaskingu je ku každému vláknu priradené jeho vlastné počítadlo programu a iné registre. Barrel procesor je schopný zaručiť, že každé vlákno vykoná 1 inštrukciu každých N cyklov, na rozdiel od systémov s preemptívnym multitaskingom, v ktorých sa jedno vlákno zvyčajne vykonáva počas stoviek až tisícok cyklov, kým ostatné vlákna čakajú.

Technika zvaná C-slowing dokáže k bežnému single-tasking návrhu procesora automaticky vygenerovať korešpondujúci barrel návrh procesora. n-dielny barrel procesor vytvorený takýmto spôsobom pracuje ako n separátnych kópií pôvodného single-tasking procesora, pričom každá kópia pracuje rýchlosťou rovnajúcou sa zhruba 1/n pôvodnej rýchlosti.

Výhody oproti jednovláknovým procesorom

Jednovláknový procesor strávi množstvo času čakaním a nerobením ničoho užitočného, pri každom výpadku cache alebo zastaveniu pipeline. Výhody barrel procesorov oproti single-tasking procesorom zahŕňajú:

Schopnosť robiť užitočnú prácu na ostatných vláknach, kým zastavené (stalled) vlákno čaká. Návrh n-dielneho barrel procesora s pipeline hĺbky n je omnoho jednoduchší než návrh single-tasking procesora, pretože pri barrel procesore sa nikdy nevyskytne zastavenie pipeline a nevzniká potreba feed-forward obvodov.
Pri real-time aplikáciach môže barrel procesor zaručiť, že "real-time" vlákno sa môže vykonávať s presným časovaním, nezávisle od toho, čo sa deje s ostatnými vláknami – i keď je niektoré z ostatných vlákien uviaznuté (deadlock), v nekonečnom cykle alebo je prerušované hardvérovými prerušeniami.

Nevýhody oproti jednovláknovým procesorom

Buď musia všetky vlákna zdieľať rovnakú cache, čo znižuje celkový výkon systému, alebo pre každé vlákno musí byť vyhradená jedna jednotka cache, ktorá dokáže značne zvýšiť počet tranzistorov (transistor count) takého CPU. Avšak, väčšina barrel procesorov je používaná na implementáciu tzv hard real-time vnorených systémov, kde náklady na prístup do pamäte sú zvyčajne vypočítavané s predpokladom najhoršieho správania sa cache.

Stav každého vlákna musí byť udržiavaný on-chip (typicky v registroch), aby sa vyhlo off-chip kontextovému prepínaniu (context switch). Oproti bežným procesorom to vyžaduje veľké množstvo registrov.

Referencie

↑ CDC Cyber 170 Computer Systems; Models 720, 730, 750, and 760; Model 176 (Level B); CPU Instruction Set; PPU Instruction Set Archivované 2016-03-03 na Wayback Machine -- See page 2-44 for an illustration of the rotating "barrel".

Pozri aj

Zdroj

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Barrel processor na anglickej Wikipédii (číslo revízie nebolo určené).

[cyber-1] CDC Cyber 170 Computer Systems; Models 720, 730, 750, and 760; Model 176 (Level B); CPU Instruction Set; PPU Instruction Set Archivované 2016-03-03 na Wayback Machine -- See page 2-44 for an illustration of the rotating "barrel".

[1]