명령어의 병렬성과 명령어 윈도우크기가 수퍼스칼라 성능에 미치는 영향 = Impact of Instruction-Level Parallelism and Instruction Window Size on the Performance of Superscalar Processors
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발행연도
1997
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Korean
KDC
569
등재정보
구)KCI등재(통합)
자료형태
학술저널
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수록면
741-752(12쪽)
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본 논문에서는 순차 이슈와 비순차 이슈를 사용하는 수퍼스칼라 프로세서(superscalarprocessor)에서 명령어의 이슈율을 예측할 수 있는 새로운 해석적인 모델을 제안하였다. 기존의 방법은 대부분 수퍼스칼라의 성능을 알기 위해 단순히 시뮬레이션으로 명령어 레벨의 병렬성만을 측정하였으나 이러한 방법은 프로세서 성능제약의 원인을 명확히 찾아낼 수 없다. 본 논문은 명령어 이슈 방법, 명령어의 병렬성, 분기명령의 빈도수, 분기예측의 정확도, 명령어 윈도우(instruction window)의 크기, 파이프라인의 유니트 수 등을 고려하여 수퍼스칼라에서 명령어의 이슈율을 해석적 방법으로 계산하였다. 해석적 모델의 타당성을 검증하기 위해 인텔 80386/80387 명령어 트레이스(instruction trace)를 생성한 후 시뮬레이션을 수행하였으며, 시뮬레이션 결과 제안된 모델은 수퍼스칼라의 이슈율을 3~10% 이내로 정확히 추정하였다. 해석적 모델과 시뮬레이션에 의하면 비순차 이슈는 순차 이슈에 비하여 벤치마크 프로그램에 따라 7O~206%의 성능 향상을 보였다. 본 모델은 수퍼스칼라 프로세서와 응용 프로그램의 다양한 특성을 해석적 모델의 파라메터로 특징 지움으로써 시뮬레이션에서 드러나지 않는 성능제약의 원인을 명확히 규명할 수 있고, 새로운 프로세서의 설계시마다 수행하는 과도한 시뮬레이션을 실질적으로 줄일 수 있을 것이다.
더보기This paper suggests a novel analytical model to predict the average instruction issue rate of both in-order and out-of-order issue policies in a superscalar processor. Most of previous works have employed only simulation methods to measure the instruction-level parallelism for performance. But these methods cannot disclose the cause of the performance bottleneck. In this paper, the proposed model takes into account such factors as issue policy, instruction parallelism, branch probability, the accuracy of branch prediction, instruction window size, and the number of pipeline units to predict the instruction issue rate more accurately. To prove the correctness of the model, extensive simulations were performed with Intel 80386/80387 instruction traces. Simulations showed that the proposed model can predict the issue rate accurately within the range of 3~10%. The analytical model and simulations show that the out-of-order issue can improve the superscalar performance by 70~206% compared to the in-order issue. The model employs parameters to characterize the behavior of application programs and the structure of superscalar. Thus, it can reveal the cause of performance limitation in superscalar and reduce the burden of excessive simulations that should be performed whenever a new processor is designed.
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