自作CPUにMatrix Schedulerを導入した場合の変更量について考える

まあいつかの段階で自作CPUのスケジューラを変更しようと思っているのだが、これをどのようにしようかいろいろ思いを巡らせている。 アウトオブオーダのフロントエンドはあまり得意ではないので、どうやって作ればいいのか悩んでいる。

• 現在の実装

  • Issue Unitが各モジュール (ALU / LSU / FPUなど)に分散している
  • Matrix Schedulerを導入したいが、これをどのように変更しようか？

• まず、Matrix SchedulerはIssue Windowの大きさのみを管理するということなので、仮にその大きさを16として(Reloadedの実装を含まずにNaiveな方法で)で導入することを仮定しよう

  • Matrix Schedulerはレジスタの依存関係ではなく命令の依存関係を解析するので、命令間の直接的な依存関係を見る必要がある
    • これをリネーム時に検出する必要がある？
    • つまり、命令Aが読もうとしているレジスタx/yがどの命令によって生成される(Producer)なのかをチェックする必要があるということか。
      • これは論理レジスタでやってよい？
      • その情報に基づきMatrixを作る必要があるのか？

• 依存関係を解決の検出は、これまでに使用しているSchedulerの通知方法を使えばいいはずだが、

  • これまでは、物理レジスタへの書き込みの2サイクル前にEarly Notificationを出力して、先行して発行させていた。
    • LSUによるSpeculative Missが起きない限りはこの方法がいける
  • なので、Matrix SchedulerのWakeupの実際は、Wakeup Logicが動いたタイミングというよりは、実際のパイプラインがResultを生成する直前にアップデートしなければならないのか？
    • そうでないと、長いパイプラインの命令でA-->Bの依存関係があり、Aを発行した後すぐにBを発行するとBのデータが間に合わない

• Speculative Missが発生した場合

  • これまでは、分散したSchedulerにおいて、各命令の発行エントリがステートマシンを持っており、Speculative Missを検出するとそこで制御していた
  • 例えばLSUの場合、EX1でEarly WakeupでResultの依存する命令をWakeupするが、次のサイクルのEX2でSpeculative Missが生成されると、止めることができる
    • 命令Bは命令Aに起こされるが、次のサイクルでSpeculative Missを検出するともう一度待機状態に戻ることができる。

A --> ISS --> EX0 --> EX1 --> EX2 --> EX3
                      Early Wakeup    Result
                              [Speculative Miss]
                              
B                     "Detect Wakeup"
                               Stop

これは2サイクル遅れでもなんとかなるはずで、Bが発行されてからEarly Wakeupまでの余裕があるためBに依存するさらに先の命令がWakeupすることはない。

A --> ISS --> EX0 --> EX1 --> EX2 --> EX3
                      "Early Wakeup"  "Result"
                                      [Speculative Miss]
                                      
B                     "Detect Wakeup"
                                ISS --> Stop

• で、これをMatrix Schedulerでやるとどうなるかという話だが、行毎にBackupが取れるようにしておき、投機的なWakeupが発生した場合はBackupを取るということになるのだろうか？