[Computer Architecture] 공격적 파이프라이닝

+ 한국항공대학교 길현영 교수님의 컴퓨터구조론 과목 내용을 정리한 글입니다.

공격적 파이프라이닝

파이프라이닝을 적용할 때 이론상 CPI는 1이지만, 해저드로 인해 사실상 CPI가 1보다 크다.

=> 더 성능을 향상시키기 위해 CPI를 1 이하로 만들자.

 

명령어 레벨에서의 병렬성(ILP,. Instruction Level Parallel)을 증가시킨다.

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슈퍼 파이프라이닝

파이프라인의 각 단계의 클럭 주기를 줄인다. (= 단계 수 증가)

 

< 문제점 >

1. Clock Skew 현상이 심화될 수 있다.

2. 파이프라인 해저드 문제 발생률이 더 높아지고, 해저드에 따른 성능 패널티가 높아진다.

3. 클럭이 높아짐에 따라 클럭 주기를 더 작게 나누기 힘들어진다. (어렵다.)

4. 클럭 속도 상승은 발열 문제를 발생시킨다.

5. HW 설계가 어려워진다.

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슈퍼스칼라 파이프라이닝

파이프라인을 여러 개 두어, 한 클럭 사이클에서 여러 개의 독립된 명령어를 병렬적으로 처리할 수 있게 한다.

 

정적 스케쥴링과 동적 스케쥴링을 함께 사용한다.

- 독립적 명령어들은 동시에 처리하고, 의존성이 있으면 순차 수행한다.

- 최대한 많은 명령어를 수행하기 위해 out-of-order를 수행한다.

 

< 문제점 >

명령어 스케쥴링, 컴파일러의 로직, HW 설계가 매우 복잡하다.

 

오늘날 대부분 컴퓨터가 사용한다.

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VLIW (Very Long Instruction Word) 구조

하나의 명령어 묶음(Instruction Word)에 여러 개의 독립적인 명령어를 포함시킨다.

 

조건

1. 프로세서 내에 여러 개의 실행 장치(ALU 등)를 갖는다.

2. 한 명령어 Word 내에 실제로 여러 개의 연산 코드와 피연산자를 집어 넣어 명령어를 실행한다.

+ 각각 별도의 실행 장치에서 실행하여 병렬성을 높인다.

3. 동시에 실행 가능한 명령어는 서로 간 의존성이 없도록 구성한다.

 

컴파일러에 의한 정적 분석을 통해 독립된 명령어를 찾는다.

- HW적 복잡도는 낮고, 발열 문제가 적다.

 

< 문제점 >

1. 재컴파일이 필요하다.

2. 컴파일러 설계가 어렵다.

3. 전적으로 정적 스케쥴링에 의존하면서, 동적 스케쥴링은 어렵다.

 

=> 예측이 용이하고 복잡하지 않은 단순 계산 프로그램 전용 프로그램 프로세서에 강점을 보인다.

ex) GPU