[发明专利]机会多线程方法及处理器

说明书

技术领域

本发明涉及一种多线程处理器技术（Multi-threading).特别是涉及一种机会多线程方法及处理器。

背景技术

多线程并行处理技术（Multi-Threading）被广泛的应用在高性能处理器的设计中以降低高速处理器指令执行中存在的等待周期的影响以提高处理器的性能和运行效率。其中用的最普遍的是同步多线程技术（Simultaneous Multi-threading) 或叫 SMT。如 Intel 的 Hyper-Threading, IBM 的 POWER5, Sun Microsystems 的 UltraSPARC T2及 MIPS 的 MT 都是采用了SMT技术。

SMT技术除了需要给每个线程都有自己的一套执行程序所需的寄存器外还要在每级的 流水线加上线程跟踪逻辑，增加共享资源的尺寸，如指令Cache, TLBs等。其线程跟踪逻辑不仅要跟踪线程的行程还要检查和判断该线程是否已执行完成。由于会有大量的线程处于执行或半执行状态，因而CPU的Caches及TLB的尺寸必须足够大以避免不必要的线程之间的Thrashing。

虽然SMT技术能提高处理器的运算能力但由于硬件的复杂程度大大提高因而很难应用于嵌入式处理器及低功耗处理器的设计。

为了克服SMT多线程控制电路的复杂性和降低功耗。另一类简化的多线程技术，分时多线程技术，也得到一定应用。分时多线程技术是指在一定的指令周期内只有一个线程在运行。它又可分成分块多线程（BLOCK MULTI-THREADING）和交错多线程（INTERLEAVED MULTI-THREADING）。分块多线程技术因为其对处理器的运行效率提高非常有限而通常用于像微控制器（MICRO-CONTROLER）等低性能处理器。交错多线程技术因为其控制电路简单但其运算能力和效率比单线程处理器有提高明显而在一要求高性能低功耗的处理器中得到一定的推广应用。其中典型的代表就是令牌触发多线程技术 (Token Triggered threading)。

这种多线程技术有如下几个特点：

（1）它是一种分时执行的过程。每一个线程的执行是按自己所授予的时钟周期来执行。而每个时钟周期只有一个线程发出指令。

（2）一个线程通过后会告诉下个周期应该是哪个线程该启动。这样大大的简化了线程选择硬件。

（3）硬件保证了每个线程都有相同的指令执行时间

（4）运算结果能保证在指定的周期内完成。因此不需要指令执行相关检查和绕行硬件

图一给出了一个四线程的令牌触发多线程的多线程执行时序图。

令牌触发多线程技术在简化多线程的硬件结构降低功耗上效果明显，但是也因此降低了处理器运算单元的使用效率尤其是单个线程的处理效率下降以致处理器的执行能力比SMT要降低很多。

下面是目前的Sandblaster2.0的令牌触发多线程结构所存在的一些缺陷

1．为确保线程之间不会互相干扰及简化硬件结构而采用的分时顺序执行的策略的同时也造成了时钟周期的使用效率降低。也降低了单个线程的处理能力。比如线程T₁由于指令Miss而需要从外部读取时，由于外部存储器的速度较慢而导致T₁不能及时取得指令而线程T₀则有指令等待的执行.但是由于结构限制了时钟周期C₁只能被用于T₁这时时钟周期C₁就被浪费了

2．为了避免线程之间的Thrashing及简化跟踪电路，Sandblaster2.0设计成每个线程都有自己一个完全独立的指令内存。线程之间完全不能分享或共享其他线程的指令内存而极大的浪费了内存资源。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种机会驱动多线程方法及处理器。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明机会多线程方法，机会驱动多线程方法使用第零线程、第一线程、第二线程、第三线程和第零时钟周期、第一时钟周期、第二时钟周期、第三时钟周期，机会多线程方法包括以下步骤：

一、如果第零线程、第一线程、第二线程、第三线程都有指令准备好且等待执行时，第零时钟周期、第一时钟周期、第二时钟周期、第三时钟周期就被固定的分配给第零线程、第一线程、第二线程、第三线程；