[发明专利]图形处理单元及其图形数据存取方法

说明书

【技术领域】

本发明关于一种图形处理单元及其图形数据存取方法。更具体而言，本发明的图形处理单元及其图形数据存取方法，同时利用像素的二坐标值作为高速缓存索引值的计算，并利用高速缓存的多个内存库分别储存关联性高的像素。

【背景技术】

于现有的计算机硬件架构中，中央处理单元负责绝大部分的硬件指令运算，然随着科技的发展，周边硬件所要求的运算量亦随的增加，如此将导致中央处理单元的负担过重，使得整体效能大为降低。而为解决此问题，便于需要较多复杂指令运算的硬件中设置较低阶的处理单元，以独立计算指令的方式减少中央处理单元的工作量，藉以提升整体效能。其中，最常独立地设置处理单元的硬件即为图形显示硬件。

具体而言，由于图形显示硬件(例如显示卡)需要负责所有影像显示的相关操作，且影像显示为计算机运作时相当重要的环节，因此，为降低中央处理单元的工作量以维持整体效能，便于图形显示硬件中设置独立的图形处理单元(Graphic Processing Unit)，通过利用图形处理单元分担运算的方式，将可使因影像处理导致的效能低落获得大幅度的改善。

而目前常用的图形处理单元，皆可视为较低阶的中央处理单元，换言的，图形处理单元的基本硬件架构与中央处理单元类似，其同样包含控制逻辑单元以及高速缓存。据此，虽于图形显示硬件中额外使用图形处理单元可提升整体效能，然与一般中央处理单元运作相似地，若图形处理单元无法较有效率地使用容量有限的高速缓存，整体效能将无法有效地提升，甚至有可能使效能更为低落。

详细来说，同于一般中央处理单元，图形处理单元的效能主要根据高速缓存的存取命中率(hit rate)决定，当图形处理单元于高速缓存中进行数据存取时，若数据存取的命中率相对较高，则表示图形处理单元可以较快速且有效率的方式进行数据的存取，反的，若数据存取的命中率相对较低，则图形处理单元除需额外分配资源于外部的随机存取存储器进行数据存取外，外部的随机存取存储器的低读取速率亦会延迟整体的数据读取时间，因此，如何通过更有效率的高速缓存管理方式，以提升图形处理单元对于高速缓存的存取命中率，亦为重要的课题。

进一步来说，图形处理单元的高速缓存中，每一储存单位对应于一索引值字段，而当数据于存入储存单位前，通常会先根据数据的特定位挑选索引值字段，并据以储存数据至相对应的储存单位，随即，当图形处理单元于收到指令后欲进行数据的存取，图形处理单元便会根据数据的特定位，于高速缓存中挑选相符合的索引值字段，并确认相对应的储存单位所存的数据是否正确无误，若是，则图形处理单元便可直接于储存单位中进行数据的存取。

然而，目前图形处理单元利用影像数据建立索引值的方式，皆未能有效地提升命中率。具体而言，由于影像数据通常具有坐标的特异性，因此目前图形处理单元针对高速缓存的管理，主要以同一维度的坐标值作为索引值(index)的方式完成，详言之，当以U维(或V维)坐标作为索引值的参照基准时，若影像数据具有U_x及V_y二坐标值，现有技术主要以U_x(或V_y)作为索引值的参照。

以U维坐标作为索引值参照为例，当图形处理单元收到指令后，欲针对(U_x，V_y)的影像数据进行存取时，图形处理单元将先于高速缓存中，挑选与U_x值相同的索引值，并再判断索引值相对应的储存单位的数据是否符合(U_x，V_y)的影像数据，若命中(hit)，则直接针对(U_x，V_y)于高速缓存中的影像数据进行存取；若失误(miss)，图形处理单元便须于外部随机存取存储器中，重新存取(U_x，V_y)的影像数据，并在将(U_x，V_y)储存于高速缓存中相对应的储存单位后，进行(U_x，V_y)的影像数据的存取使用。