[发明专利]基于范围的显式数据流处理器和有关的计算机可读介质和方法

说明书

示例性的基于范围(reach)的显式数据流处理器以及有关的计算机可读介质和方法。基于范围的显式数据流处理器被配置为支持执行生产者指令，生产者指令是利用旨在消耗由生产者指令所生产的值的消费者指令的显式命名来编码的。基于范围的显式数据流处理器被配置为作为处理生产者指令的结果，将可用的生产值作为显式所命名的消费者指令的输入。基于范围的显式数据流处理器支持执行生产者指令，生产者指令基于使用生产者指令作为从生产者指令的相对参考点来显式地命名消费者指令。该基于范围的显式命名架构不需要指令被分组在指令块中，以支持用于消费者指令的显式命名的固定块参考点，并且因此不被限于仅在生产者指令的同一指令块内消费者指令的显式命名。

技术领域

本公开的技术涉及由中央处理单元(CPU)处理器执行指令，并且更具体地涉及支持生产值从生产者指令到(多个)依赖消费者指令的显式数据流通信的CPU处理器。

背景技术

微处理器(也称为“处理器”)对各种应用执行计算任务。常规的微处理器包括中央处理单元(CPU)，该中央处理单元(CPU)包括执行软件指令的一个或多个处理器核心(也称为“CPU核心”)。软件指令指示CPU基于数据执行操作。CPU根据指令执行操作以生成结果，即，生产值。生产值然后可以作为输出被提供给I/O设备，或者作为输入值由CPU所执行的另一消费者指令可用(即，所传达的)。因此，消费者指令依赖于由“生产者”指令产生的作为用于执行的消费者指令的输入值的生产值。这些生产者和消费者指令也被统称为“依赖指令”。

传统上，依赖指令之间的通信已经使用通用寄存器(GPR)命名空间作为会合点隐式地完成。这种通信被称为“隐式的”，因为将值产生(即，写入)到GPR中的生产者指令不知道哪个(多个)消费者指令将消耗(即，读取)该生产值。这种通信方法可能具有限制。作为一个限制，GPR命名空间具有有限的大小，因为消费者指令的名称被编码为有限长度的指令。而且，GPR的数目小于由计算所产生的值的数目，使得多个生产值必须使用生产者指令的相同名称来传达——即，别名使用发生在生产者指令集和消费者指令集内。进一步地，由于生产者指令针对其生产值没有参考消费者指令，因此不存在直接的方式通知消费者指令它将消耗的值已经被产生了。这些问题已在现代CPU实施方式中以不同方式得到解决，但是与解决方案相关联的成本和权衡各不相同。

在依赖指令之间进行通信的备选方法是显式命名消费者指令，其消耗生产者指令中的生产值。这被称为“显式”通信。在显式通信模型上构建的CPU已经被称为显式数据流图形执行(EDGE)CPU。显式通信解决了将生产值通知到与隐式通信有关的消费者指令的问题。由于生产者指令在显式通信模型中直接对消费者指令的名称进行编码，因此当生产者指令生成其生产值以提供消费者指令的输入值时，消费者很容易被通知。在显式通信中可能仍然存在的一个问题是被分配以对生产者指令中的消费者名称进行编码的大小。被分配以对生产者指令中的消费者名称进行编码的位数必须足以命名基于设计所需的可能消费者指令。提供允许消费者指令名称的更大位编码大小的指令格式在消费者指令的显式命名中提供了更大的灵活性，但是也消耗了用于存储指令的更大量的存储器空间。常规的EDGE处理器已经通过将完整计算的数据流图形分割为多个片段(有时被称为指令块)来解决指令名称的大小，其中显式消费者命名是基于指令块的开始的。EDGE处理器被设计为采用执行模型，该执行模型将生产值显式地传达到同一块本地命名空间内的消费者指令，使得块中的最大指令数目由可以在指令中编码的名称的大小来确定和限制。

因此，虽然EDGE处理器相对于隐式通信模型具有所降低的复杂度的优点，但是EDGE处理器的缺点是在将生产值显式地传达给同一指令块中的消费者指令方面受到限制。进一步地，因为消费者名称仅在给定的指令块内有效，因此在跨块边界将生产值传达到指令块内部的存在问题。先前的EDGE CPU使用隐式通信(经由存储器命名空间或GPR命名空间)以跨指令块边界外部地传达生产值。尽管针对合理的块大小，块间通信不如块内通信频繁，但隐式通信的使用削弱了针对依赖指令的显式通信的优点。将指令块约束为具有最大大小也会给编程器或编译器带来负担，他们必须基于依赖指令之间的通信模式和相关联成本来决定哪些指令最适合放置在每个指令块中。

发明内容