[发明专利]填充指令字的系统和方法

说明书

提供了一种用于准备用于由多个算术逻辑单元(ALU)执行的一系列指令操作的方法。该方法包括：将第一指令操作第一分配给第一ALU；对于具有直接依赖于第一指令操作的输出的输入的第二指令操作，第一确定用于第二指令操作的所有输入是否在距第一ALU的局部预定义范围内可用；响应于至少第一确定的肯定结果，将第二指令操作第二分配给第二ALU；响应于第一确定的否定结果：确保在第一指令操作与第二指令操作的执行之间将发生至少一个时钟周期的暂停；以及将第二指令操作第三分配给多个ALU中的ALU。

分案申请声明

本申请是国际申请日为2019年08月15日、国际申请号为PCT/US2019/046630的PCT国际申请，于2021年04月13日进入中国国家阶段的、发明名称为“用于位置感知处理的系统和方法”、申请号为201980067592.X的中国发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年8月14日提交的申请号为16/540328、名称为“SYSTEM ANDMETHOD FOR LOCATION AWARE PROCESSING”的美国专利申请以及2018年8月16日提交的申请号为62/764,767、名称为“SYSTEM AND METHOD FOR LOCATION AWARE PROCESSING”的美国临时专利申请的优先权，这两件申请的整体内容通过引用明确地并入本文。

技术领域

本文描述的各种实施例一般地涉及具有高时钟频率的处理器。更具体地，本申请的实施例涉及利用位置感知处理的处理架构和相关方法，位置感知处理基于针对先前指令操作的处理器中的算术逻辑单元(Arithmetic Logic Units，ALU)的先前分配，将ALU分配给指令操作。这样的实施例将内部传输延迟对处理器中的ALU之间的导线的影响最小化，同时相应显著地增大时钟频率、减小功耗和减小尺寸。

背景技术

近年来，现代计算中的处理器的时钟频率已经基本上达到稳定。现在参考图1，对数图100示出了从1975至2015年的晶体管尺寸、时钟频率和性能的演变(数据改编自“40Years of Microprocessor Trend Data”，Karl Rupp，2015年6月25日)。晶体管的尺寸已经沿着相当线性的路径102继续减小；由于较小的晶体管比较大的晶体管更快，所以晶体管尺寸的减小已经使晶体管的开关速度大约每九年相应增加八倍，尽管这在近年来变得更加缓慢。晶体管组成了执行操作的处理器内部的ALU。

在2000年之前，CPU时钟频率和性能的主要因素是晶体管速度。因此，从1975至2000年，随着晶体管尺寸沿路径102减小，时钟频率曲线104在几乎对应的线性路径处改善，并且性能曲线106类似地沿相当线性的路径保持。

在2000年代初期，时钟频率开始达到峰值，并且性能改进随着每一代产品趋于平缓。尽管晶体管尺寸和速度持续改进，但是从2010至2015年，时钟频率几乎没有改进。处理器技术完全不再能够充分利用晶体管尺寸的减小来提高时钟频率。性能在那时间段里继续保持着轻微的改进，尽管它是相对适度的并且主要归因于处理器技术的其他改进。

时钟频率达到峰值的原因是晶体管速度以外的因素的影响增加。在2000年之前，这些因素的影响与晶体管速度的影响相比很小，使得这些其他因素实际上是无关紧要的；因此，时钟频率和性能的改进跟踪了晶体管速度的改进。然而，最终晶体管变得如此小和快速，使得这些其他因素的影响不再是可忽略的，并且随着时间的推移发展成为显著的限制因素。这些因素之一是传输时间，传输时间部分地由信号完成其在导线上从产生信号的任何源到将消耗该信号的ALU的行进所花费的时间量来设定(其包括在这种时间中的技术考虑，包括但不限于充电和感应效应、泄漏等)。

晶体管速度和导线延迟(传输时间)的因素均影响支持系统的时钟频率。现代计算基于在单个时钟周期内发生的两个事件的保证。首先，算术逻辑单元(“ALU”)将从核内生成作为ALU的输入的任何源接收和选择输入；这涉及输入从源行进到ALU的传输时间。其次，ALU将对接收/选择的输入执行处理步骤；这涉及处理时间。