具有不同的性能或能量消耗特征的第一处理模式和第二处理模式的处理流水线制造技术

一种装置(2)具有处理流水线(4)，该处理流水线(4)支持至少第一处理模式和第二处理模式，该第一处理模式和第二处理模式具有不同的能量消耗或性能特征。在第一处理模式和第二处理模式两者中可访问存储结构(22、30、36、50、40、64、44)。在选择第二处理模式时，控制电路(70)触发存储结构的条目子集(102)被置于省电状态中。

The first processing mode with different performance or energy consumption characteristics and the processing line of the second processing mode

A device (2) has a processing pipeline (4). The processing pipeline (4) supports at least the first processing mode and the second processing mode, and the first processing mode and the second processing mode have different energy consumption or performance characteristics. The storage structures (22, 30, 36, 50, 40, 64, 44) can be accessed in both the first processing mode and the second processing mode. When the second processing mode is selected, the entry subset (102) of the control circuit (70) triggering the storage structure is placed in the power saving state.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有不同的性能或能量消耗特征的第一处理模式和第二处理模式的处理流水线
本技术涉及数据处理领域。
技术介绍
处理流水线可以具有以下特征，例如，能够实现更大的指令吞吐量的乱序执行、推测执行或并行发布/执行。然而，这可能需要更复杂的电路，其可能与具有支持较小指令吞吐量的资源的较简单流水线相比消耗更多的能量。因此，在设计流水线时，在性能和能量消耗之间可能需要权衡。
技术实现思路
至少一些示例提供了一种装置，包括：处理流水线，用于处理指令，处理流水线具有至少第一处理模式和第二处理模式，该第一处理模式和第二处理模式具有不同的性能和能量消耗特征；存储结构，处理流水线在第一处理模式和第二处理模式两者中可访问存储结构，存储结构包括多个条目；以及控制电路，用于选择处理流水线的第一处理模式和第二处理模式中的一个，并且在选择第二处理模式时触发存储结构的条目子集被置于省电状态中。至少一些示例提供了一种设备，包括：用于指令的流水线处理的装置，其具有至少第一处理模式和第二处理模式，该第一处理模式和第二处理模式具有不同的性能和能量消耗特征；用于存储信息的装置，用于流水线处理的装置在第一处理模式和第二处理模式两者中可访问该信息，用于存储信息的装置包括多个条目；以及用于选择用于流水线处理的装置的第一处理模式和第二处理模式中的一个并且在选择第二处理模式时触发用于存储的装置的条目子集被置于省电状态中。至少一些示例提供了一种方法，包括：选择用于处理指令的处理流水线的至少第一处理模式和第二处理模式中的一个，第一处理模式和第二处理模式具有不同的性能或能量消耗特征，处理流水线在第一处理模式和第二处理模式两者中具有对存储结构的访问，存储结构具有多个条目；以及在选择第二处理模式时，将存储结构的条目子集置于省电状态中。附图说明结合附图阅读以下示例的详细描述，本技术的进一步方面、特征和优点将变得显而易见，其中：图1示意性地示出了具有流水线的数据处理装置的示例，该流水线支持具有不同性能或能量消耗特征的处理模式；图2至图4示出了将流水线的存储结构的条目子集置于省电状态中的不同示例；图5是示出了从第一处理模式至第二处理模式的转换的流程图；图6示出了从第二处理模式至第一处理模式的转换；图7示出了从第一处理模式转换至第二处理模式的第二示例；图8示出了在将物理寄存器堆(physicalregisterfile)的一部分置于省电状态中时将架构寄存器重新映射至物理寄存器的示例；图9示出了在从第一处理模式转换至第二处理模式时将架构重新映射至物理寄存器映射的方法；以及图10示出了用于在从第一处理模式转换至第二处理模式时将每个架构寄存器说明符重新映射至目标物理寄存器的示例过程。具体实施方式下面讨论了本专利技术的一些示例。处理流水线可以具有至少两种具有不同的性能或能量消耗特征的处理模式。例如，可以存在可用于执行给定的指令集合的多个执行单元，其中不同的处理模式使用不同的执行单元以执行指令。例如，处理模式在能够并行处理的指令的数量、所支持的最大时钟频率或可以乱序执行指令的程度的方面可以有所不同。与提供两个完全独立的处理器内核的实施方案不同，通过提供带有具有不同的性能或能量消耗特征的两个或更多处理模式的单个流水线，能够减少在模式之间进行切换的开销，且因此可以更频繁地切换模式，以使得在一个模式或另一个模式中调度更短序列的指令以实现更高的性能增益或节能。在具有不同的性能或能量消耗特征的两个或更多处理模式的处理流水线中，可以存在至少一个共享存储结构，处理流水线在两个或更多模式中可访问该至少一个共享存储结构。为了支持第一处理模式，可能需要在存储结构中提供给定数量的条目。然而，对于具有更低性能要求的第二模式而言，可能不需要所有条目，且为了节约能量，能够通过将条目子集置于省电状态中来有效地减小存储结构的大小。因此，与第一处理模式相比，通过在第二处理模式中缩小存储结构的有效大小，能够减小操作第二处理模式的能量成本，同时仍支持与第一模式相关联的增加的性能，且无需额外的电路面积和提供具有不同大小的重复存储结构的泄漏成本。在使用另一种模式时不需要招致维护一种模式所需的较大存储结构的全部成本，从而在性能和能量效率之间提供更好的平衡。通常，第一处理模式可以提供比第二处理模式更大的指令的最大吞吐量。这不一定表示在第一处理模式中总要以比在第二处理模式中更大的吞吐量来处理指令。一些序列的指令可以在不同的处理模式之间表现出比其他更大的性能差异。例如，如果代码序列需要许多存储器访问(随后跟随着依赖于存储器访问的其他操作)，则在执行代码序列时性能可能在很大程度上依赖于存储器访问延迟而不是第一处理模式或第二处理模式中执行指令的方式，因此无论使用哪种模式，性能差异都不大。在这种情况下，可以更有效地以可以提供较低能量消耗的第二处理模式来处理该段代码。另一方面，对于包括具有较少的存储器访问的大量的独立计算的代码序列而言，在两种模式之间可能存在有更大的性能差异，因此可以选择第一处理模式来提高性能。因此，与具有固定处理模式的流水线相比，流水线的不同处理模式使得能够在性能和能量消耗中实现更好的平衡，这是因为能够选择适于正在执行的代码类型的代码。然而，即使在执行指令集合时第一处理模式可能不能总达到更大的吞吐量，用于第一处理模式的最大的可达到的吞吐量仍可能大于用于第二处理模式的最大的可达到的吞吐量。在一些示例中，吞吐量的差异可能仅仅是由于存储结构在不同模式中的大小调整。例如，在使用较大的寄存器堆(registerfile)或较深的发布队列或重新排序缓冲器的模式中，与相应结构是较小的时相比，指令的吞吐量则可能更大，这是因为不太可能发生由于存储结构中的空间不足而导致处理拖延。然而，在许多情况下，除了存储结构的有效部分的大小之外，第一处理模式和第二处理模式在至少一种其他方式中可能有所不同。例如，第一处理模式可以支持比第二处理模式更大程度的乱序执行，可以支持以更高时钟频率操作，或可以支持并行地处理比第二处理模式更多数量的指令。当在第一处理模式和第二处理模式之间转换时，存储结构的有效部分的大小调整可以按不同的方式进行。对于一些结构而言，在从第一模式切换到第二模式时可以禁止将信息进一步分配至条目子集，并且还防止对在那些条目中的现有信息的访问。例如，条目子集可以简单地被切换至省电状态以禁止新的分配和现有条目中的命中。这种方式可能适用于仅对在其他地方存储的数据子集进行缓存的存储结构，以使得在这些条目中的数据可以在不丢失状态的情况下为无效的。然而，对于其他种类的结构而言，在条目子集中的数据仍可能是脏的，或在切换至第二处理模式之后可能需要在一段时间内继续访问数据。因此，可以按更渐进的切换方案在模式之间进行转换。首先，控制电路可以禁止将信息进一步至条目子集，但在禁止进一步分配至那些条目之后的一段时间内可以继续允许处理流水线访问条目子集中的至少一些条目内的信息。因此，虽然新数据不能被分配至这些条目，但仍可以在一段时间内访问来自这些条目内的现有数据。这能够允许时间用于要写回不同位置的脏数据或用于要在掉电之前从条目子集排出的活动数据。稍后，控制电路可以响应于处理流水线不再需要该条目的指示来触发要置于省电状态中的条目子集中的一个。该指示可以采用各种形式。在一些情本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：处理流水线，用于处理指令，所述处理流水线具有至少第一处理模式和第二处理模式，该第一处理模式和第二处理模式具有不同的性能和能量消耗特征；存储结构，所述处理流水线在所述第一处理模式和所述第二处理模式两者中可访问所述存储结构，所述存储结构包括多个条目；以及控制电路，用于选择所述处理流水线的所述第一处理模式和所述第二处理模式中的一个，并且在选择所述第二处理模式时触发所述存储结构的条目子集被置于省电状态中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.05 GB 1509737.11.一种装置，包括：处理流水线，用于处理指令，所述处理流水线具有至少第一处理模式和第二处理模式，该第一处理模式和第二处理模式具有不同的性能和能量消耗特征；存储结构，所述处理流水线在所述第一处理模式和所述第二处理模式两者中可访问所述存储结构，所述存储结构包括多个条目；以及控制电路，用于选择所述处理流水线的所述第一处理模式和所述第二处理模式中的一个，并且在选择所述第二处理模式时触发所述存储结构的条目子集被置于省电状态中。2.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述第一处理模式中，所述处理流水线具有比在所述第二处理模式中更大的指令的最大吞吐量。3.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其中，在将处理电路从所述第一处理模式切换至所述第二处理模式时，所述控制电路被配置为禁止将信息进一步分配至所述条目子集。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述控制电路被配置为在禁止将信息进一步分配至所述条目子集时防止所述处理流水线访问条目的所述子集中的信息。5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述控制电路被配置为在禁止将信息进一步分配至所述条目子集之后的一段时间内允许所述处理流水线继续访问所述条目子集中的至少一些条目内的信息。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制电路被配置为响应于所述处理流水线不再需要所述条目子集中的一个条目的指示来触发所述条目子集中的所述一个条目被置于所述省电状态中。7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述处理流水线被配置为在所述处理流水线被允许继续访问所述条目子集中的信息的所述一段时间期间在所述第二处理模式中处理指令。8.根据任何前述权利要求所述的装置，其中，在将所述处理流水线从所述第二处理模式切换至所述第一处理模式时，所述控制电路被配置为使能将信息进一步分配至所述条目子集。9.根据任何前述权利要求所述的装置，其中，所述存储结构被配置为存储用于所述处理流水线的架构状态数据、由所述处理流水线正在处理的等待指令的指示、或用于控制如何由所述处理流水线来处理指令的控制数据。10.根据任何前述权利要求所述的装置，其中，所述存储结构包括转换后备缓冲器，用于存储用于转换地址的地址转换数据。11.根据任何前述权利要求所述的装置，其中，所述存储结构包括分支预测表，用于存储用于预测分支指令的结果的分支预测数据。12.根据任何前述权利要求所述的装置，其中，所述存储结构包括指令队列，用于使要由所述处理流水线处理的等待指令进行排队。13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述指令队列包括解码队列，用于使要被解码的等待指令进行排队。14.根据权利要求12和13中任一项所述的装置，其中，所述指令队列包括发布队列，用于使要被发布以供执行的等待指令进行排队。15.根据任何前述权利要求所述的装置，其中，所述处理流水线支持在所述第一处理模式和所述第二处理模式两者中乱序执行指令，并且所述存储结构包括重新排序缓冲器，用于存储用于跟踪由所述处理流水线完成指令的执行的信息。16.根据任何前述权利要求所述的装置，其中，所述存储结构包括加载/存储队列，用于使用于从缓存...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克斯·约翰·巴特利，西蒙·约翰·克拉斯克，伊恩·迈克尔·考尔菲尔德，彼得·理查德·格林哈尔格，艾伦·约翰·斯基尔曼，安东尼·约翰·彭顿，
申请(专利权)人：ARM有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB