VLIW ( англ. very long instruction word — «очень длинная машинная команда») — архитектура процессоров с несколькими вычислительными устройствами . Характеризуется тем, что одна инструкция процессора содержит несколько операций, которые должны выполняться параллельно . Фактически это «видимое программисту» микропрограммное управление, когда машинный код представляет собой лишь немного свёрнутый микрокод для непосредственного управления аппаратурой.

В суперскалярных процессорах также есть несколько вычислительных модулей, но задача распределения работы между ними решается аппаратно. Это сильно усложняет устройство процессора, и может быть чревато ошибками. В процессорах VLIW задача распределения решается во время компиляции и в инструкциях явно указано, какое вычислительное устройство какую команду должно выполнять.

VLIW можно считать логическим продолжением идеологии RISC , расширяющей её на архитектуры с несколькими вычислительными модулями. ^{[ источник не указан 748 дней ]} Так же, как в RISC, в инструкции явно указывается, что именно должен делать каждый модуль процессора. Из-за этого длина инструкции может достигать 128 или даже 256 бит.

Пример

Рассмотрим работу модельного VLIW-процессора с двумя арифметическо-логическими устройствами (АЛУ) . Пусть нам надо сложить четыре числа, находящиеся в регистрах R1, R2, R3 и R4. Тогда псевдокод может выглядеть так:

 R5=R1+R2, R6=R3+R4 ; каждое АЛУ складывает свою пару чисел
 R0=R5+R6, NOP      ; первое АЛУ находит сумму, второе простаивает

Преимущества и недостатки

В теории предполагается, что подход VLIW должен сильно упрощать микроархитектуру процессора, перекладывая задачу распределения вычислительных устройств на компилятор . Поскольку отсутствуют большие и сложные узлы, ожидается, что это позволит снизить сложность микроархитектуры, и повысить энергоэффективность. Однако, на практике это достигается не всегда. Следствием длинных инструкций является необходимость иметь много архитектурных регистров, т.к. требуется хранить большое количество промежуточных результатов вычислений и в итоге ядра получаются сложными, при том что от этого хотели уйти.

В то же время код для VLIW обладает невысокой плотностью. Из-за большого количества пустых инструкций для простаивающих устройств программы для VLIW-процессоров могут быть гораздо длиннее, чем аналогичные программы для традиционных архитектур.

Архитектура VLIW выглядит довольно экзотической и непривычной для программиста. Из-за сложных внутренних зависимостей кода программирование вручную, на уровне машинных кодов для VLIW-архитектур, является достаточно сложным. Приходится полагаться на оптимизацию компилятора.

Реализации

Первые VLIW-процессоры были разработаны в конце 1980-х компаниями (1984−1988), MultiFlow (1984—1990) , .

В чистом виде архитектуру VLIW имеют процессоры фирмы Philips и семейство DSP C6000 фирмы Texas Instruments .

Микропроцессор Transmeta Crusoe содержит слой двоичной совместимости с архитектурой x86 , который компилирует инструкции во внутренний формат процессора ( code morphing ). Ядро Crusoe является VLIW-процессором.

Микропроцессор Intel Itanium имеет 64-битную систему команд EPIC-процессора с явным параллелизмом, которая является одним из вариантов VLIW.

Многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус-3» и микропроцессоры серии «Эльбрус» ( «Эльбрус 2000» , «Эльбрус S» ) являются VLIW-процессорами.

Nvidia реализовала архитектуру ARMv8-A в собственном ядре с микроархитектурой Denver. В нём используется комбинация простого аппаратного декодера ARM-кода и технологии «Dynamic Code Optimization» программной рекомпиляции ARM-кода во внутреннюю систему команд. Denver представляет собой суперскалярную архитектуру с широким командным словом VLIW без возможностей по внеочередному исполнению команд (in-order).

Процессоры, выпускаемые фирмой Tilera , также имеют VLIW-архитектуру.

VLIW также получила хорошее распространение на рынке GPU , так, видеопроцессоры AMD / ATI Radeon начиная с R600 и до Northern Islands включительно имеют VLIW-архитектуру. Начиная с Southern Islands (первый квартал 2012) компания AMD / ATI отошла от подхода VLIW

Современные системы на кристалле Qualcomm Snapdragon фирмы Qualcomm , предназначенные для использования в качестве центрального процессора телефонов и планшетов, содержат сопроцессоры с VLIW-архитектурой (QDSP6). На нём могут выполняться алгоритмы обработки звука и мультимедиа, а также часть цифровой обработки беспроводных сигналов. Ежетактно могут запускаться на исполнение наборы из 4 инструкций; поддерживается аппаратная многопоточность (временное мультиплексирование, в частности, в некоторых версиях архитектуры — револьверного типа ).

Эльбрус 2000 и его последующие развития — российские микропроцессоры с архитектурой VLIW, разработанный компанией МЦСТ .

См. также

• RISC
• Transmeta

Примечания

Ссылки