電磁流体・プラズマのコンピュータシミュレーション
コンピュータの性能の向上と共に様々な分野でコンピュータシミュレーションによる研究が行われるようになってきました。本研究室では電磁流体プラズマの性質をコンピュータによる数値計算により解析しています。電磁流体は温度や密度、それを構成している原子・分子によって振る舞いが大きく変わり、それを再現或いは模擬するモデルを開発し、作成したモデルを用いて解析を進めています。核融合研究やプラズマを利用したモノづくりへの応用を目指しています。
プロセッサの命令実行の効率性を妨げる要因の1つとして，ロード命令の実行にかかる時間が大きいことが挙げられる。この研究の目的は，不要なロード命令の一部を動的に排除(スキップ)するようなプロセッサの構成を提案し，命令実行の効率性をあげようとするものである。予備評価によりおおよそ15%程度のロード命令がスキップできる可能性があり、プロセッサ全体の性能を向上させることが期待できる。
背景・目的
プロセッサの命令実行の効率性を妨げる要因の1つとして，ロード命令の実行にかかる時間が大きいことが挙げられる。
この研究の目的は，不要なロード命令の一部をスキップするようなプロセッサの構成を提案し，命令実行の効率性をあげようとするものである。
コンパイラが生成する実行プログラムには，そのプログラムの目的のためには「本質的に」不要なロード命令が存在するが、これをレジスタ番号の読み替えにより，スキップするのである。
前提技術：OoO実行とレジスタリネーミング
既に実現されている技術としてOoO(Out-of-Order)実行がある。これは与えられた命令の実行順序通りではなく、効率よく実行可能なものから実行していくものである。
OoO実行における入れ替えの制約を減らす技術として、レジスタリネーミングがある。これは動的にレジスタ番号を読み替えるものである。左図に従来技術での読み替えの様子を示すが、この例では制約を減らせず、OoO実行への寄与はない。
提案技術ではレジスタリネーミングを拡張しOoO実行することで、結果的に本質的でない命令をスキップすることを実現する。
提案技術と効果
読み替え前後のレジスタ番号の対応表の情報を書き換えることで、OoO実行の仕組みはそのままに、不要な命令をスキップすることができる。
右図において赤字が追加処理であり、それ以外は従来の機構をそのまま用いる。OoO機構は、結果的に④の読み出しデータは、①の結果と判断することになり、①の後であれば、②③の実行を待たずに先に④を実行することができる。
予備評価により本機構でスキップすることが可能であるロード命令は全体の15%程度存在し、これをスキップすることで命令実行効率を向上させることが期待できる。
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