投机执行提升超标量处理器性能：两级退休与快速乱序处理

本文研究主要针对超标量处理器中指令长期占用重排序缓存导致指令退休速度慢的问题，提出了一种创新的解决方案——基于投机执行的两级退休机制。该机制的核心思想是将指令根据其是否具有异常和预测错误风险划分为两类：有风险指令和无风险指令。在设计上，系统对重排序缓存进行了轻度优化，仅让有风险指令进入，而在风险确认消除后迅速完成这些指令的退休过程。 首先，机制的关键组成部分包括一个隔离的重命名寄存器，它独立于重排序缓存，专门负责指令的寄存器重命名以及处理结果的乱序回写。这种分离设计有助于提高系统的灵活性和效率，确保无风险指令能保持正常的执行流程，而有风险指令在处理完潜在问题后能够尽快释放出缓存空间。 实验结果显示，这项新技术在硬件资源不变的前提下，显著提高了处理器的性能。相比于传统的按序退休处理器，基于投机执行的两级退休机制能够平均提升至少28.8%的性能。这表明该机制不仅有效解决了指令占用缓存过久的问题，还通过减少指令等待时间，提升了整体的系统吞吐量。 此外，本文还提到了作者团队的研究背景和贡献，包括三位研究人员的个人信息、研究方向以及他们所在的浙江大学电气工程学院信息与电子工程学系。研究经费方面，该成果得到了国家科技重大专项核高基重大专项的资助。 总结来说，这篇文章探讨了投机执行在超标量处理器中的应用，提出了一个创新的指令退休策略，旨在优化系统性能并解决缓存瓶颈问题。通过实验验证，这一方法对于现代高性能处理器的设计和优化具有重要的理论价值和实践意义。