VLIW

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Itanium 2

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.

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

VLIW можно считать логическим продолжением идеологии RISC, расширяющей её на архитектуры с несколькими вычислительными модулями. 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.

[править] Модельный пример

Рассмотрим работу модельного VLIW-процессора с двумя арифметико-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

[править] Преимущества и недостатки

Подход VLIW сильно упрощает архитектуру процессора, перекладывая задачу распределения вычислительных устройств на компилятор. Поскольку отсутствуют большие и сложные узлы, сильно снижается энергопотребление.

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 на уровне машинных кодов для VLIW-архитектур практически невозможно вручную. Приходится полагаться на оптимизацию компилятора, который сам может содержать ошибки.

[править] Реализации

Первые VLIW-процессоры появились в конце 1980-х и были разработаны компанией Cydrome.

В чистом виде архитектуру VLIW имеют процессоры TriMedia 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, кроме традиционной, содержит 64-битную систему команд «с явным параллелизмом» (англ. Explicitly Parallel Instruction Computing, EPIC), которая позволяет использовать VLIW-ядро непосредственно.

Эльбрус-3 и его микропроцессорное исполнение Эльбрус 2000 (E2K) также являютcя VLIW процессорами.