Topik

Meningkatkan  Performance Processors  Superscalar

Kuspriyanto, Tri Kartika Widyaningsih

Departeman Elektro, Institut Teknologi Bandung

Kampus Jalan Ganeca 10 Bandung 40132

e-mail : [email protected], [email protected]

1. Introduction

Banyak instruksi-instruksi yang menggunakan besaran atau nilai scalar di dalam sebuah komputasi computer. Karenanya  Superscalar  dirancang untuk meningkatkan kinerja eksekusi dari instruksi-instruksi scalar, sebagai evolusi processor-processor general purpose.

 Superscalar adalah satu kesatuan instruksi (berupa ; arithmetic, pembacaan/penyimpanan, conditional branch) yang dapat diinisialisasi dan dieksekusi secara bebas, sehingga memiliki kemampuan mengeksekusi dua  atau lebih instruksi secara pararel dalam waktu yang bersamaan  yang tergantung pada ada atau tidak adanya ketergantungan yang menyebabkan proses eksekusi terhambat.

Secara umum organisasi superscalar dapat digambarkan sebagai berikut :

dari gambar di atas terdapat dua buah unit fungsional pada integer register dan floating point, sehingga memungkinkan instruksi melakukan eksekusi dengan menggunakan unit fungsional tersebut dalam waktu yang bersamaan.

2.  Permasalahan pada Superscalar

Kemampuan dari computer superscalar dapat dilihat dari banyaknya instruksi yang dapat diproses secara parallel. Superscalar hingga derajat tertentu dapat terjadi jika computer mampu mengatasi permasalahan ketergantungan yang ada pada suatu instruksi, diantaranya adalah : ketergantungan data, ketergantungan procedural, ketergantungan sumber unit, ketergantungan output dan antiketergantungan. Dari lima ketergantungan tersebut, sampai sekarang belum ada computer yang mampu mengatasinya secara total. Bagaimanapun computer akan menemukan beberapa ketergantungan dalam menyelesaikan suatu program.

Dari rancangan computer yang ada, hanya mampu meminimalisasikan beberapa ketergantungan saja, walaupun demikian ternyata dengan usaha ini mampu diciptakan computer dengan kinerja yang jauh lebih baik dari generasi-generasi sebelumnya. Adapun usaha yang dilakukan dalam peningkatan kinerja superscalar tersebut diantaranya : desain pipeline (out of order issue and out of order completion), memperbanyak tahapan pada pipeline, penduplikasian sumber unit (contoh : unit fungsional /ALU, memori, bus, cache, dll), desain micro operation (pada system CICS), desain unit prediksi percabangan, dan renaming allocation. Kebanyakan computer lebih menekankan pada upaya penduplikasian unit fungsional baik integer maupun floating point. Untuk itu pada pembahasan ini akan kita bahas salah satu upaya peningkatan kinerja prosesor superscalar secara khusus dalam hal reconfigurasi floating point unit (FPU).

  3.  Reconfigurasi Floating-Point Unit

yang berbeda setiap cycle, seperti Gambar 1. menunjukkan pengalokasian kembali sebuah FPU (floating point unit) dengan latency 5 siklus seperti beberapa extra ALU dengan latency 2 siklus. Extra ALU (xALU) diasumsikan untuk meningkatkan kinerja operasi normal aritmatika di unit fungsional. Pendekatan ini berbeda dengan unit multifungsi sebab menampilkan timespan  panjang yang penting untuk mencetak time idle diantara realokasi, seperti pada saat menunggu  semua unit fungsional dalam keadaan diam, sebelum realokasi dilakukan. Kita akan memfokuskan pada unit floating point sebuah processor dengan ukuran yang wajar. dan selalu idle selama program dieksekusi  jika current aplikasi menggunakan kode integer.

Gambar 1. Path diantara Stasiun dan Unit Fungsi (atas) dan merealokasikan kemungkinan (bawah). Setiap FPU dapat merealokasikan jumlah ALU. Operasi FPU mempunyai 5 stage, xALU mempunyai 2 stage, semua harus idle untuk merealokasikan.