📝 상세 정리

• 지금까지는 대상 머신의 기능들을 활용하지 않고, 프로시져의 오버헤드 줄이기, 최적화 방해요소 없애기 등에 초점을 두었다.
• 성능을 더욱 극대화하기 위해 프로세서의 명령어 단에서의 기반 설계까지 활용해서 최적화해보자.
• 현대 프로세서는 프로그램 성능을 극대화 하기 위해 복잡한 하드웨어를 이용하는데, 이때문에 생각보다 실제 작동 방식이 기계어랑은 조금 다를 수 있다.
  • 코드 수준에서는 명령어가 하나씩 순차적으로 수행하는걸로 보이지만
  • 실제로는 여러 명령어가 동시에 평가되고 있으니까!
  • 앞에서 파이프라이닝 해봤으니 잘 알지
• 현재 프로그램의 최대 성능을 특징짓는 두가지 하한선이 있는데
  • 지연시간 한계
    • 한 연산의 결과가 다음 연산이 시작되기 전에 필요할 때.
    • 연산이 순서대로 발생해야 하는 경우
  • 처리량 한계
    • 프로세스의 기능 유닛이 가진 원시적인 컴퓨팅 능력

5.7.1 Overall Operation

• 현대 마이크로 프로세서를 단순화해서 확인해보자.
  • 이는 최근 Intel 프로세서 구조를 따르고 있고, 이를 슈퍼스칼라라고 부른다.
    • 매 클록사이클마다 여러 연산을 수행할 수 있으며 비순차적으로 실행 가능하다는 뜻이다.
  • 전체 설계는 fetch와 기본적인 연산을 생성하는 ICU와 생성된 연산을 실제로 실행하는 EU 두개로 나누어진다.
• ICU는 가장 최근에 접근한 명령어를 담고있는 특수 메모리인 명령어 캐시에서 명령어를 읽어온다.
  • ICU는 현재 실행중인 명령보다 훨씬 앞서 명령어를 가져온다.
    • 디코딩하고 EU로 넘길 시간을벌기 위해
  • 그런데 프로그램이 분기에 도달한다면?
    • 분기가실행되면 -> 제어권이 분기 대상으로 넘어간다.
    • 실행 안되면 -> 뭐 명령어 그대로 쓰면 되는거고
  • 현대 프로세서는 분기가 실행될지 여부를 추측하고 대상 주소까지 예측하는 분기 예측이라는 기술을 사용한다.
    • 분기가 이동할 것으로 예측되는 지점에서 Fetch와 Decode는 물론, 맞았는지 결정되기도 전에 연산도 실행해버린다.
      • 잘못 예측했으면 상태를 분기시점으로 되돌리고 다시 Fetch하여 실행한다
    • 이걸 하는곳이 Fetch Control 블럭
• EU는 특정 연산에 최적화된 기술유닛들이 모여서 존재한다
  • Intel Core i7 레퍼런스 머신으로 보자면 0. “정수 산술 연산, 부동소평점 곱셈, 정수 및 부동소점 나눗셈, 분기
    1. 정수 산술 연산, 부동소점 덧셈, 정수 곱셈, 부동소점 곱셈
    2. 로드, 주소 계산
    3. 로드, 주소 계산
    4. 스토어
    5. 정수 산술 연산
    6. 정수 산술 연산, 분기
    7. 저장 주소 계산
  • 이러한 리소스가 프로그램이 달성할 수 있는 최대 성능에 어떤 영향을 미치는지는 나중에 보자!
• 한 명령어에서 다른 명령어로 결과를 전달하는 속도를 높이기 위해 상당부분의 정보들은 실행유닛 사이에서 직접 교환된다
  • 우리가 4장에서 한 데이터 포워딩 기법의 더 정교한 형태
    • 자세히 보자면, 레지스터 r 을 업데이트하는 명령어가 디코딩되면 태그 t가 붙어서 (r, t) 형태의 항목이 테이블에 추가됨
    • 이후 r 을 사용하는 명령어가 디코딩되면, 실행 유닛에 r의 값을 읽는게 아니라 t의 값을 기다리라는 형태로 실행 유닛에 전달됨
    • 앞 연산이 끝나면, 실행 유닛은 (v, t)의 형태로, t의 결과는 v라는 정보를 내보냄
    • 이후 t를 기다리고있던 다른 연산들은 이 값 v를 받아서 실행
  • 이 방식을 register renaming 이라고 한다!
    • 실제 데이터 의존성이 없는데도 순서를 지켜야하는 것 처럼 보이는 상황을 tag를 부여해서 가짜 의존성을 없앨 수 있다.
      • out-of-order(비순차적 실행)의 핵심
        • 물론 retirement (명령어 최종 결과 반영)은 in-order이어야 함!

❔질문 사항

🔗 참고 자료