特開 2024-90284 情報処理装置及び情報処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024090284

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】情報処理装置及び情報処理方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 9/38 20180101AFI20240627BHJP

   G06F 9/345 20180101ALI20240627BHJP

   G06F 12/0846 20160101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

G06F9/38 350A

G06F9/38 370A

G06F9/345 A

G06F12/0846

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022206073

(22)【出願日】2022-12-22

(71)【出願人】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】葛 毅

(72)【発明者】

【氏名】吉川 隆英

【テーマコード（参考）】

5B013

5B033

5B205

【Ｆターム（参考）】

5B013CC01

5B013DD01

5B033DB09

5B205MM03

(57)【要約】

【課題】性能低下を抑えつつ回路規模を小さくする情報処理装置及び情報処理方法を提供する。
【解決手段】レーン処理部１５０～１５３は、パイプラインに含まれるレーンのそれぞれに配置され、対応するレーンで処理される命令にしたがってマルチバンクレベル１データキャッシュ１０７に含まれるバンク１７０のいずれかにアクセスしてデータの読出し又は書込みを実行する。閉塞網スイッチ１０６は、接続経路の切り替えによりレーン処理部１５０～１５３をバンク１７０のいずれかに選択的に接続させる。衝突検出部１８１は、アクセス先の情報及び閉塞網スイッチ１０６の接続経路の情報を基にアクセスの衝突個所を検出し、衝突個所を基に閉塞網スイッチ１０６の切り替え状態及び処理を停止させるストールレーンを決定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれが別個の記憶領域として使用される複数のバンクを有する記憶装置と、
前記バンクに対するデータの読出し又は書込みの命令の処理をそれぞれが行う複数のレーンを有するパイプラインと、
前記レーンのそれぞれに配置され、対応する前記レーンで処理される前記命令にしたがって前記バンクのいずれかにアクセスしてデータの読出し又は書込みを実行する複数の命令処理部と、
接続経路の切り替えにより前記命令処理部を前記バンクのいずれかに選択的に接続させる閉塞網スイッチと、
前記命令処理部の２つ以上が前記バンクにアクセスを行う場合に、アクセス先の情報及び前記閉塞網スイッチの前記接続経路の情報を基に前記アクセスの衝突個所を検出し、検出した前記衝突個所を基に前記閉塞網スイッチの切り替え状態及び前記複数のレーンの中から前記処理を停止させるストールレーンを決定する衝突検出部と、
前記衝突検出部により決定された前記ストールレーンに対応する前記命令処理部からの前記バンクへのアクセスを停止させるパイプライン制御を行うパイプライン制御部と、
前記衝突検出部により決定された切り替え状態にしたがって前記閉塞網スイッチを切り替えるスイッチ制御部と
を備えたことを特徴とする情報処理装置。

【請求項2】

前記衝突検出部は、前記記憶装置におけるバンク衝突及び前記閉塞網スイッチにおけるスイッチ衝突の双方を検出することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。

【請求項3】

前記複数の命令処理部は、それぞれが前記命令を入力順に処理するキューを有し、
前記衝突検出部は、前記キューに蓄積された保持命令数を基に、前記閉塞網スイッチの切り替え状態及び前記処理を停止させるストールレーンを決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。

【請求項4】

前記衝突検出部は、前記キューに格納された保持命令数が多いほど順位が上がるように前記命令処理部に対応する前記レーンに前記アクセスを許可する優先順位を付けて、前記閉塞網スイッチの切り替え状態及び前記処理を停止させるストールレーンを決定することを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。

【請求項5】

前記衝突検出部は、前記保持命令数の最大値が閾値以上の場合に、前記キューに蓄積された保持命令数を基に、前記閉塞網スイッチの切り替え状態及び前記処理を停止させるストールレーンを決定することを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。

【請求項6】

複数のバンクを有する記憶装置と、
前記バンクに対するデータの読出し又は書込みの命令の処理をそれぞれが行う複数のレーンを有するパイプラインと、
前記レーンのそれぞれに配置され、対応する前記レーンで処理される前記命令にしたがって前記バンクのいずれかにアクセスしてデータの読出し又は書込みを実行する複数の命令処理部と、
経路の切り替えにより前記命令処理部を前記バンクのいずれかに選択的に接続させる閉塞網スイッチを有する情報処理装置が、
前記命令処理部の２つ以上が前記バンクにアクセスを行う場合に、アクセス先の情報及び前記閉塞網スイッチの経路情報を基に前記アクセスの衝突個所を検出し、検出した前記衝突個所を基に前記閉塞網スイッチの切り替え状態及び前記複数のレーンの中から前記処理を停止させるストールレーンを決定し、
決定した前記ストールレーンに対応する前記命令処理部からの前記バンクへのアクセスを停止させるパイプライン制御を行い、
決定した切り替え状態にしたがって前記閉塞網スイッチを切り替える
処理を実行することを特徴とする情報処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、情報処理装置及び情報処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、命令レベルの並列性を用いて１サイクル中に複数の命令を実行するプロセッサが研究開発されている。そして、より多くの命令レベル並列性を抽出するために、プロセッサの命令発行幅は増加する傾向にある。また、データレベル並列性を抽出するために、1つの命令で複数のデータを処理するＳＩＭＤ命令も増加する傾向にある。プロセッサで実行されるプログラムには多くのロード命令又はストア命令が存在する。ＳＩＭＤ命令のロードストア命令には、連続でない複数のアドレスに対してロードまたはストア処理を行うようなギャザー、スキャッター命令が存在する。そのため、多命令発行を行ったり、ＳＩＭＤ命令を持つプロセッサでは、１サイクル中に複数のアドレスへのロード命令又はストア命令が発行される頻度が高く、この要求に応えるデータキャッシュが求められる。このため、近年のプロセッサでは、データキャッシュのマルチポート化が進められている。

【0003】

データキャッシュのマルチポート化の手法として注目されているものに、マルチバンク化がある。マルチバンク化では、データキャッシュが、バンクと呼ばれる複数の記憶領域に分けられ、バンク毎にポートが用意される。これにより、プロセッサは、異なるバンクにアクセスする場合に、複数のロード命令又はストア命令の要求に同時に応えることが可能となる。マルチバンク化された１次データキャッシュは、マルチバンクレベル１データキャッシュ（ＭＢＬ１Ｄ）と呼ばれる場合がある。

【0004】

ＣＰＵ（Central Processing Unit）にマルチバンクレベル１データキャッシュを搭載した場合、複数のロード及びストアを行うロードストアユニットとマルチバンクレベル１データキャッシュが有する複数のバンクとの間でデータ転送が行われる。各ロードストアユニットと各バンクとの間の接続にクロスバースイッチ等の非閉塞網を用いれば、同じバンクを宛先とした複数の命令により発生するバンク衝突以外のアクセス衝突が生じないため、データ転送の効率が向上する。非閉塞網とは、異なる宛先に対する任意の接続が同時に実現できるスイッチ構成である。しかしながら、非閉塞網を用いた場合、回路規模が増大するというデメリットがある。

【0005】

逆に、回路規模を抑えるためには、閉塞網を用いた方が有利である。閉塞網とは、異なる宛先に対する同時接続が実現されない場合があるスイッチ構成である。閉塞網には、例えば、オメガ網、ｂａｎｙａｎ網及び間接２進ｎキューブなどが存在する。ただし、閉塞網を用いた場合、アクセス衝突としてバンク衝突に加えて異なるアクセスが同一の経路を通過するスイッチの衝突が生じるため、データ転送の効率が低下するおそれがある。以下では、スイッチでのアクセスの衝突を「スイッチ衝突」と呼ぶ。

【0006】

なお、閉塞網を用いる場合に、Self－RootingやNon－Blocking等の手法により衝突を回避する技術が提案されている。また、複数のメモリバンクに対する複数の命令が発行され、データハザードが発生した場合に、ベクトルシフトオペレーション等のデータハザード解消ロジックを用いて処理を継続する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０２２／０１７１７３１号明細書

【特許文献2】特開２０１７－０１６６３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、マルチバンクレベル１データキャッシュを搭載しない従来のＣＰＵの構成では、バンク衝突が発生した場合、次の命令以降の命令が全てキャンセルされ再発行される。そのため、単に従来のＣＰＵの構成に非閉塞網及びマルチバンクレベル１データキャッシュ搭載した場合、バンク衝突以降の命令が全てキャンセルされることとなる。マルチバンクレベル１データキャッシュではバンク衝突が頻発するため、このような構成ではＣＰＵの性能低下が大きくなる。さらに、非閉塞網の代わりに閉塞網を用いた場合、バンク衝突に加えてスイッチ衝突も発生するため、非閉塞網を用いた場合以上に、ＣＰＵの性能低下が大きくなるおそれがある。

【0009】

この点、データハザードが発生した場合にデータハザード解消ロジックを用いて処理を継続する技術では、閉塞網とマルチバンクレベル１データキャッシュとの組み合わせについては考慮されていない。そのため、この技術を用いても、非閉塞網とマルチバンク化された１次データキャッシュとを搭載したＣＰＵの性能低下を抑えることは困難である。

【0010】

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、性能低下を抑えつつ回路規模を小さくする情報処理装置及び情報処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本願の開示する情報処理装置及び情報処理方法の一つの態様において、記憶装置は、それぞれが別個の記憶領域として使用される複数のバンクを有する。パイプラインは、前記バンクに対するデータの読出し又は書込みの命令の処理をそれぞれが行う複数のレーンを有する。複数の命令処理部は、前記レーンのそれぞれに配置され、対応する前記レーンで処理される前記命令にしたがって前記バンクのいずれかにアクセスしてデータの読出し又は書込みを実行する。閉塞網スイッチは、接続経路の切り替えにより前記命令処理部を前記バンクのいずれかに選択的に接続させる。衝突検出部は、前記命令処理部の２つ以上が前記バンクにアクセスを行う場合に、アクセス先の情報及び前記閉塞網スイッチの前記接続経路の情報を基に前記アクセスの衝突個所を検出し、検出した前記衝突個所を基に前記閉塞網スイッチの切り替え状態及び前記複数のレーンの中から前記処理を停止させるストールレーンを決定する。パイプライン制御部は、前記衝突検出部により決定された前記ストールレーンに対応する前記命令処理部からの前記バンクへのアクセスを停止させるパイプライン制御を行う。スイッチ制御部は、前記衝突検出部により決定された切り替え状態にしたがって前記閉塞網スイッチを切り替える。

【発明の効果】

【0012】

１つの側面では、本発明は、性能低下を抑えつつ回路規模を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施例１に係るＣＰＵのブロック図である。

【図2】図２は、実施例１に係る衝突検出部が保持するテーブルの概要を示す図である。

【図3】図３は、実施例１に係る衝突検出部が保持するテーブルの２入力２出力の場合の簡単な一例を示す図である。

【図4】図４は、閉塞網スイッチに含まれる複数のスイッチのうち１つのスイッチの概要を示す図である。

【図5】図５は、衝突検出部及びスイッチ制御部の構成の一例を示す図である。

【図6】図６は、スイッチが２段の場合の衝突検出部が有するテーブルの一例を示す図である。

【図7】図７は、実施例１に係るスイッチの切り替え状態及びストールレーンの決定の一例を示す図である。

【図8】図８は、命令フェッチ処理のフローチャートである。

【図9】図９は、実施例１に係るアクセス制御部によるスイッチ制御及びパイプライン制御のフローチャートである。

【図10】図１０は、クロスバースイッチとオメガ網スイッチの回路規模の比較を示す図である。

【図11】図１１は、実施例２に係るＣＰＵのブロック図である。

【図12】図１２は、実施例２に係るパイプラインのレーン毎の優先順位の決定処理の一例を示す図である。

【図13】図１３は、実施例２に係るアクセス制御部によるアクセス制御処理の概要を示す図である。

【図14】図１４は、保持命令数を考慮したスイッチの切り替え状態及びストールレーンの決定の一例を示す図である。

【図15】図１５は、実施例２に係るアクセス制御部によるスイッチ制御及びパイプライン制御のフローチャートである。

【図16】図１６は、入力側及び出力側のＦＩＦＯキューそれぞれの保持命令数を用いて優先順位を決定する場合の一例を示す図である。

【図17】図１７は、変形例２に係るアクセス制御部によるスイッチ制御及びパイプライン制御のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、本願の開示する情報処理装置及び情報処理方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例により本願の開示する情報処理装置及び情報処理方法が限定されるものではない。

【実施例0015】

図１は、実施例１に係るＣＰＵのブロック図である。ＣＰＵ１は、メインメモリであるメモリ２と接続される。ＣＰＵ１は、パイプライン処理により命令を処理する。ＣＰＵ１は、命令実行部１０、命令フェッチ部１１、命令デコード部１２及びスケジューラ１３を有する。

【0016】

このＣＰＵ１が、「情報処理装置」の一例にあたる。また、各命令を段階的に処理する命令実行部１０、命令フェッチ部１１、命令デコード部１２及びスケジューラ１３がパイプラインにあたり、個別のメモリアクセスを処理する経路がレーンにあたる。すなわち、本実施例に係るパイプラインは、複数のメモリアクセスを並列的に処理するため、複数のレーンを有する。

【0017】

命令フェッチ部１１は、プログラムカウンタが指定するアドレスにしたがって、メモリ２に格納された命令を取得する。そして、命令フェッチ部１１は、取得した命令を命令デコード部１２へ出力する。ここでは、命令フェッチ部１１が、ロード命令及びストア命令を取得した場合で説明する。

【0018】

命令デコード部１２は、命令の入力を命令フェッチ部１１から受ける。そして、命令デコード部１２は、命令実行部１０が処理可能な形式に命令をデコードする。その後、命令デコード部１２は、デコードした命令をスケジューラ１３へ出力する。

【0019】

スケジューラ１３は、デコードされた命令の入力を受ける。次に、スケジューラ１３は、命令の並列実行等のスケジューリングを行う。そして、スケジューラ１３は、決定したスケジューリングにしたがって命令を命令実行部１０へ出力する。

【0020】

命令実行部１０は、スケジューリングされた命令の入力をスケジューラ１３から受ける。そして、命令実行部１０は、命令にしたがって、データのロードやストアを実行する。以下に、本実施例に係る命令実行部１０の詳細について説明する。命令実行部１０は、図１に示すように、演算実行部１０１、スカラレジスタファイル１０２、ベクトルレジスタファイル１０３、スカラロードストアユニット１０４及びＳＩＭＤ（Single Instruction Multi Data）ロードストアユニット１０５を有する。さらに、命令実行部１０は、閉塞網スイッチ１０６、マルチバンクレベル１データキャッシュ１０７及びアクセス制御部１０８を有する。

【0021】

ここで、本実施例では、ＣＰＵ１がＳＩＭＤロードストアユニット１０５を用いてＳＩＭＤ命令を処理する場合で説明するが、ＳＩＭＤ命令の処理は行わなくてもよい。例えば、ＣＰＵ１が、複数のスカラロードストアユニット１０４を用いて複数のスカラ命令を並列して処理する構成でもよい。

【0022】

マルチバンクレベル１データキャッシュ１０７は、複数のバンク１７０を有するマルチバンク化された１次データキャッシュである。図１では、マルチバンクレベル１データキャッシュ１０７は、８つのバンク１７０を有する構成を記載したが、バンク１７０の数に制限はない。各バンク１７０は、独立してメモリアクセスの要求を処理することが可能である。このマルチバンクレベル１データキャッシュ１０７が、「記憶装置」の一例にあたる。

【0023】

閉塞網スイッチ１０６は、閉塞網を有するスイッチである。閉塞網スイッチ１０６では、異なるバンクを宛先とするアクセスであっても、スイッチの切り替え状態によりアクセス間で衝突が発生する可能性がある。

【0024】

本実施例では、閉塞網スイッチ１０６が、オメガ網である場合で説明する。オメガ網では、２つの入力と２つの出力とを直通又は交換で選択的に接続するスイッチが並列に複数個並べられ、その列が複数段に配置される。そして、各スイッチの切り替えにより最初の入力を選択的に全ての出力のいずれかに繋げることが可能となるように前後の段のスイッチが接続されたネットワーク構成である。

【0025】

スカラレジスタファイル１０２は、スケジューラ１３から入力されたスカラ命令のデータを格納する。ベクトルレジスタファイル１０３は、スケジューラ１３から入力されたベクトル命令のデータを格納する。

【0026】

スカラロードストアユニット１０４は、パイプラインの１つのレーンに対応する。以下では、スカラロードストアユニット１０４に対応するレーンをレーンＬと呼ぶ。スカラロードストアユニット１０４は、入力側のＦＩＦＯ（First In First Out）キューを１つ有する。また、スカラロードストアユニット１０４は、出力側のＦＩＦＯキューを１つ有する。プロセッサのパイプラインにＦＩＦＯを追加することで、バンク衝突による性能低下を抑止する方式は、特開２０２２－１４３５４４号明細書で提案されている。スカラロードストアユニット１０４は、マルチバンクレベル１データキャッシュ１０７が保持するいずれかのバンク１７０にアクセスして命令にしたがってデータのロード又はストアを実行する。

【0027】

具体的には、スカラロードストアユニット１０４は、ロード又はストアを実行させるスカラ命令をスカラレジスタファイル１０２から取得して入力側のＦＩＦＯキューに蓄積していく。そして、スカラロードストアユニット１０４は、アクセス制御部１０８からアクセスを停止させる指示が入力されていなければ、サイクルに合わせて入力側のＦＩＦＯキューに格納された命令のうち古い順に命令で指示された要求を閉塞網スイッチ１０６へ出力する。

【0028】

その後、スカラロードストアユニット１０４は、要求に応じたデータのロード又はストアの結果のマルチバンクレベル１データキャッシュ１０７からの応答を、閉塞網スイッチ１０６を介して受信する。そして、スカラロードストアユニット１０４は、受信した応答を出力側のＦＩＦＯキューに格納して蓄積する。その後、スカラロードストアユニット１０４は、それぞれ出力側のＦＩＦＯキューに格納された命令のうち古い順に命令をスカラレジスタファイル１０２へ出力して格納する。スカラロードストアユニット１０４が、「命令処理部」の一例にあたる。

【0029】

ＳＩＭＤロードストアユニット１０５は、パイプラインの複数のレーンに対応し、パイプライン毎にメモリアクセスを処理する。本実施例では、ＳＩＭＤロードストアユニット１０５は、パイプラインの４つのレーンのそれぞれにおける命令を別個に処理する。図１では、ＳＩＭＤロードストアユニット１０５における各レーンに対応する処理機能をそれぞれレーン処理部１５０～１５３として図示した。また、以下の説明では、レーン処理部１５０～１５３のそれぞれに対応するレーンをレーンＬ０～Ｌ３と呼ぶ。レーン処理部１５０～１５３が、「命令処理部」の一例にあたる。

【0030】

レーン処理部１５０～１５３は、それぞれ入力側のＦＩＦＯキューを１つずつ有する。また、レーン処理部１５０～１５３は、それぞれ出力側のＦＩＦＯキューを１つずつ有する。レーン処理部１５０～１５３は、それぞれマルチバンクレベル１データキャッシュ１０７が保持するいずれかのバンク１７０にアクセスして、命令にしたがってデータのロード又はストアを実行する。

【0031】

具体的には、レーン処理部１５０～１５３は、ロード又はストアを実行させるスカラ命令をベクトルレジスタファイル１０３からそれぞれが取得して、自己が有する入力側のＦＩＦＯキューに蓄積していく。そして、レーン処理部１５０～１５３は、アクセス制御部１０８からストールの指示が入力されていなければ、サイクルに合わせて入力側のＦＩＦＯキューに格納された命令のうち古い順に命令で指示された要求を閉塞網スイッチ１０６へ出力する。

【0032】

その後、レーン処理部１５０～１５３は、要求に応じたデータのロード又はストアの結果のマルチバンクレベル１データキャッシュ１０７からの応答を、閉塞網スイッチ１０６を介してそれぞれが受信する。そして、レーン処理部１５０～１５３は、受信した応答をそれぞれの出力側のＦＩＦＯキューに格納して蓄積する。その後、レーン処理部１５０～１５３は、それぞれ出力側のＦＩＦＯキューに格納された命令のうち古い順に命令をベクトルレジスタファイル１０３へ出力して格納する。

【0033】

アクセス制御部１０８は、閉塞網スイッチ１０６でのスイッチ衝突及びマルチバンクレベル１データキャッシュ１０７でのバンク衝突が起こらないように、スカラロードストアユニット１０４及びＳＩＭＤロードストアユニット１０５からのバンク１７０へのアクセスを制御する。アクセス制御部１０８は、衝突検出部１８１、パイプライン制御部１８２及びスイッチ制御部１８３を有する。

【0034】

衝突検出部１８１は、閉塞網スイッチ１０６におけるスカラロードストアユニット１０４及びレーン処理部１５０～１５３と各バンク１７０とのそれぞれの接続経路の情報を保持する。すなわち、衝突検出部１８１は、スカラロードストアユニット１０４及びレーン処理部１５０～１５３と各バンク１７０とを結ぶ接続経路の間で、同時にアクセスが発生した場合にスイッチ衝突が起こる接続経路の組み合せの情報を保持する。さらに、衝突検出部１８１は、スカラロードストアユニット１０４及びレーン処理部１５０～１５３のそれぞれに対応する各レーンＬ０～Ｌ３について、アクセス許可の優先順位を予め保持する。例えば、衝突検出部１８１は、レーン番号の昇順にしたがってアクセス許可の優先順位を付ける。本実施例の場合、衝突検出部１８１は、レーンＬのレーン番号を最小として、レーンＬ、レーンＬ０、レーンＬ１、レーンＬ２、レーンＬ３の昇順に優先になるようにアクセス許可の優先順位を保持する。以下では、アクセス許可の優先順位を、単に優先順位と呼ぶ。

【0035】

他にも、衝突検出部１８１は、サイクル毎に優先順位を切り替えてもよい。例えば、衝突検出部１８１は、レーンＬ、レーンＬ０、レーンＬ１、レーンＬ２、レーンＬ３の順番で順位が低くなるように優先順位を決定する。次のサイクルで、衝突検出部１８１は、レーンＬ０、レーンＬ１、レーンＬ２、レーンＬ３、レーンＬの順番で順位が低くなるようにアクセス許可の優先順位を決定する。このように、衝突検出部１８１は、レーンを巡回させえて優先順位を決定してもよい。

【0036】

衝突検出部１８１は、スカラロードストアユニット１０４及びレーン処理部１５０～１５３のそれぞれから次に行われるアクセス情報を取得する。そして、衝突検出部１８１は、アクセス情報に含まれるアクセス先のバンク１７０を確認して、同じバンク１７０を宛先とするアクセスが存在する場合、バンク衝突が発生すると判定する。また、衝突検出部１８１は、アクセス情報に含まれるそれぞれのアクセス先のバンク１７０とスカラロードストアユニット１０４及びレーン処理部１５０～１５３のそれぞれとの接続経路を確認して、スイッチ衝突が発生するか否かを判定する。

【0037】

バンク衝突及びスイッチ衝突の両方もしくはいずれか一方が発生する場合、衝突検出部１８１は、衝突が発生しないように、先順位にしたがって、レーンＬ及びレーンＬ０～Ｌ３に対応するパイプラインのレーンからストールレーンを決定する。すなわち、衝突検出部１８１は、優先順位の高いレーンがなるべく使用できるように、優先順位の低いレーンをストールレーンとして決定する。また、衝突検出部１８１は、ストールレーン以外のレーンをアクセス先のバンク１７０に接続させるように、閉塞網スイッチ１０６の切り替え状態を決定する。

【0038】

その後、衝突検出部１８１は、ストールレーンを指示するストールレーン情報をパイプライン制御部１８２へ出力する。また、衝突検出部１８１は、接続させるスカラロードストアユニット１０４及びレーンＬ０～Ｌ３とバンク１７０との組み合わせに合わせたスイッチの切り替え状態の情報を含むスイッチ制御情報をスイッチ制御部１８３へ出力する。

【0039】

例えば、図２は、実施例１に係る衝突検出部が保持するテーブルの概要を示す図である。衝突検出部１８１は、例えば、アクセス先の情報及び優先させるレーンの情報が登録されたテーブル２００を保持する。図２のテーブル２００は、アクセス情報２０１に対応する列に各レーンのアクセス先の情報が登録される。また、図２のテーブル２００は、優先レーン情報２０２に対応する列に優先させるレーンの情報が登録される。さらに、図２のテーブル２００は、各アクセス先と優先させるレーンの情報とのそれぞれの組み合わせに対応するスイッチの切り替えの状態を含む列及びストールレーンの情報を含む列を有する。そして、衝突検出部１８１は、アクセス情報２０１及び優先レーン情報２０２を用いてテーブル２００を検索して、スイッチ制御情報２０３及びストールレーン情報２０４を出力する。

【0040】

図３は、実施例１に係る衝突検出部が保持するテーブルの２入力２出力の場合の簡単な一例を示す図である。図３のテーブル２００は、閉塞網スイッチ１０６に含まれる複数のスイッチのうち１つのスイッチに対応するスイッチの切り替え及びストールするレーンを決定するためのテーブルである。

【0041】

ここで、閉塞網スイッチ１０６の中の１つのスイッチについて説明する。図４は、閉塞網スイッチに含まれる複数のスイッチのうち１つのスイッチの概要を示す図である。スイッチＳＷ０が１つのスイッチにあたる。スイッチＳＷ０の紙面に向かって上部に記載したＬはスカラロードストアユニット１０４及びレーンＬ０～Ｌ３側の端子（以下、「レーン側の端子」と呼ぶ。）を表し、紙面に向かって下部に記載したＢはバンク１７０側の端子を表す。そして、ここでは、スイッチＳＷ０は、レーン側の端子の紙面に向かって左側の端子にレーンＬ０が接続され、右側の端子にレーンＬ１が接続される。さらに、バンク１７０側の端子の紙面に向かって左側の端子にバンクＢ０に繋がる経路が接続され、右側の端子にバンクＢ１に繋がる経路が接続される。また、状態２１５は、レーンＬ０とバンクＢ０とが接続され、レーンＬ１とバンクＢ１とが接続されるスイッチＳＷ０における直通状態を示す。また、状態２１６は、レーンＬ０とバンクＢ１とが接続され、レーンＬ１とバンクＢ０とが接続されるスイッチＳＷ０における交換状態を示す。ここでは、スイッチＳＷ０は、値が０の制御信号が入力されると状態２１５に切り替わり、値が１の制御信号が入力されると状態２１６に切り替わる。

【0042】

図３に戻って説明を続ける。テーブル２００は、例えば、アクセス先情報２１１、優先レーン情報２１２、スイッチ切替状態２１３及びストールレーン２１４が登録される。アクセス先情報２１１は、レーンＬ０及びＬ１のそれぞれについて、バンクＢ０へのアクセスを０で表し、バンクＢ１へのアクセスを１で表す。例えば、アクセス先情報２１１におけるレーンＬ０及びＬ１のそれぞれの値が同じであれば、宛先のバンク１７０が同じでありバンク衝突が発生することを示す。優先レーン情報２１２は、０がレーンＬ０のアクセスを優先し、１がレーンＬ１のアクセスを優先することを表す。また、スイッチ切替状態２１３は、スイッチの切り替え信号の値を表す。また、ストールレーン２１４は、レーンＬ０及びＬ１のそれぞれについて、値が０であればストールさせないことを示し、値が１であればストールさせることを示す。

【0043】

衝突検出部１８１は、アクセス情報として、レーンＬ０及びＬ１のそれぞれについて、アクセス先が、バンクＢ０又はバンクＢ１のいずれであるかの情報の入力を受ける。また、衝突検出部１８１は、レーンＬ０及びＬ１のいずれのアクセスを優先するかの情報を予め保持する。そして、衝突検出部１８１は、それらの情報を用いてテーブル２００を検索し、スイッチ切替状態２１３及びストールレーン２１４からそれらの情報に対応するスイッチの切り替え状態及びストールレーンを特定する。そして、衝突検出部１８１は、特定したスイッチの切り替え状態及びストールレーンの情報をそれぞれスイッチ制御情報及びストールレーン情報として出力する。ここで、本実施例では、アクセス制御部１０８は、固定の優先順位を用いて接続経路及びストール対象を決定したが、所定のアルゴリズムを用いて命令出力の調停毎に優先順位を変更してもよい。

【0044】

このテーブル２００の検索を計算で行う場合、衝突検出部１８１は、次の数式（１）で示される論理式を用いてスイッチの切り替え状態及びストールレーンを決定する。ここで、ｃｔｒｌは図３のテーブル２００におけるスイッチの切り替え状態を表し、ストール欄のレーンL０及びL１はストールレーンを表す。また、アクセス欄のＬ０及びＬ１は入力されたアクセス情報に対応するアクセス先情報２１１に対応する値を表し、Ｐは優先レーン情報２１２に対応する値を表す。さらに、各符号の上部のバーは、逆の値を表す。

【0045】

【数1】

【0046】

図１に戻って説明を続ける。パイプライン制御部１８２は、ストールレーン情報の入力を衝突検出部１８１から受ける。そして、パイプライン制御部１８２は、スカラロードストアユニット１０４及びレーン処理部１５０～１５３のうち、ストールレーン情報において指示されたストールレーンに対応するものをストールさせるパイプライン制御を行う。

【0047】

スイッチ制御部１８３は、スイッチ制御情報の入力を衝突検出部１８１から受ける。そして、スイッチ制御部１８３は、スイッチ制御情報で指示された各スイッチの切り替え状態にしたがって、閉塞網スイッチ１０６を切り替えるスイッチ制御を行う。

【0048】

スカラロードストアユニット１０４及びレーン処理部１５０～１５３のうちのストールさせられたものは、入力側のＦＩＦＯキューからの命令に応じた要求の出力を停止する。これにより、アクセス制御部１０８は、閉塞網スイッチ１０６でのスイッチ衝突及びマルチバンクレベル１データキャッシュ１０７でのバンク衝突を抑制することができる。

【0049】

他にも、アクセス制御部１０８は、衝突箇所を特定して、使用可能なレーン数がなるべく多くなるようにスイッチの切り替え及びストールの対象を決定してもよい。例えば、以下のような手順でスイッチの切り替え及びストールの対象を決定することができる。衝突検出部１８１が、アクセス情報及び接続経路の情報を用いて閉塞網スイッチ１０６及びマルチバンクレベル１データキャッシュ１０７における衝突個所を特定する。衝突検出部１８１で接続経路がなるべく多くなるようにスイッチの切り替え及びストールの対象を決定する。パイプライン制御部１８２は、決定したストール対象をストールさせる。スイッチ制御部１８３は、衝突検出部１８１の決定にしたがって閉塞網スイッチ１０６を切り替える。

【0050】

図５は、衝突検出部及びスイッチ制御部の構成の一例を示す図である。ここでは、閉塞網スイッチ１０６が、スイッチＳＷ０～ＳＷ３を有する場合を例に、衝突検出部１８１及びスイッチ制御部１８３の構成の一例について説明する。

【0051】

衝突検出部１８１は、スイッチＳＷ０～ＳＷ３のそれぞれに対応するＳＷ０衝突検出部３２０、ＳＷ１衝突検出部３２１、ＳＷ２衝突検出部３２２及びＳＷ３衝突検出部３２３を有する。また、スイッチ制御部１８３は、スイッチＳＷ０～ＳＷ３のそれぞれに対応するＳＷ０制御部３３０、ＳＷ１制御部３３１、ＳＷ２制御部３３２及びＳＷ３制御部３３３を有する。

【0052】

衝突検出部１８１のＳＷ０衝突検出部３２０、ＳＷ１衝突検出部３２１、ＳＷ２衝突検出部３２２及びＳＷ３衝突検出部３２３は、それぞれ図６に示すテーブル３５０のようなテーブルを有する。

【0053】

図６は、スイッチが２段の場合の衝突検出部が有するテーブルの一例を示す図である。図６のテーブル３５０は、図５におけるスイッチＳＷ０が保持するテーブルである。

【0054】

テーブル３５０は、レーンＬ０及びＬ１のアクセス先のバンク１７０と優先レーンとの組み合わせが登録される。さらに、テーブル３５０は、それぞれのアクセス先と優先レーンとの組み合わせに対応するスイッチの切り替え状態及びストールレーンが登録される。

【0055】

衝突検出部１８１は、ＳＷ０に着目すると、アクセス情報として、レーンＬ０及びＬ１のそれぞれについて、バンクＢ０～Ｂ３のいずれへの接続かの情報の入力を受ける。また、衝突検出部１８１は、レーンＬ０及びＬ１の優先順位を保持する。そして、衝突検出部１８１は、それらの情報を用いてテーブル３５０を検索し、アクセス情報及び優先順位に対応するスイッチの切り替え状態及びストールレーンを特定する。そして、衝突検出部１８１は、スイッチ制御情報をスイッチ制御部１８３へ出力して、テーブル３５０にしたがい特定したスイッチの切り替えに応じてスイッチＳＷ０を制御させる。また、衝突検出部１８１は、ストールレーン情報をパイプライン制御部１８２へ出力して、テーブル３５０にしたがいストールレーンとして特定したレーンをストールさせるようにＳＩＭＤロードストアユニット１０５を制御させる。

【0056】

図５に戻って説明を続ける。ＳＷ０衝突検出部３２０、ＳＷ１衝突検出部３２１、ＳＷ２衝突検出部３２２及びＳＷ３衝突検出部３２３は、各レーンの優先順位を保持する。ＳＷ０衝突検出部３２０、ＳＷ１衝突検出部３２１、ＳＷ２衝突検出部３２２及びＳＷ３衝突検出部３２３は、それぞれ自己が繋がるレーンを特定し、且つ、それぞれのレーンの宛先を含むアクセス情報を取得する。そして、ＳＷ０衝突検出部３２０、ＳＷ１衝突検出部３２１、ＳＷ２衝突検出部３２２及びＳＷ３衝突検出部３２３は、それぞれ対応するスイッチＳＷ０～ＳＷ３におけるスイッチの切り替え状態及びストールレーンを決定する。

【0057】

スイッチ制御部１８３のＳＷ０制御部３３０、ＳＷ１制御部３３１、ＳＷ２制御部３３２及びＳＷ３制御部３３３は、それぞれ対応するスイッチＳＷ０～ＳＷ３に対するスイッチ制御情報を取得する。そして、ＳＷ０制御部３３０、ＳＷ１制御部３３１、ＳＷ２制御部３３２及びＳＷ３制御部３３３は、スイッチ制御情報にしたがって、対応するスイッチＳＷ０～ＳＷ３の切り替えを行う。

【0058】

パイプライン制御部１８２は、ストールレーン情報をＳＷ０衝突検出部３２０、ＳＷ１衝突検出部３２１、ＳＷ２衝突検出部３２２及びＳＷ３衝突検出部３２３から取得する。そして、パイプライン制御部１８２は、各ストールレーン情報によりストールレーンとして指定されたレーンに対応するレーン処理部１５０又は１５１のいずれかをストールさせる。

【0059】

図７は、実施例１に係るスイッチの切り替え状態及びストールレーンの決定の一例を示す図である。状態２２１はアクセス情報に応じた接続状態を示し、状態２２２は、スイッチの切り替え及びストール実行後の接続状態を示す。ここでは、閉塞網スイッチ１０６は、スイッチＳＷ０～ＳＷ３を有し、レーンＬ０～Ｌ３に対応するレーン側の端子及びバンクＢ０～Ｂ３に対応するバンク１７０側の端子を有する。また、ここでは、レーン処理部１５０～１５３から命令が発行され、レーン処理部１５０～１５３がそれぞれレーンＬ０～Ｌ３に対応するレーン側の端子に接続される場合で説明する。

【0060】

衝突検出部１８１は、レーン毎の入力側のＦＩＦＯキューの先頭に格納された命令から取得したアクセス情報を用いて、アクセス情報に応じた接続状態である状態２２１を確認する。そして、衝突検出部１８１は、スイッチＳＷ２における衝突個所２３１及び衝突個所２３２でスイッチ衝突が発生することを確認する。

【0061】

そして、衝突検出部１８１は、自己が有するテーブルを用いてスイッチの切り替え状態及びストールレーンを決定する。この場合、衝突検出部１８１は、スイッチＳＷ０～ＳＷ３のいずれも直通状態として、且つ、レーンＬ２をストールレーンすると決定する。パイプライン制御部１８２及びスイッチ制御部１８３は、衝突検出部１８１の決定にしたがって、レーンＬ２に対応するレーン処理部１５２をストールさせ、且つ、閉塞網スイッチ１０６の切り替えを行う。これにより、閉塞網スイッチ１０６は、状態２２２のような切り替え状態となる。この場合、レーンＬ２からのアクセスはなくなり、レーンＬ０、Ｌ１、Ｌ３がそれぞれバンクＢ０、Ｂ１、Ｂ３に繋がり、命令実行部１０は、閉塞網スイッチ１０６におけるスイッチ衝突を回避できる。

【0062】

演算実行部１０１は、スカラレジスタファイル１０２及びベクトルレジスタファイル１０３に格納されたデータを用いて演算を実行する。

【0063】

図８は、命令フェッチ処理のフローチャートである。次に、図８を参照して、命令フェッチ処理の流れを説明する。

【0064】

命令フェッチ部１１は、ロード命令及びストア命令をメモリ２より取得する（ステップＳ１０１）。

【0065】

命令デコード部１２は、命令フェッチ部１１から取得した命令をそれぞれデコードする（ステップＳ１０２）。

【0066】

スケジューラ１３は、デコードされた命令の入力を命令デコード部１２から受ける。そして、スケジューラ１３は、各命令のスケジューリングを実行する（ステップＳ１０３）。ここでは、スケジューラ１３が、スケジューリングを行った命令をベクトルレジスタファイル１０３に命令を格納する場合で説明する。

【0067】

スケジューラ１３は、スカラロードストア命令をスカラロードストアユニット１０４の入力側のＦＩＦＯキューに格納して蓄積する。ＳＩＭＤロードストア命令をＳＩＭＤロードストアユニットのレーン処理部１５０～１５３の入力側のＦＩＦＯキューに格納して蓄積する（ステップＳ１０４）。

【0068】

図９は、実施例１に係るアクセス制御部によるスイッチ制御及びパイプライン制御のフローチャートである。次に、図９を参照して、実施例１に係るアクセス制御部１０８によるスイッチ制御及びストール制御の流れを説明する。

【0069】

衝突検出部１８１は、スカラロードストアユニット１０４及びレーンＬ０～Ｌ３における入力側のＦＩＦＯキューの先頭の命令によるそれぞれのアクセス情報を取得する（ステップＳ１１１）。

【0070】

次に、衝突検出部１８１は、アクセス情報を用いてバンク衝突を検出する（ステップＳ１１２）。

【0071】

次に、衝突検出部１８１は、アクセス情報及び接続情報を用いてバンク衝突を検出する（ステップＳ１１３）。

【0072】

次に、衝突検出部１８１は、アクセス許可の優先順位に応じてスイッチの切り替え状態及びストールレーンを決定する（ステップＳ１１４）。

【0073】

スイッチ制御部１８３は、衝突検出部１８１により決定されたスイッチの切り替え状態にしたがって、閉塞網スイッチ１０６の切り替えを行うスイッチ制御を実行する。また、パイプライン制御部１８２は、衝突検出部１８１によりストールレーンとして決定されたレーンに対応するスカラロードストアユニット１０４及びレーンＬ０～Ｌ３のいずれか１つ又は複数をストールさせるパイプライン制御を実行する（ステップＳ１１５）。

【0074】

その後、スカラロードストアユニット１０４及びレーンＬ０～Ｌ３は、パイプラインのストールレーン以外のレーンにおいて宛先バンクにアクセスしてデータのロード又はストアを実行する（ステップＳ１１６）。

【0075】

図１０は、クロスバースイッチとオメガ網スイッチの回路規模の比較を示す図である。図１０は、２入力１出力マルチプレクサ（ｍｕ×２）の個数で換算した回路規模を示す。

【0076】

例えば、８×８のスイッチの場合、クロスバースイッチであれば１出力あたり７個のｍｕ×２が設けられそれらが８組配置されるので、合計で５６個のｍｕ×２が設けられる。これに対して、オメガ網スイッチであれば、１クロスポイントあたり２個のｍｕ×２が設けられそれらが１２組配置されるので、合計で２４個のｍｕ×２が設けられる。この場合、クロスバースイッチとオメガ網スイッチとの回路規模の比は、５６／２４＝２．３倍となる。すなわち、この場合は、従来に比べて本実施例に係るＣＰＵ１では回路規模を１／２．３に削減可能である。

【0077】

また、例えば、１２８×１２８のスイッチの場合、クロスバースイッチであれば合計で１６２５６個のｍｕ×２が設けられる。これに対して、オメガ網スイッチであれば、合計で８９６個のｍｕ×２が設けられる。この場合、クロスバースイッチとオメガ網スイッチとの回路規模の比は、１６２５６／８９６＝１８倍となる。すなわち、この場合は、従来に比べて本実施例に係るＣＰＵ１では回路規模を１／１８に削減可能である。

【0078】

以上に説明したように、本実施例に係るＣＰＵは、パイプラインの複数のレーンのそれぞれに対応する複数のロードストアユニットとマルチバンクレベル１データキャッシュとの間に閉塞網を有する。本実施例に係るＣＰＵは、各命令によるアクセス情報を基にスイッチ衝突及びバンク衝突を検出し、衝突が発生しないように閉塞網におけるスイッチの切り替え及びレーンのストールを決定する。そして、本実施例に係るＣＰＵは、ロードストアユニット及びマルチバンクレベル１データキャッシュを制御する。これにより、閉塞網を用いて回路規模を小さくすることができ、且つ、衝突の発生をストールにより回避できる。したがって、マルチバンクレベル１データキャッシュを有するＣＰＵの処理性能の低下を抑えつつ回路規模を小さくすることが可能となる。

【実施例0079】

図１１は、実施例２に係るＣＰＵのブロック図である。本実施例に係るＣＰＵ１は、ＦＩＦＯキューが保持する命令の数、言い換えれば各レーンにおける命令の詰まり具合を考慮してストールレーンを決定することが実施例１と異なる。図１０に示すように、本実施例に係るＣＰＵ１は、実施例１の各部に加えてアクセス制御部１０８に状態検出部１８４をさらに有する。以下の説明では、実施例１と同様の各部の動作については説明を省略する。

【0080】

状態検出部１８４は、サイクル毎に、パイプラインの各レーンの詰まり具合を表す情報として、スカラロードストアユニット１０４及びレーン処理部１５０～１５３のそれぞれの入力側のＦＩＦＯキューに蓄積された命令数を取得する。以下では、スカラロードストアユニット１０４及びレーン処理部１５０～１５３のそれぞれの入力側のＦＩＦＯキューの保持命令数を、「レーン毎の保持命令数」と呼ぶ。次に、状態検出部１８４は、レーン毎の保持命令数にしたがってレーン毎の優先順位を決定する。例えば、保持命令数をそのまま用いて各レーンの優先順位を表してもよい。そして、状態検出部１８４は、保持命令数から求めた優先順位を衝突検出部１８１へ出力する。

【0081】

衝突検出部１８１は、予め決められたパイプラインのレーン毎のアクセス許可の優先順位の初期値である初期優先順位を保持する。また、衝突検出部１８１は、レーン毎の保持命令数から求められた優先順位の入力を状態検出部１８４から受ける。次に、衝突検出部１８１は、レーン毎の保持命令数から求められた優先順位のうち、同じ優先順位のレーンが存在する場合、それらのレーンの優先順位は初期優先順にしたがって決定して、各レーンの優先順位を決定する。

【0082】

図１２は、実施例２に係るパイプラインのレーン毎の優先順位の決定処理の一例を示す図である。ここでは、レーンＬ０～Ｌ３のそれぞれに対応するレーン処理部１５０～１５３から命令が出力される場合で説明する。レーン処理部１５０～１５３は、それぞれ入力側のＦＩＦＯキュー３００～３０３を有する。

【0083】

図１２の場合、ＦＩＦＯキュー３００の保持命令数は２である。また、ＦＩＦＯキュー３０１の保持命令数は１である。また、ＦＩＦＯキュー３０２の保持命令数は３である。また、ＦＩＦＯキュー３０３の保持命令数は１である。そこで、状態検出部１８４は、レーン処理部１５０～１５３に対応するレーンＬ０～Ｌ３の保持命令数を示す保持命令数情報２５１を取得する。図１２では保持命令数情報２５１は、（Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）＝（２，１，３，１）と表される。そして、状態検出部１８４は、保持命令数情報２５１をそのまま優先順位として衝突検出部１８１へ出力する。また、衝突検出部１８１は、初期優先順位として優先度の高い方から、レーンＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の順になる優先順位を保持する。

【0084】

衝突検出部１８１は、状態検出部１８４により取得した保持命令から求められた優先順位（（Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）＝（２，１，３，１））から、レーンＬ２の保持命令数が最大であり、次にレーンＬ０の保持命令数が多いことを確認する。さらに、衝突検出部１８１は、レーンＬ１とレーンＬ３との保持命令数が最小で同じ値であると確認する。この場合、レーンＬ１とレーンＬ３との保持命令数が同じなので、衝突検出部１８１は、初期優先順位に応じてレーンＬ１の優先順位をレーンＬ３の優先順位よりも高くする。これにより、衝突検出部１８１は、レーンＬ２、レーンＬ０、レーンＬ１、レーンＬ３の順で順位が下がっていく優先順位２５２として算出する。そして、衝突検出部１８１は、アクセス情報及び優先順位２５２に応じてスイッチの切り替え状態及びストールレーンを決定する。

【0085】

スイッチ制御部１８３は、衝突検出部１８１により決定されたスイッチの切り替え状態にしたがって、閉塞網スイッチ１０６の切り替えを行うスイッチ制御を実行する。また、パイプライン制御部１８２は、衝突検出部１８１により決定されたストールレーンにしたがって、スカラロードストアユニット１０４及びレーンＬ０～Ｌ３の中からストール対象を選択してストールさせるパイプライン制御を実行する。

【0086】

図１３は、実施例２に係るアクセス制御部によるアクセス制御処理の概要を示す図である。次に、図１３を参照して、本実施例に係るアクセス制御部１０８によるアクセス制御処理の概要をまとめて説明する。

【0087】

スケジューラ１３は、レーン処理部１５０～１５３のそれぞれに対応するレーンＬ０～Ｌ３に対する命令ｉ３をレーン処理部１５０～１５３の入り口にあるＦＩＦＯキューに格納する。

【0088】

状態検出部１８４は、命令ｉ３が格納されたＦＩＦＯキュー３００～３０３のそれぞれの保持命令数を取得する。そして、状態検出部１８４は、レーン毎の保持命令数から求められる優先順位を衝突検出部１８１へ通知する。

【0089】

衝突検出部１８１は、状態検出部１８４から通知された保持命令数から求められた優先順位及び初期優先順位を用いて、その時点での各レーンの優先順位を決定する。次に、衝突検出部１８１は、ＦＩＦＯキュー３００の先頭の命令ｉ１、ＦＩＦＯキュー３０１の先頭の命令ｉ２、ＦＩＦＯキュー３０２の先頭の命令ｉ０及びＦＩＦＯキュー３０３の先頭の命令ｉ２によるアクセス情報を取得する。そして、衝突検出部１８１は、アクセス情報及び決定した各レーンの優先順位を用いて、スイッチの切り替え状態及びストールレーンを決定する。その後、衝突検出部１８１は、スイッチの切り替えを指示するスイッチ制御情報をスイッチ制御部１８３に通知する。また、衝突検出部１８１は、ストールレーンを指示するストールレーン情報をパイプライン制御部１８２に通知する。

【0090】

スイッチ制御部１８３は、スイッチ制御情報に含まれるスイッチの切り替え指示にしたがって、閉塞網スイッチ１０６を切り替える。また、パイプライン制御部１８２は、ストールレーン情報で指示されたストールレーンに対応するレーン処理部１５０～１５３のいずれかをストールさせる。

【0091】

図１４は、保持命令数を考慮したスイッチの切り替え状態及びストールレーンの決定の一例を示す図である。状態２２１はアクセス情報に応じた接続状態を示し、状態２２３は、保持命令数を考慮したスイッチの切り替え及びストール実行後の接続状態を示す。ここでは、閉塞網スイッチ１０６は、スイッチＳＷ０～ＳＷ３を有し、レーンＬ０～Ｌ３に対応するレーン側の端子及びバンクＢ０～Ｂ３に対応するバンク１７０側の端子を有する。また、レーン処理部１５０～１５３がそれぞれレーンＬ０～Ｌ３に対応するレーン側の端子に接続される。

【0092】

衝突検出部１８１は、レーン毎の入力側のＦＩＦＯキューの先頭に格納された命令から取得したアクセス情報を用いて、アクセス情報に応じた接続状態である状態２２１を確認する。そして、衝突検出部１８１は、スイッチＳＷ２における衝突個所２３１及び衝突個所２３２でスイッチ衝突が発生することを確認する。

【0093】

状態検出部１８４は、レーン処理部１５０～１５３の保持命令数を取得する。ここでは、レーン処理部１５２の保持命令数が最大の場合で説明する。状態検出部１８４は、保持命令数から求められる優先順位数及び初期優先順位を用いてレーンＬ０～Ｌ３の優先順位を決定する。この場合、レーン処理部１５２の保持命令数が最大であることから、状態検出部１８４は、対応するレーンＬ２の優先順位を最も高くする。衝突検出部１８１は、保持命令から求められた優先順位と初期優先順位とを用いて、レーンＬ０～Ｌ３の優先順位を算出する。その後、衝突検出部１８１は、算出した優先順位と自己が有するテーブルとを用いてスイッチの切り替え状態及びストールレーンを決定する。

【0094】

この場合、レーン処理部１５２の優先順位が最も高いので、衝突検出部１８１は、衝突個所２３１及び２３２での衝突をなくし且つレーンＬ２のアクセスを許可するために、レーンＬ０及びＬ１をストールレーンとする。そして、衝突検出部１８１は、スイッチＳＷ１及びＳＷ３を直通状態とし、且つ、スイッチＳＷ２を交換状態として決定する。パイプライン制御部１８２及びスイッチ制御部１８３は、衝突検出部１８１の決定にしたがって、レーンＬ０及びＬ１に対応するレーン処理部１５０及び１５１をストールさせ、且つ、閉塞網スイッチ１０６の切り替えを行う。これにより、閉塞網スイッチ１０６は、状態２２３で示される切り替え状態となる。

【0095】

この場合、レーンＬ０及びＬ１からのアクセスはなくなり、レーンＬ２がバンクＢ０に繋がり、レーンＬ３がバンクＢ３に繋がるため、命令実行部１０は、閉塞網スイッチ１０６におけるスイッチ衝突を回避できる。このように、レーン毎の保持命令数に応じて優先度を変化させることで、本実施例に係る衝突検出部１８１は、実施例１のように単純な優先順位を用いたストールレーンの選択とは異なる選択を行う場合がある。

【0096】

図１５は、実施例２に係るアクセス制御部によるスイッチ制御及びパイプライン制御のフローチャートである。次に、図１５を参照して、実施例２に係るアクセス制御部１０８によるスイッチ制御及びパイプライン制御の流れを説明する。

【0097】

衝突検出部１８１は、スカラロードストアユニット１０４及びレーンＬ０～Ｌ３における入力側のＦＩＦＯキューの先頭の命令によるそれぞれのアクセス情報を取得する（ステップＳ２０１）。

【0098】

次に、衝突検出部１８１は、アクセス情報を用いてバンク衝突を検出する（ステップＳ２０２）。

【0099】

次に、衝突検出部１８１は、アクセス情報及び接続情報を用いてスイッチ衝突を検出する（ステップＳ２０３）。

【0100】

状態検出部１８４は、スカラロードストアユニット１０４及びレーン処理部１５０～１５３のそれぞれの入力側のＦＩＦＯキューに蓄積された命令数を確認して、レーン毎の保持命令数を取得する（ステップＳ２０４）。

【0101】

衝突検出部１８１は、保持命令数から求められた優先順位を状態検出部１８４から取得する。そして、衝突検出部１８１は、保持命令数から求められた優先順位と初期優先順位とを用いて各レーンの優先順位を算出する（ステップＳ２０５）。

【0102】

次に、衝突検出部１８１は、検出した衝突個所の情報及び算出した優先順位に応じてスイッチの切り替え状態及びストールレーンを決定する（ステップＳ２０６）。

【0103】

スイッチ制御部１８３は、衝突検出部１８１により決定されたスイッチの切り替え状態にしたがって、閉塞網スイッチ１０６の切り替えを行うスイッチ制御を実行する。また、パイプライン制御部１８２は、衝突検出部１８１によりストールレーンとして決定されたレーンに対応するスカラロードストアユニット１０４及びレーン処理部１５０～１５３のいずれかをストールさせるパイプライン制御を実行する（ステップＳ２０７）。

【0104】

その後、スカラロードストアユニット１０４及びレーンＬ０～Ｌ３は、パイプラインのストールレーン以外のレーンにおいて宛先バンクにアクセスしてデータのロード又はストアを実行する（ステップＳ２０８）。

【0105】

ここで、以上の説明では、衝突検出部１８１は、パイプラインの詰まり具合を優先させてレーン毎のアクセス許可の優先順位を決定したが、アクセス情報やスイッチの構成情報も同時に用いて、使用できるレーン数を多くするように優先順位を決定してもよい。

【0106】

以上に説明したように、本実施例に係るＣＰＵは、ＦＩＦＯキューに蓄積された命令の数が多い順に、各レーンのアクセス許可の優先順位を高くして、ストールレーン及びスイッチの切り替えを決定する。ＣＰＵは、パイプラインにおける特定のレーンが大きく遅れた場合、例えばＦＩＦＯキューが溢れてパイプライン全体がストールするなどして性能が低下してしまうおそれがある。本実施例に係るＣＰＵは、パイプライン全体の詰まり具合も加味して、遅れているレーンを優先的に選択することで、パイプライン全体を見た最適化が可能になる。これにより、マルチバンクレベル１データキャッシュを有するＣＰＵの処理性能の低下を抑えつつ回路規模を小さくすることが可能となる。

【0107】

（変形例１）
実施例２では、衝突検出部１８１は、入力側のＦＩＦＯキューの保持命令数を用いて各レーンのアクセス許可の優先順位を決定したが、これ以外の情報を用いて優先順位を決定してもよい。例えば、衝突検出部１８１は、出力側のＦＩＦＯキューの保持命令数を加味して優先順位を決定することも可能である。図１６は、入力側及び出力側のＦＩＦＯキューそれぞれの保持命令数を用いて優先順位を決定する場合の一例を示す図である。以下に、図１６を参照して、入力側及び出力側のＦＩＦＯキューそれぞれの保持命令数を用いた優先順位の決定処理について説明する。ここでは、レーン処理部１５０～１５３に命令が入力された場合で説明する。

【0108】

状態検出部１８４は、レーン処理部１５０～１５３のそれぞれの入力側のＦＩＦＯキューの保持命令数を取得する。また、状態検出部１８４は、レーン処理部１５０～１５３のそれぞれの出力側のＦＩＦＯキューの保持命令数を取得する。

【0109】

次に、状態検出部１８４は、入力側のＦＩＦＯキューの保持命令数で各レーンの優先順位を表現する。例えば、図１６の場合、状態検出部１８４は、各レーンの優先順位を（Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）＝（２，１，３，１）と表す。

【0110】

次に、状態検出部１８４は、出力側のＦＩＦＯキューの保持命令数を２以上及び２未満に分けて、高低２段の優先度で表す。例えば、図１６の場合、状態検出部１８４は、各レーンの優先順位を（Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）＝（０，１，０，１）と表す。この場合、０が低い優先度を表し、１が高い優先度を表す。

【0111】

そして、状態検出部１８４は、入力側のＦＩＦＯキューの保持命令数による優先順位と出力側のＦＩＦＯキューの保持命令数による優先順位とを組み合わせた優先順位を算出する。例えば、状態検出部１８４は、出力側のＦＩＦＯキューの保持命令数による優先順位を高い優先度として、それぞれの優先順位を２進数で表した値を連結させて各レーンの優先順位とする。図１６の場合、例えば、レーンＬ２の入力側のＦＩＦＯキューの保持命令数に基づく優先順位は３なので、２進数で表すと、０１１となる。また、レーンＬ２の出力側のＦＩＦＯキューの保持命令数に基づく優先順位は０なので、２進数で表すと、０となる。そこで、状態検出部１８４は、出力側のＦＩＦＯキューの保持命令数に基づく優先順位を表す２進数を前にしてそれぞれを連結させて、レーンＬ２の優先順位を００１１とする。同様にして、状態検出部１８４は、レーンＬ０の優先順位を００１０とし、レーンＬ１の優先順位を１００１とし、レーンＬ３の優先順位を１００１とする。その後、状態検出部１８４は、各レーンの優先順位を衝突検出部１８１へ出力する。

【0112】

衝突検出部１８１は、各レーンの優先順位の入力を状態検出部１８４から受ける。そして、衝突検出部１８１は、状態検出部１８４から取得した各レーンの優先順位と初期優先順位とを用いて、各レーンの優先順位を決定する。例えば、レーンＬ０～Ｌ２の優先順位としてそれぞれ００１０、１００１、００１１、１００１を取得した場合、衝突検出部１８１は、レーンＬ１、レーンＬ３、レーンＬ２、レーンＬ０の順に低くなるように各レーンの優先順位を決定する。そして、衝突検出部１８１は、アクセス情報及び各レーンの優先順位にしたがってスイッチの切り替え及びストールレーンを決定する。

【0113】

ここで、本変形例では、状態検出部１８４は、出力側のＦＩＦＯキューの保持命令に基づく優先順位を高低２段としたが、これに限らず段数を増やしても良いし、入力側と同様に保持命令数で優先順位を表してもよい。逆に、状態検出部１８４は、出力側のＦＩＦＯキューの保持命令に基づく優先順位を所定の段数で表してもよい。

【0114】

また、状態検出部１８４は、入力側のＦＩＦＯキューの保持命令に基づく優先順位は通知せずに、出力側のＦＩＦＯキューの保持命令に基づく優先順位を衝突検出部１８１に通知してもよい。その場合、衝突検出部１８１は、出力側のＦＩＦＯキューの保持命令に基づく優先順位にしたがってスイッチの切り替え及びストールレーンを決定する。

【0115】

以上に説明したように、本実施例に係るＣＰＵは、入力側及び出力側の双方のＦＩＦＯキューに蓄積された命令数を基に各レーンの優先順位を決定して、ストールレーン及びスイッチの切り替えを決定する。このように、入力側及び出力側の双方のＦＩＦＯキューに蓄積された命令数を考慮することでより、パイプライン全体を見て最適なストールレーンを選択することができる。したがって、本実施例に係るＣＰＵは、マルチバンクレベル１データキャッシュを有するＣＰＵの処理性能の低下を抑えつつ回路規模を小さくすることが可能となる。

【0116】

（変形例２）
実施例２では、パイプラインの詰まり具合を常に優先してストールレーンを決定したが、パイプラインの詰まり具合と使用可能なレーン数とのバランスを取ってストールレーンを決定してもよい。

【0117】

例えば、衝突検出部１８１は、パイプラインの詰まり具合を優先させるか否かを判定する保持命令数の閾値を予め有する。そして、衝突検出部１８１は、状態検出部１３４から通知された保持命令数で表される各レーンの優先順位を参照して、閾値以上の保持命令数が存在するか否かを判定する。

【0118】

全ての保持命令数が閾値未満の場合、衝突検出部１８１は、アクセス情報から使用可能なレーン数がなるべく多くなるように各レーンの優先順位を決定する。この場合、衝突検出部１８１は、使用可能なレーン数をなるべく多くするアルゴリズムを用いて優先順位を決定すればよく、使用可能なレーン数が最大とならなくてもよい。これに対して、閾値以上の保持命令数が存在する場合、衝突検出部１８１は、入力側のＦＩＦＯキューの保持命令数及び初期優先順位を用いて各レーンの優先順位を決定する。

【0119】

例えば、閾値が３であり、レーン処理部１５０～１５３に命令が入力された場合で説明する。入力側のＦＩＦＯキューの保持命令数に基づく優先順位が、（Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）＝（２，１，３，１）の場合、保持命令数の最大値が３であり閾値以上の保持命令数が存在する。そこで、衝突検出部１８１は、入力側のＦＩＦＯキューの保持命令数に基づく優先順位に基づいて、レーンＬ２、レーンＬ０、レーンＬ１、レーンＬ３の順で低くなるように各レーンの優先順位を決定する。

【0120】

これに対して、入力側のＦＩＦＯキューの保持命令数に基づく優先順位が、（Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）＝（２，１，２，１）の場合、保持命令数の最大値が２であり全ての保持命令数が閾値未満である。そこで、衝突検出部１８１は、入力側のＦＩＦＯキューの保持命令数に基づく優先順位は用いずに、アクセス情報に基づいて使用可能なレーン数がなるべく多くなるように各レーンの優先順位を決定する。

【0121】

図１７は、変形例２に係るアクセス制御部によるスイッチ制御及びパイプライン制御のフローチャートである。次に、図１７を参照して、変形例２に係るアクセス制御部１０８によるスイッチ制御及びパイプライン制御の流れを説明する。

【0122】

衝突検出部１８１は、スカラロードストアユニット１０４及びレーンＬ０～Ｌ３における入力側のＦＩＦＯキューの先頭の命令によるそれぞれのアクセス情報を取得する（ステップＳ３０１）。

【0123】

次に、衝突検出部１８１は、アクセス情報を用いてバンク衝突を検出する（ステップＳ３０２）。

【0124】

次に、衝突検出部１８１は、アクセス情報及び接続情報を用いてスイッチ衝突を検出する（ステップＳ３０３）。

【0125】

状態検出部１８４は、スカラロードストアユニット１０４及びレーン処理部１５０～１５３のそれぞれの入力側のＦＩＦＯキューに蓄積された命令数を確認して、レーン毎の保持命令数を取得する（ステップＳ３０４）。

【0126】

衝突検出部１８１は、保持命令数で表される優先順位を状態検出部１８４から取得する。そして、衝突検出部１８１は、最大の保持命令数が閾値未満か否かを判定する（ステップＳ３０５）。

【0127】

最大の保持命令数が閾値未満の場合（ステップＳ３０５：肯定）、衝突検出部１８１は、検出した衝突個所の情報及びアクセス許可の初期優先順位に応じてスイッチの切り替え及びストールレーンを決定する（ステップＳ３０６）。その後、スイッチ制御及びストール制御の処理は、ステップＳ３０９へ進む。

【0128】

これに対して、最大の保持命令数が閾値以上の場合（ステップＳ２０５：否定）、衝突検出部１８１は、保持命令数による優先順位と初期優先順位とを用いて各レーンの優先順位を算出する（ステップＳ３０７）。

【0129】

次に、衝突検出部１８１は、検出した衝突個所の情報及び算出した優先順位に応じてスイッチの切り替え状態及びストールレーンを決定する（ステップＳ３０８）。その後、スイッチ制御及びストール制御の処理は、ステップＳ３０９へ進む。

【0130】

その後、スイッチ制御部１８３は、衝突検出部１８１により決定されたスイッチの切り替え状態にしたがって、閉塞網スイッチ１０６の切り替えを行うスイッチ制御を実行する。また、パイプライン制御部１８２は、衝突検出部１８１によりストールレーンに対応するスカラロードストアユニット１０４及びレーン処理部１５０～１５３のいずれかをストールさせるパイプライン制御を実行する（ステップＳ３０９）。

【0131】

その後、スカラロードストアユニット１０４及びレーンＬ０～Ｌ３は、パイプラインのストールレーン以外のレーンにおいて宛先バンクにアクセスしてデータのロード又はストアを実行する（ステップＳ３１０）。

【0132】

以上に説明したように、本実施例に係るＣＰＵは、ＦＩＦＯキューに蓄積された命令の数による優先順位と使用可能なレーン数が多くなる優先順位とのバランスを取ってストールレーン及びスイッチの切り替えを決定する。これにより、マルチバンクレベル１データキャッシュを有するＣＰＵの処理性能の低下を抑えつつ回路規模を小さくすることが可能となる。