JPH01260573A - ベクトル多重演算方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 パイプライン方式のベクトル演算処理装置におけるベク
トル多重演算方式に関し、 ＭＩＭＤ　（多重命令、多重デークストリーム）方式で
動作するベクトル演算処理装置における、ヘクＩ・ル演
算パイプラインの稼働率を向上させ、ベクトル演算処理
装置のスループソ１へを向上させることを目的とし、 互いに独立な複数個のベクトル演算命令をニレメン１−
単位に分割し、複数個のベクトル処理パイプラインに分
配して処理する手段を設けて、それぞれのベクトル処理
パイプラインで、該互いに独立な複数個のベクトル演算
命令をエレメント単位に処理するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、パイプライン方式のバク１−ル演算処理装置
におけるベクトル多重演算方式に関する。

近年、所謂スーパーコンピュータにおいて、処理能力を
向上させる為に、１つのベクトル命令に対して、複数個
の演算パイプラインを用いて並列に動作させる並列処理
方式が採られ始めている。

然し、１つのベクトル命令に対して、複数個の演算パイ
プラインで実行する現状においては、該演算パイプライ
ンがデータ待ちにより処理の途中で該演算を中断して該
演算パイプラインが空いている場合でも、該演算パイプ
ラインは、該ベクトル命令に長時間専有されてしまい、
負荷の分散か必ずしも均等にならず、該複数個の演算バ
イプラ・インが十分に生かされない事象が生じるという
問題があり、該複数個の演算パイプラインを十分生かす
ことができるベクＩ・ル多重演算方式が必要とされる。

〔従来の技術と発明か解決しようとする課題〕第３図は
従来のベクトル多重演算方弐を説明する図である。

従来からＭＩＭＤ　（多重命令、多重データストリーム
）方式によるベクトル演算処理方式が知られている。

本図に示したように、命令１と命令２とを同時に処理す
る場合、従来においては、例えば、演算パイプラインＡ
とＢ４を命令１に割り当て、演算パイプラインＣ４を命
令２に割り当てて、並列に処理していた。

このように、演算パ・イブライン４をある・・・りトル
命令に割り当ててしまうと、その命令が終了する迄、該
割り当てられた演算パイプライン４はその命令に専有さ
れてしまい、例えば、データネ・ツクによって、該演算
パイプライン４が空いた状態となっても、他のベクトル
命令の処理を実行することができなかった。

本図の例では、命令１の入力データの供給ネ・ツクによ
り演算パイプラインＡ、Ｂ４がアイドル状態となってい
ても、命令２の処理を実行することができず、命令２ば
、他の演算パイプライン（Ａ、Ｂ）４が空いているにも
かかわらず、演算パイプラインＣ４のみで処理をしなり
ればならなかった。

本発明は」１記従来の欠点に鑑み、ＭＴＭＤ方代による
ベクトル多重演算方式において、ある演算パイプライン
が空いている場合には、該空きの演算パイプラインを他
のベクトル命令に渡して処理を実行させる方式を提供す
ることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の−、クトル多重演算方式の原理構成を
説明する図てるあ。

上記の問題点は下記の如くに構成されたベクトル多重演
算方式によって解決される。

パイプライン方式のベクトル演算処理装置において、 互いに独立な複数個のベクトル演算命令をエレメント単
位に分割し、複数個のへり１−ル処理パイプライン４に
分配して処理する手段２，３を設けて、それぞれのベク
トル処理パイプライン４て、該互いに独立な複数個のベ
クトル演算命令をエレメント単位に処理するように構成
する。

〔作用〕

即ち、本発明によれば、ベクトル多重演算方式において
、複数個の演算パイプラインを各ベクトル命令に割り付
けないで、同時に実行中の全命令でシェアして使用する
ようにする。

即ち、第１図（ａ）の構成図で示したように、該複数個
の演算パイプラインは、エレメント単位で、どの命令の
演算でも実行できるようにする。その為、該複数個の演
算パイプラインには、各エレメントデータと共に、該エ
レメントに対応する命令の種別（オーダ）が送出され、
各演算パイプラインでは、該エレメントに対応する命令
レー・ルのオペレーションには全く関知せず、ニレメン
ｌ□　−Ｑｉ　位の処理を実行する。

第１図（ｂ）に示した動作タイムチャー１−の例では、
始め、演算パイプラインＡ、Ｂ４で命令■を、演算パイ
プラインＣ４て命令■を処理していたが、第２番目の演
算サイクルにおいて命令■がデータネックとなったとき
、次の演算サイクルでは演算パイプラインＡ、Ｂ、Ｃ４
で命令■を実行し、命令■の上記データネックが第４番
目の演算サイクルで解消されたときには、再び演算パイ
プラインＡ、Ｂを命令■に割り付けるように動作する。

従って、データネック等による演算バイプライ−〇− ンの空き時間を、他の命令の処理に動的に切り替えるよ
うにしたものであるので、演算パイプラインの稼働率が
向上し、ベクトル演算処理装置のスループソｌ−が向上
する効果がある。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面によって詳述する。

前述の第１図が本発明のベクトル多重演算方式の原理を
説明する図であって、（ａ）は構成例を示し、（ｔｌ）
は動作タイムチャー１・を示しており、第２図は本発明
の一実施例を示した図であって、（ａ）は全体の構成例
を示し、（ｂ）ば命令処理ユニットの具体構成の例を示
しており、それぞれ、１つの・＼りトル命令を受り取っ
た複数個の命令処理ユニット２か、該ベクトル演算処理
をエレメント単位に分割し、その時に空いている演算パ
イプ制御（＃０〜）３に分配し、該エレメントをオーダ
と共に受り取った演算パイプ制御（＃０〜）３が、該ニ
レメン］・の単位で処理を行い、演算が終了すると、次
のニレメン１〜を待つことを繰り返して複数個のべりト
ル命令の処理を、複数個の演算パイプラインがエレメン
ト単位に並列に実行する手段が本発明を実施するのに必
要な手段である。尚、全図を通して同じ符号は同じ対象
物を示している。

以下、第１図の原理構成を参照しながら第２図によって
、本発明のムク１−ル多重演算方式を説明する。

先ず、第２図（ａ）によって、全体的な動作を説明する
。

図示していない、例えば、スカラユニットから複数個の
リクエストアクセプタ（ＩＩ帆１１Ｌ　−−、ｌ１ｎ）
　１で受は取ったベクトル命令は、各リクエストアクセ
プタ（ｎｏ、Ｉｌｌ、　−−、＃ｎ）　］により、その
時空いている任意の命令処理ユニット（＋１０．Ｉｌｌ
、−、＃ｋ）　２に送出される。

該命令処理ユニソ１−（１１０，Ｉｌｌ、−，１ｋ）　
２においては、各々１個だけの・＼りトル命令を制御す
る。従って、該命令処理ユニソｌ−２は同時に、並列実
行が可能な命令数の数だけ用意する。

各命令処理ユニット（＃０．ＩＩＬ−、１ｌｋ）　２は
、その時空いている任意の演算パイプ制御（＃帆ＩＩＩ
、−、＃１）３に対して、処理対象ニレメン１−情報（
アドレス）、処理内容のオーダをエレメント毎に指示し
、該ベクトル命令の処理を行う。

そして、その命令の全てのエレメントの演算の実行が完
了すると、該命令処理ユニッｉ〜２は空き状態となり、
次のベクトル命令を待つように機能する。

一方、演算パイプライン（Ａ、Ｂ、Ｃ，−）４は、演算
パイプ制御（１１０，Ｉｌｌ、−、、■）３からの指示
に従って、上記複数個の命令処理ユニッｌ−（１１０，
１１，−−−、Ｉｔｋ）　２のうちの１つから、処理対
象、処理内容のオーダを受け、データ格納装置（例えば
、ベクトルレジスタ（ＶＲ）＋５からベクトルデータを
読み出し、演算を施して、演算結果を再び該データ格納
装置５に格納する。

１つのエレメントの処理が完了すると、再び、任意の命
令処理ユニット２から次のオーダを受は取るように機能
する。

次に、（、ｂ）図の具体例によって、ベクトル処理−９
＝ ユニット２での動作を更に詳細に説明する。

通常、複数個（例えば、２個）の図示していないスカラ
ユニソトからのリタコニストを１つのベクトルユニット
（ＶＵ）が受付る。そして、該へクトルユニソ１−（Ｖ
Ｕ）は各スカラユニソト毎のベクトルレジスタ（ＶＲ）
を独立に持っている。該へクトルユニソト（ＶＵ）のリ
クエストアクセプタ（１１０，１）　１は、」二記スカ
ラユニソト１個に対して１個存在しており、該スカラユ
ニソトからリフニス１−を受は取ったリクエストアクセ
プタ（１１０，１）　１はそのリクエストの内容（命令
コーｌハオペランドＶｌｌアドレス１ベクトルー１（Ｖ
Ｌ）、スカラユニットＩＤ）を、空いている命令処理ユ
ニット２に対して送出する。

該命令処理ユニット２ば、当該ハク１−ルユニソト（Ｖ
Ｕ）で並列処理の可能な命令数の数だけ存在し、演算パ
イプライン４の数を越えることはない。そして、該命令
処理ユニット２は同時に１個だけ」１記ベクトル命令を
処理することが可能であり、１つのベクトル命令を受イ
」るとビジーとなり、そのベクトル命令の処理を完了す
る迄、次のへクトル命令を受何ない。

第２図（ｂ）において、ＯＰコート２１には上記命令ロ
ー　１・が設定され、レジスタ（Ｒ２）　２２．レジス
タ（Ｒ３）　２３　にば、演算元オペランドのベクトル
レシスタ（ＶＲ）のアドレスが、レジスタ（Ｒ１−）　
２４には演算結果オペランドのヘクＩ−ルレシスタ（Ｖ
Ｒ）のアドレスが、レジスタ（Ｒ４）　２５　Ｑこはマ
スクレジスタ団Ｒ）のアドレスが、それぞれ設定され、
レジスタ（ＶＬ）　２６にはベクトル長（ＶＬ）が設定
される。

そして、オペレーションアザインコン１〜ロール２７に
おいて、空いている演算パイプ制御（ｎｏ、＃］、。

−−、ｔｌｉ）　３を、対応するＢＵＳＹ　１１０．、
−信号が“オフ゛であることで検出し、対応する演算パ
イプ制御０１０．Ｉｌｌ−、−、Ｉｔｉ）　３からのア
クセプタンス信号（ＡＣＰＴ）（＃Ｏ，ｌｌ］、−−、
ｔｔｉ）を受信したことて、該空き演算パイプ制御（１
１０，ｌｔｌ、−，１ｌｉ）　３が獲得てきたことをＪ
２熾し、上記レジスタ（Ｒ１，）　２２〜（Ｉ１４）　
２４からｎ＋ｎ＋１．＋　”−”、ｎ＋：３の４ニレメ
ンＩ・のアドレスとインデックスを出力する。

そし”て、言亥演算バイブ市１１ｆ卸（１１０，１１，
−、ｌ１ｉ）　３で受イ・１られたエレメント数だけ、
カウンタ（＋ｍ）　２８をインクリメンＩ〜する。

即ぢ、各命令処理ユニット（ｌｌＯ，Ｉｌｌ　　−，１
ｌｋ）　２は、獲得した演算パイプ制御（ｌｔｏ、Ｉｌ
ｌ、　−＝−，１ｌｉ）　３に対して、ハク１−ル命令
をニレメン１−毎に分解し、各コニレメント毎に１つの
リクエストーダーダとして、−Ｉ―記演算コ−Ｆ、オペ
ランドＶＲ７＋’レス、及びインデックス、スカラユニ
ソ１−ＩＤを送出する。演算バイツブ匍背卸（書ｔｏ、
ｌ１１．−．ｌ１ｉ）　３は該リクエストオーダに基づ
いて、該指定された１エレメントに対する演算を実行し
、指定されたヘクＩ・ルレジスタ（ＶＲ）に演算結果を
格納し、次のリフニスＩ・オーダを待つ。

このよ・うにして、該演算パイプ制御（ＩＯ，Ｉｌｌ、
、　−，１ｌｉ）　３は−＼りトル命令し・＼ルのオペ
レーションには全く関知せず、各命令処理ユニット（１
１０，Ｉｌｌ、　−＝−，１ｌｋ）　２からのエレメン
ト単位のオーダを受動的に受信して、倍演算ナイクル毎
に、各ニレノンＩ・単位の演算を実行する。

このエレメント単位のベクトル演算処理で発生ずるオペ
ランドのコンフリクション等は、各命令処理ユニンｈ　
（１１０，Ｉｌｌ、、、−，１ｌｋ）　２内の上記オペ
レーションアザインコントロール２７において、各命令
処理ユニット間の通信を行・うことで検１１費ッ、その
インクロックは該命令処理ユニット（＃Ｏ，＃１．−．
１ｌｋ）　２からオーダを発行しないことにより行う。

」二記の如き動作によって、第２図（ａ）に示されてい
る各命令処理ユニソｈ　（＃０．月、−、ｌ１ｋ）　２
からのニレメンＩ・単位の処理要求が、該複数個の演算
パイプ制御（＃０．＃１．−、１ｆｉ）　３に動的に切
り替えられて受付られ実行されることになる。

ごのときの該演算パイプ制御（ｌｔｏ、Ｉｌｌ、−、＃
ｉ）　３での受付方法では、例えば、該命令処理ユニッ
ト（１１０，１１１，−，１ｌｋ）　２カ）らの」二記
オペレーションアザインコントロール２７て生成したプ
ライオリティ信号に基づいて、演算パイプ制御（＃０．
＃Ｌ−、１ｌｉ）３が、上記アクセプタンス信号（八Ｃ
ＰＴ）　（＃帆ｔｌＬ　−５＃１）の返送を制御するこ
とにより、自動的に、特定の優先順序を付けることがで
きる。

」二記プライオリティ信号は、各命令処理ユニソ１−２
ノに記オペレーションアザインコントローｌし２７にお
いて、例えば、待たされた時間を計数しておいて、該待
ち時間が多くなると、自己の優先順位を上げる等の方法
によって任意の優先順位信号を生成することができる。

このように、本発明は、パイプライン方式のベクトル演
算処理方式において、ベクトルユニソ１〜（ＶＵ）内に
設けられている複数個の命令処理ユニットにおいて、互
いに独立な複数個のベクトル演算命令を１つ宛受付け、
エレメント単位の処理に分割して、複数個の演算パイプ
制御ユニソＩ・の中の空きユニソｔ−に送出してエレメ
ント単位で処理させることにより、複数個の各演算パイ
プラインで、該複数個のベクトル命令をニレメン１−単
位に処理するようにした所に特徴がある。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明のベクトル多重演
算方式は、パイプライン方式のハク１〜ル演算処理装置
にお＆Ｊるベクトル多重演算方式において、互いに独立
な複数個のベクトル演算命令をニレノンｌ−単位に分割
し、複数個のベクトル処理パイプラインに分配して処理
する手段を設けて、それぞれのベクトル処理パイプライ
ンで、該互いに独立な複数個のムク１−ル演算命令をエ
レメント単位に処理するようにしたものであるので、あ
るベクトル命令を実行中にデータネック等によるある演
算パイプラインの空き時間を他のベクトル命令の処理に
用いることができ、該演算パイプラインの稼働率が向上
し、・＼クトル演算処理装置のスループソＩ・が向上す
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図が本発明のへりトル多重演算方式の原理構成を説
明する図。 第２図は本発明の一実施例を示した図。 第３図は従来のへりトル多重演算方式を説明する図。 である。 図面において、 １はリクエストアクセプタ（ｌｔｏ、Ｉｌｌ、−、＃ｎ
）。 ２ば命令処理ユニット（＃帆＃１．−．　＃ｋ）　。 ２１はＯＰコード。 ２２〜２６はレジスタ（ｉｌｌ、　−Ｒ４，ＶＬ）　。 ２７はオペレーションアザインコン１へロール。 ２８はカウンタ（＋ｍ）　。 ３は演算パイプ制御（＃０．Ｉｌｌ、−、Ｉｔｉ）。 ４は演算パイプライン（八、Ｂ、−）。 ５はデータ格納装置（ベタ１ヘルレジスタ（ＶＲ）　１
■、■はベクトル命令、又は単に命令。 ＡＣＰＴ　（１１０，−）はアクセプタンス信号。 ＢＵＳＹ（＃Ｏ，−）はヒジー信号。 をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パイプライン方式のベクトル演算処理装置において、 互いに独立な複数個のベクトル演算命令をエレメント単
   位に分割し、複数個のベクトル処理パイプライン（４）
   に分配して処理する手段（２、３）を設けて、 それぞれのベクトル処理パイプライン（４）で、該互い
   に独立な複数個のベクトル演算命令をエレメント単位に
   処理することを特徴とするベクトル多重演算方式。