ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第168回

インテルCPU進化論 細かく変わって性能向上Sandy Bridge

図3 Nehalem世代までのパイプライン

図4 Sandy Bridge世代のパイプライン

　「そんないい方法ならば、なぜ今まで実装してこなかったのか？」というと、実装そのものが非常に難しかったからだ。図3で言えば、バッファ「A」はレジスタファイルの数だけ必要だが、「B」と「C」は各ユニットにひとつずつで済む。回路上で物理的に近接した場所に配置できるから、高速にアクセスできる。

　ところが図4の方式だと、実行ユニットやメモリーコントローラーとPhysical Register Fileの場所が、物理的に近接しているとは限らないので配線が長くなりがちで、その分レイテンシも増えやすい。さらに、Physical Register Fileの割り付けを管理するポインタへのアクセスが余分に入るから、処理そのものも増える。

　これまではこうしたデメリットを考えて採用しなかったわけだが、Sandy Bridgeではこうしたデメリットよりも、消費電力を減らすほうが重要と判断したわけだ。

レジスタのクリアも効率化

右の表がNehalemとSandy Bridgeのさまざまななバッファサイズの違い。Physical Register Fileの採用により無駄が省けた分、バッファの数を増やすことが出来るようになった

　なお、Physical Register Fileの実装に合わせて、さまざまなバッファの数も増やされているのも、Sandy Bridgeにおける改良のひとつである。これに合わせて搭載されたのが「Zeroing Idioms」である。これは何かと言えば、「レジスタをクリアする命令を効率化する仕組み」とでも言えばいいだろうか。

　x86の場合、レジスタをクリアするために以下のような命令を多用する。

• XOR EAX,EAX

　Nehalemまでは、こうした命令を馬鹿正直に実行ユニットで処理していた。しかし、目的はEAXレジスタを「0」にできればいいのであり、XOR命令を実施したいわけではない。そこでこうした命令を「RAT 1」～「Rdy/Sch」の間に検出して、命令を発行せずに直接Physical Register Fileを操作して済ませてしまうのが、Zeroing Idiomsの役割である。これも命令処理の効率化と、消費電力削減に効果的である。

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　以上がSandy Bridge世代の主な改良点である。厳密に言えば64bit命令の効率化(Macro Fusionの対象となる命令の拡充)や、64bit OSの普及に合わせて大量のメモリーを搭載した場合のアクセス性の改善なども図られているが、これらは大きな違いというよりも細かな改良というべきだろう。