|
Prescottコアの「Pentium 4」 |
今回は予告どおり「Prescott」について解説するが、その前にひとつ前回の補足をしておきたい。
NetBurst ArchitectureのALUに関する補足
Twitterで「倍速ALUが16bit分しかないと言うのは間違いだと思います。なぜなら32bitの演算を行なっても16bitと同等のスループットだからです」というコメントがあった。
|
NetBurst ArchitectureのALUの構造。図では下と上、2つのALUが配されているように見えるが、実際はひとつの16bit ALUが2倍速で動いている。上位16bit側のALUは入力の手前にラッチが用意され、下位16bit分のALUが動作している間は、上位16bit分のデータを保持している |
上の図は「Intel Technology Journal Q1, 2001」の、「The Microarchitecture of the Pentium 4 Processor」から引用したものだ。Pentium 4では16bit幅のALUが、このように2段構造になっている。最初のALUがデータの下位16bit分を、次のALUがデータの上位16bit分をそれぞれ計算し、最初のALUからのキャリーフラグがタッチ経由で2つ目のALUに渡されるように構成されている。
この目的について同記事では、「大雑把に全μOpの60～70％がALU命令である」としたうえで「これを高速に実行するため、ALUはメインクロックの2倍の速度で動作し、しかも遅延が短縮できるため、結果として処理性能が上がる」と説明している。この仕組みをインテルは「Staggered add」(千鳥足加算)と呼んでいるが、このように物理的にALUは間違いなく16bit幅である。
ではなぜ16bit命令でスループットが上がらないのか？。それはあくまでこの仕組みは、「ひとつの32bitデータを2つの16bitデータに分割して倍速処理する」というものであり、「2つの16bit命令を倍速に処理する」ものではないからだ。分割するのはデータ幅のみで、命令そのものの発行速度は、この仕組みをもってしても倍にはならない。
そもそもx86では16bit命令だろうが32bit命令だろうが、命令そのもののサイズは変わらない。もし倍速で命令を発行しようとするとこのFast ALUのみならず、SchedulerやRegister Fileなども倍速で動かないと間に合わなくなる。技術的可能性としては、「Macro Fusionを使って、2つの16bit ALU命令をひとつの32bit ALU命令にまとめてしまう」なら可能だ。しかし、実際にはレジスタの割り当てなどを考えると非現実的だろうし、そんな機能はNetBurst Architectureには搭載されていない。誤解しやすい点であるが、この仕組みでも16bit演算のスループットは変わらないわけだ。
まるで変わっていない？
WillametteとPrescottの内部構造
|
|---|
| 図1 Prescottのパイプライン構造図 |
それではNetburst Architectureにとどめを刺したPrescottの構造について解説しよう。インテルは意外なほど、Prescott世代のパイプライン構造を公開していない。2004年に公開された「Intel Technology Journal」の「Volume 08 Issue 01」は「Intel Pentium 4 Processor on 90nm Technology」と題したPrescott特集号である。その前書きにはこうある。
The papers discuss its microarchitecture including the thirteen new instructions referred to as SSE3 and the 31-stage pipeline
(この文章はSSE3として知られる13の新命令と、31段パイプラインを含むマイクロアーキテクチャーについて論じる)
それにも関わらず、肝心の31段の詳細は載っていない。
この連載の記事
- 第487回 業界に多大な影響を与えた現存メーカー 強敵出現により新ビジネスを立ち上げたIBM
- 第486回 業界に多大な影響を与えた現存メーカー 日本の産業スパイに狙われたIBM
- 第485回 AMD GPUロードマップ Radeon InstinctはTesla V100とほぼ同性能
- 第484回 7nmプロセスの次世代EPYCに自信満々 AMD CPUロードマップ
- 第483回 10nmはハイパースケーリングを放棄し再設計 インテル CPUロードマップ
- 第482回 あと1年は14nmプロセスのCPU供給不足が続く インテル CPUロードマップ
- 第481回 業界に多大な影響を与えた現存メーカー System/370の投入で黄金期を迎えたIBM
- 第480回 業界に多大な影響を与えた現存メーカー Thinkというスローガンを掲げたIBM
- 第479回 業界に多大な影響を与えた現存メーカー 一転して業界トップから滑り落ちたIBM
- 第478回 業界に多大な影響を与えた現存メーカー 業界トップの座に君臨したIBM
- この連載の一覧へ
