【专利解密】平头哥指令集实现新突破

【爱集微点评】平头哥的指令退休单元专利，通过使缓冲区中指令缓冲表项的数量小于处理单元的乱序度，按序完成指令，能够减小处理单元用于指令重排序部分的硬件资源消耗。

集微网消息，在近日举办的2022云栖大会上，阿里平头哥全新发布了RISC-V高能效处理器玄铁C908，实现了RISC-V架构的能效新突破。通过创新的微体系结构和指令融合等技术，在持续增强CPU性能和AI算力的同时，进一步提升了CPU和AI的计算能效。

目前，对于乱序执行架构的处理单元，使用重排序缓冲区对指令执行结果进行暂存，并使指令按原有顺序提交。然而，在这一过程中，针对一条指令而言，该条指令对重排序缓冲区中指令缓冲表项的占用从指令分发开始，直至指令退休，因此处理单元中每个正在执行的指令均需要分配一个指令缓冲表项，其数量等于处理单元允许的乱序度，处理单元需要消耗较多的资源来维护重排序缓冲区，进而造成处理单元进行乱序处理时用于指令重排序部分的硬件资源消耗较大。

为此，平头哥于2022年6月14日申请了一项名为“指令退休单元、指令执行单元及相关装置和方法”的发明专利（申请号： 202210667352 .7），申请人为平头哥（上海）半导体技术有限公司。

图1 指令退休单元示意图

图1为指令退休单元的示意图，指令退休单元123包括接收子单元1231、仲裁子单元1232和退休子单元1233。其中接收子单元接收指令执行单元针对待完成指令发送的完成请求信号。仲裁子单元响应于接收子单元接收到的完成请求信号，根据已退休指令与待完成指令的新老关系确定待完成指令可完成后，向指令执行单元发送针对待完成指令的允许完成信号，并接收指令执行单元发送的待完成指令的指令完成信息，存储到缓冲区中的指令缓冲表项。退休子单元可以根据各个指令缓冲表项中存储的指令完成信息，对已完成且未退休的待退休指令进行退休处理，并将已退休指令的指令完成信息从指令缓冲表项中删除。其中，缓冲区中指令缓冲表项的数量大于1且小于处理单元允许的乱序度，每个指令缓冲表项可存储一个指令的指令完成信息。

图2 指令处理方法流程图

图2为指令处理方法的流程图，该指令处理方法可由指令退休单元执行。该方法包括如下步骤：首先接收指令执行单元针对待完成指令发送的完成请求信号，其中，完成请求信号用于请求对待完成指令进行完成（1101）。

然后在根据已退休指令与待完成指令的新老关系确定待完成指令可完成后，向指令执行单元发送针对待完成指令的允许完成信号，并接收指令执行单元发送的待完成指令的指令完成信息，将待完成指令的指令完成信息存储到缓冲区中的指令缓冲表项（1102）。其中，缓冲区中指令缓存表项的数量大于1且小于处理单令缓冲表项可存储一个指令的指令完成信息。

最后根据各指令缓冲表项中存储的指令完成信息，对已完成且未退休的待退休指令进行退休处理，并将已退休指令的指令完成信息从指令缓冲表项中删除（1103）。

简而言之，平头哥的指令退休单元专利，通过使缓冲区中指令缓冲表项的数量小于处理单元的乱序度，按序完成指令，能够减小处理单元用于指令重排序部分的硬件资源消耗。

平头哥是阿里巴巴集团的全资半导体芯片业务主体。平头哥拥有端云一体全栈产品系列，涵盖数据中心人工智能芯片、处理器IP授权等，实现芯片端到端设计链路全覆盖。平头哥将以技术驱动创新，以芯力量拥抱数智未来。

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（校对/赵月）