刘 欢，韩俊刚，李卯良，杨 铮

（1.西安邮电大学 计算机学院，陕西 西安 710121；2.西安邮电大学 电子工程学院，陕西 西安 710121）

时钟共享多线程处理器SIMD控制器设计与实现*

刘 欢1，韩俊刚1，李卯良2，杨 铮1

（1.西安邮电大学 计算机学院，陕西 西安 710121；2.西安邮电大学 电子工程学院，陕西 西安 710121）

针对图形图像处理器中指令与数据加载以及数据收集的问题，设计和实现了一种时钟共享多线程处理器中的SIMD控制器，完成相关SIMD指令的发送、数据的加载和数据的收集。该控制器以实现高效的数据级并行计算为目标，采用有限状态机实现了前向处理单元、行控制器和列控制器的设计。实验结果表明，所设计的专用硬件电路能够有效提高图形图像处理器处理并行数据的能力。

多线程处理器；SIMD控制器；数据级并行；状态机

0 引言

随着并行计算和集成电路的不断发展，如何有效地提高处理器的并行处理性能已经成为热点问题。传统处理器通过开发指令级并行(Instruction Level Parallelism，ILP)[1]来提高处理器的性能，但硬件的复杂度及功耗等因素影响了处理器的性能。因此设计者们纷纷把目光投向更高层次的线程级并行(Thread Level Parallelism，TLP)[1-3]技术，时钟共享多线程处理器就是在这种背景下产生的。多线程这个概念最先由美国加州大学Tullsen等提出的，并提出了SMT[4-5]处理器模型。这种结构通过资源竞争和资源动态共享的方式使所有的处理单元共同活跃，充分提高了资源利用率。本文根据时钟共享多线程处理器的结构，在多核处理器[6-7]的基础上设计实现了一种SIMD控制器，并且对电路进行了功能验证和FPGA验证。……