趙士彭 張立志 章隆兵

(*計算機體系結(jié)構(gòu)國家重點實驗室(中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所） 北京100190）

(**中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所 北京100190）

(***中國科學(xué)院大學(xué) 北京100049）

0 引言

圖形處理器(graphic processing unit,GPU)[1]是計算機系統(tǒng)[2]中處理3D 實時圖形程序的專用加速芯片,目前廣泛應(yīng)用于個人電腦、工作站、嵌入式設(shè)備與智能手機中。在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中,GPU 已經(jīng)不僅僅作為圖形處理器存在,而是參與了更多的通用計算,其結(jié)構(gòu)及功能也變得越來越復(fù)雜[3-5]。中央處理器(central processing unit,CPU)與圖形處理器之間的協(xié)同工作,不僅減輕中央處理器的負(fù)擔(dān),而且使計算機系統(tǒng)的整體性能也有了大幅提高[6]。GPU 一般以插卡的方式,通過主板上的圖形加速接口(accelerated graphics port,AGP)或高速串行計算機擴展標(biāo)準(zhǔn)(peripheral component interconnect express,PCIe)插槽與CPU 進行通信。GPU 目前已經(jīng)逐漸面向通用,通用GPU 已經(jīng)在通用計算、機器學(xué)習(xí)、人工智能等相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮出不可替代的價值[7-9]。

隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展進步,圖形處理器的集成度進一步提高,計算單元的數(shù)量以及運算速度都已呈現(xiàn)大幅提高。隨著圖形處理器統(tǒng)一的可編程著色器(shader)的出現(xiàn),計算的性能及靈活性又出現(xiàn)很大程度的提高。但伴隨著計算性能的提高,訪存的瓶頸便愈加凸顯。計算數(shù)據(jù)量的不斷增大,訪存速度的提升遠(yuǎn)不及計算性能的提升。當(dāng)前,各大GPU 廠商以及研究人員都越來越重視GPU 訪存的瓶頸,紛紛開始了大量的研究、設(shè)計和生產(chǎn)。

綜上所述,鑒于訪存子系統(tǒng)對GPU 性能的嚴(yán)重制約,訪存性能也由于技術(shù)難度無法和計算速度匹配,圖形處理器應(yīng)當(dāng)利用有限的內(nèi)存帶寬,提高訪存性能。在內(nèi)存控制器的訪存帶寬有限的情況下,有效利用訪存空閑時間進行預(yù)取也成為了提升訪存性能的關(guān)鍵。

圖形處理器的訪存幾乎貫穿整條流水線。從頂點著色器(vertex shader)讀取頂點信息需要訪存,到片段著色器(fragment shader)讀取紋理信息需要訪存,再到最后輸出混合單元(output merger unit,OMU)需要讀寫深度信息及幀緩沖區(qū)顏色信息需要訪存。由此可見,圖形處理器訪存的數(shù)據(jù)量大且密集,訪存空閑時間較少,這也使得許多傳統(tǒng)的預(yù)取機制對于圖形處理器這種訪存密集型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很難起到明顯的作用,有時會導(dǎo)致白白浪費功耗及面積,甚至?xí)绊懶阅堋?/p>

本文提出了一種基于圖形處理器壓縮結(jié)構(gòu)的預(yù)取結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過利用圖形處理器無損壓縮結(jié)構(gòu),將部分?jǐn)?shù)據(jù)壓縮為標(biāo)記位并存儲在片上緩存的meta cache 中。這種無損壓縮的設(shè)計,使數(shù)據(jù)的訪存被完全壓縮掉,無需再向總線發(fā)出訪存請求。這時,即使訪存密集型程序的情況下,訪存總線會由無損壓縮結(jié)構(gòu)產(chǎn)生訪存的空拍,出現(xiàn)訪存空閑,預(yù)取機制便可利用這一空閑進行預(yù)取。本設(shè)計基于圖形處理器無損壓縮結(jié)構(gòu)的特點,解決了圖形處理器傳統(tǒng)預(yù)取機制由于訪存數(shù)量大、訪存密集導(dǎo)致傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)對預(yù)取效果提升不明顯的問題。同時,由于圖形流水線的特點,基于圖形處理器無損壓縮結(jié)構(gòu)的預(yù)取機制,不會產(chǎn)生無效的預(yù)取,對整體的性能不會產(chǎn)生負(fù)面影響,不影響當(dāng)前圖形流水線的效率。

本文第1 節(jié)介紹了目前常見的圖形處理器流水線及圖形處理器訪存子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中傳統(tǒng)的預(yù)取機制。第2 節(jié)介紹了本文提出的基于圖形處理器壓縮結(jié)構(gòu)的預(yù)取機制設(shè)計。第3 節(jié)介紹了基于本預(yù)取機制的實驗結(jié)果及分析。第4 節(jié)對全文進行了總結(jié)。

1 背景介紹

1.1 3D 圖形流水線及其存儲結(jié)構(gòu)

圖1 是3D 流水線的操作流程及存儲結(jié)構(gòu),包含片上存儲和片外存儲兩部分。片上存儲主要包括用于存儲頂點位置和屬性數(shù)據(jù)的Vertex cache,用于存儲紋理數(shù)據(jù)的Texture cache,用于存儲深度數(shù)據(jù)的Depth cache 和用于存儲幀緩沖區(qū)顏色的Color cache。Video memory 是圖形處理器的片外存儲,包含這些數(shù)據(jù)對應(yīng)的buffer[10]。

圖1 3D 圖形流水線操作流程及存儲結(jié)構(gòu)

圖形流水線首先通過片上緩存Vetex cache 將頂點的位置、顏色以及光照及視窗變換信息從片外緩存Video memory 讀出。經(jīng)過頂點著色器處理后,圖元處理引擎(primitive engine,PE) 將頂點信息進行組裝及光柵化后,變?yōu)槠蜗袼財?shù)據(jù)送入片段著色器中。由于光柵化后,頂點信息會轉(zhuǎn)換為像素信息,訪存請求會出現(xiàn)增加,尤其針對較大圖元,圖元覆蓋像素點很多,片段著色器的訪存請求也會大幅增加。片段著色器通過片上緩存Texture cache 從片外緩存Video memory 讀出像素的紋理信息。之后,這些像素信息會送入輸出混合單元進行處理。輸出混合單元在處理時需要通過片上緩存Depth cache從片外緩存Video memory 中讀出深度數(shù)據(jù),經(jīng)過處理后重新寫回。輸出混合單元還需要通過片上緩存Color cache 從片外緩存Video memory 讀出幀緩沖區(qū)數(shù)據(jù),經(jīng)過處理后重新寫回。

綜上所述,圖形處理器的訪存請求僅在頂點著色器階段是以頂點信息進行訪存,但從光柵化后訪存均以像素點信息進行訪存。而圖形處理器的訪存卻恰恰集中在光柵化之后,導(dǎo)致了圖形處理器的訪存數(shù)據(jù)量大且密集的特點。

1.2 圖形處理器傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)

在集成電路高速發(fā)展的幾十年過程中,集成電路的許多方面都經(jīng)歷了指數(shù)級的增長,但是這些增長也并非是所有方面。內(nèi)存速度方面,由于增長幅度遠(yuǎn)低于邏輯等方面,導(dǎo)致內(nèi)存瓶頸越來越突出,內(nèi)存延遲和內(nèi)存帶寬成為了限制性能的關(guān)鍵因素之一。

解決訪存瓶頸的一個最直接的方法就是增加cache 這一類的片上緩存[11]。雖然cache 可以緩解緩存的帶寬問題,但是不能解決訪存延遲的問題。在當(dāng)前的圖形流水線中,每一個訪存的地址都可以根據(jù)前級流水線提前得知,且通過保證順序彼此之間數(shù)據(jù)依賴度比較低,所以預(yù)取結(jié)構(gòu)可以有效緩解訪存延遲的問題。

傳統(tǒng)的預(yù)取結(jié)構(gòu)非常簡單且容易實現(xiàn)[12]。當(dāng)處理像素塊時,將訪存請求發(fā)送到訪存模塊,同時像素塊進入先入先出隊列(first input first output,FIFO)中排隊。待數(shù)據(jù)從訪存總線返回時,將像素塊從FIFO 中取出進行處理。像素塊在FIFO 中的等待時間就是訪存系統(tǒng)的延遲時間,如果FIFO 大小合適,則不會堵塞流水線[13-14]。

圖2 是圖形處理器傳統(tǒng)預(yù)取的結(jié)構(gòu)圖。傳統(tǒng)預(yù)取當(dāng)獲得需要處理的像素塊地址后,會進行cache中的標(biāo)簽查找。若cache 命中,則無需發(fā)出預(yù)取的訪存請求。若cache未命中,則需要將訪存請求發(fā)送

圖2 圖形處理器傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)圖

到miss 隊列的FIFO 中。這里與正常訪存的cache miss 請求共用同一隊列。在miss 隊列發(fā)出預(yù)取的訪存請求后,等待訪存請求返回。內(nèi)存總線對于請求一般是按序返回,FIFO 可以有效代替重排序緩沖區(qū)。但如果訪存請求是亂序返回,則需要采用重排序隊列對返回請求進行重排序。返回后的數(shù)據(jù)存入對應(yīng)的片上緩存cache 中。待流水級處理到該地址時,便可在片上緩存的cache 命中,節(jié)省了訪存的時間,有效利用了內(nèi)存帶寬。但由于圖形處理器在處理像素數(shù)據(jù)時,訪存可能是密集的,訪存帶寬利用率高,訪存空閑時間少。在訪存密集的情況下,傳統(tǒng)的預(yù)取機制無法發(fā)揮出應(yīng)有的作用,這樣不僅無法有效利用帶寬,提高訪存性能,反而會給功耗面積等帶來更進一步的開銷。

2 基于壓縮結(jié)構(gòu)的預(yù)取結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 圖形處理器的壓縮結(jié)構(gòu)

圖形處理器的訪存請求主要集中在流處理器與深度測試和顏色混合模塊。流處理器通常擁有兩級cache,L1 cache 中存放解壓后的數(shù)據(jù),L2 cache 存放壓縮數(shù)據(jù)。深度測試和顏混合模塊通常只有一級cache,存放解壓后的數(shù)據(jù)。

本文基于的圖形處理器壓縮結(jié)構(gòu)是用與深度和幀緩沖區(qū)的無損壓縮,對于紋理等有損壓縮數(shù)據(jù),本結(jié)構(gòu)可以提供旁路操作,在不占用資源的情況下將無需再次壓縮的紋理數(shù)據(jù)直接送至內(nèi)存控制器中。該壓縮結(jié)構(gòu)可直接放置于訪存總線上。

圖3 是本文采用的壓縮結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖,圖中采用了用于存儲壓縮后的數(shù)據(jù)格式和fast clear 壓縮標(biāo)記的meta cache,meta cache 是一個在顯存上擁有獨立存儲空間的通用cache。將一個4 ×4 或8 ×8 的tile 的格式標(biāo)記和fast clear 標(biāo)記存儲于一個offset 上。當(dāng)數(shù)據(jù)格式標(biāo)記顯示數(shù)據(jù)被完全壓縮成0 byte 時,說明fast clear 標(biāo)記是有效的。這時無需從顯存對應(yīng)的顏色或深度緩沖區(qū)讀寫數(shù)據(jù),僅需要從讀取meta data 區(qū)域讀寫數(shù)據(jù)即可。由于meta cache 的標(biāo)記位很短,而且圖形應(yīng)用的讀寫具有很好的空間局部性,所以cache 的命中率很高,可以大量節(jié)省訪存的帶寬。

圖3 圖形處理器壓縮結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)總線上發(fā)出寫請求時,數(shù)據(jù)會進入壓縮模塊進行數(shù)據(jù)的壓縮,壓縮后將數(shù)據(jù)的格式寫入meta cache。如果壓縮時判定進行fast clear 操作,則同時將fast clear 的標(biāo)志位更新至meta cache。如果出現(xiàn)meta cache 缺失的情況,則先存于隊列中,待meta cache 更新后寫入。

當(dāng)總線上發(fā)出讀請求時,數(shù)據(jù)會先查詢meta cache。若缺失則進入隊列等待meta cache 更新替換。若命中,則解析數(shù)據(jù)的格式信息。如果數(shù)據(jù)解析為0 byte,則數(shù)據(jù)為fast clear 數(shù)據(jù),無需再讀取顯存,直接根據(jù)meta cache 的標(biāo)記位進行解析即可。否則,需向顯存讀取壓縮數(shù)據(jù)。讀回后,根據(jù)數(shù)據(jù)格式以及壓縮算法信息進行對應(yīng)的解壓操作。

這一圖形處理器壓縮結(jié)構(gòu)可在數(shù)據(jù)能夠以fast clear 進行壓縮時僅寫標(biāo)記存于meta cache,無需進行總線請求。在這一操作時,即使總線訪存密集,也會出現(xiàn)空拍的空閑,給予預(yù)取機制進行預(yù)取的機會。同時,本圖形處理器壓縮結(jié)構(gòu)可直接用于總線之上,可作為總線的仲裁,所有模塊的訪存請求都需通過該壓縮結(jié)構(gòu),也更適用于預(yù)取結(jié)構(gòu)。壓縮模塊的訪存隊列只需增加狀態(tài)機的優(yōu)先級控制即可直接應(yīng)用于預(yù)取結(jié)構(gòu)。

2.2 預(yù)取結(jié)構(gòu)

針對圖形處理器在處理像素塊訪存時,由于訪存密集導(dǎo)致預(yù)取結(jié)構(gòu)的效果不理想的情況,提出了一種基于圖形處理器壓縮結(jié)構(gòu)的預(yù)取機制設(shè)計。

圖4 是本預(yù)取結(jié)構(gòu)的設(shè)計。先從圖形處理器的圖元處理引擎流水級(PE)或片段著色器流水級(SP)獲取預(yù)取數(shù)據(jù)的地址信息。由于在圖形流水線中,圖元處理模塊處于片段著色器之前,而片段著色器又處于輸出混合單元之前。圖元處理流水級將圖元進行光柵化處理,處理后將像素塊的位置屬性等信息送給片段著色器。所以,光柵化時圖元處理流水級明確知道后續(xù)流水級需要處理的像素點位置信息,根據(jù)位置信息可以計算出后續(xù)流水級需要訪存的地址信息。

圖4 基于壓縮結(jié)構(gòu)的預(yù)取結(jié)構(gòu)圖

獲取到預(yù)取數(shù)據(jù)的地址信息后,將預(yù)取請求進行片上緩存的cache 查找。如果片上緩存cache 中已經(jīng)存在該預(yù)取地址的數(shù)據(jù)信息,則無需再進行預(yù)取操作,數(shù)據(jù)已經(jīng)存在于片上緩存的cache 中。如果片上緩存cache 缺失,則說明片上緩存cache 中沒有該預(yù)取地址的數(shù)據(jù),這時就需要對該地址進行預(yù)取操作。

將片上緩存cache 缺失的預(yù)取請求送至位于總線的壓縮模塊訪存隊列中。壓縮模塊的訪存隊列是一個由狀態(tài)機控制的隊列。隊列會對訪存請求進行合并,當(dāng)流水線訪存請求發(fā)送到隊列中時,若隊列已經(jīng)存在預(yù)取信息,則進行合并并優(yōu)先發(fā)送請求,以保證不堵塞流水線。若隊列中的預(yù)取信息已經(jīng)發(fā)出,則在隊列中等待預(yù)取請求返回即可。

由于圖形處理器在光柵化之后的訪存可能是密集型的,而預(yù)取機制則需要利用訪存空閑時間進行訪存,不能影響正常的訪存請求?；趫D形處理器的壓縮結(jié)構(gòu),可將數(shù)據(jù)進行壓縮得到訪存的空閑。壓縮結(jié)構(gòu)當(dāng)數(shù)據(jù)可以被壓縮進meta cache 時,在讀請求時是無需發(fā)出訪存請求的,只需直接從meta cache 中讀取出對應(yīng)的標(biāo)記位。這時,訪存總線出現(xiàn)請求的空閑。預(yù)取機制可以利用這一壓縮結(jié)構(gòu)制造出的訪存空閑時間進行預(yù)取。壓縮結(jié)構(gòu)即使在訪存密集型程序下,也有可能將數(shù)據(jù)壓縮進meta cache中,所以預(yù)取機制依然會起到一定的作用。

基于圖形流水線的特點,預(yù)取地址是明確且必定需要訪存的。所以在壓縮結(jié)構(gòu)的訪存隊列進行合并可以有效提高訪存性能。在圖形流水線執(zhí)行至正式訪存時,如果地址對應(yīng)的預(yù)取訪存已經(jīng)返回至片上cache 中,則在cache 中命中,并直接返回圖形處理流水線進行數(shù)據(jù)處理。如果預(yù)取訪存還未返回至片上cache,則按照正常的訪存流水線進入壓縮結(jié)構(gòu)的訪存隊列中。這時,如果訪存隊列中地址對應(yīng)的預(yù)取信息已經(jīng)發(fā)出訪存請求,但數(shù)據(jù)還未返回,則進行合并,等待訪存請求的返回。這樣,預(yù)取機制可有效減少訪存延遲。如果訪存隊列中對應(yīng)的預(yù)取信息還未發(fā)出訪存請求,則進行合并后將隊列狀態(tài)機由原預(yù)取狀態(tài)更改為訪存狀態(tài),優(yōu)先級進行了提升,立刻發(fā)出訪存請求。這樣的處理,也使得預(yù)取機制沒有起到作用時也并未浪費性能。

3 實驗結(jié)果及分析

為了評估本預(yù)取結(jié)構(gòu)的性能及效果,本文采用Godson GPU(GSGPU)高性能圖形處理器[15],GSGPU 圖形處理器實現(xiàn)了本設(shè)計提及的壓縮結(jié)構(gòu)。結(jié)合了GSGPU 高性能圖形處理器基于mesa 架構(gòu)的驅(qū)動設(shè)計[16],采用了Linux 基準(zhǔn)圖形測試集GL_MARK[17]。對照組選擇了采用傳統(tǒng)預(yù)取機制的GSGPU 高性能圖形處理器,根據(jù)GSGPU 圖形處理器片上緩存cache 的命中率對預(yù)取結(jié)構(gòu)的效果進行評估。

3.1 圖形測試集

本文實驗測試采用的基準(zhǔn)測試集是GL_MARK。GL_mark 是由Linaro 發(fā)行的一款圖形基準(zhǔn)測試集,使用Open GL-ES 進行開發(fā),提供了一系列豐富的圖形測試。涉及圖形單元性能的各個方面,涵蓋光照、陰影、超多圖元、簡單2D 等多種類型的測試,是目前Linux 操作系統(tǒng)上較為全面的測試集之一。

3.2 圖形處理器架構(gòu)

本文使用的GSGPU 高性能圖形處理器平臺主要由命令處理器(command processor,CP)、全局任務(wù)調(diào)度器(global task scheduler,GTS)、圖形處理集群(graphics processing cluster,GPC)、二級靜態(tài)緩存(L2 Scache)和內(nèi)存控制器(memory controller,MC)等5 部分組成。其中圖形處理集群又由計算處理引擎(compute engine,CE)、幾何處理引擎(geometry engine,GE)、圖元處理引擎(PE)、局部任務(wù)調(diào)度器(local task scheduler,LTS)、流處理器集群(stream processor cluster,SPC)和輸出合并單元(OMU)等6部分組成。整體結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 GSGPU 圖形處理器頂層結(jié)構(gòu)

3.3 預(yù)取結(jié)構(gòu)的性能分析

搭載本設(shè)計的GSGPU 高性能圖形處理器光柵化后的訪存基本單位是4 ×4 的像素塊,所以在設(shè)計cache 行時選擇了4 ×4 的像素塊作為cache 行寬度。經(jīng)過性能與面積功耗權(quán)衡后,選取四路組相連cache,容量大小選擇32 kB。

本設(shè)計跑通GL_MARK 中的所有基準(zhǔn)測試用例,測試用例中包含了陰影測試、折射測試、反射測試、2D 少圖元測試,超多圖元測試、復(fù)雜shader 測試等多種測試環(huán)境。測試結(jié)果如表1 所示。

傳統(tǒng)預(yù)取在訪存密集情況下,預(yù)取性能會出現(xiàn)急劇下降,預(yù)取效果不明顯。采用本設(shè)計的預(yù)取結(jié)構(gòu),結(jié)合壓縮結(jié)構(gòu)特性,即使在訪存密集的情況下,依然可以利用壓縮產(chǎn)生訪存空閑,使預(yù)取結(jié)構(gòu)產(chǎn)生良好的效果。表1 是本設(shè)計與傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)的cache 命中率提升比較。從表1 中可以看出,在GL_MARK 基準(zhǔn)測試集的測試環(huán)境下,本設(shè)計的cache命中率對比傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)均有所提升,說明本設(shè)計的預(yù)取結(jié)構(gòu)在GL_MARK 測試集下均有不錯的表現(xiàn),可以起到預(yù)取的效果,且本設(shè)計的預(yù)取結(jié)構(gòu)不會對傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

表1 GL_MARK 測試集下本設(shè)計與傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)的cache 命中率提升

在訪存總線有空閑的情況下,傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)也可以取得良好的性能提高,從而提高cache 的命中率,也具有良好的效果。但傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)在訪存密集型程序下,訪存總線始終被占用,沒有訪存的空拍情況下,傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)的效果明顯不足。這時,本設(shè)計的基于壓縮結(jié)構(gòu)的預(yù)取機制可以利用壓縮結(jié)構(gòu)的特點制造出訪存的空拍,使預(yù)取結(jié)構(gòu)可以利用該空拍進行預(yù)取,得到了cache 命中率的明顯提升,達(dá)到很好的預(yù)取效果。

但有些訪存密集型程序,例如Horse_shadow,由于壓縮結(jié)構(gòu)無法取得很好的無損壓縮效果,所以無法制造出更多訪存的空拍,產(chǎn)生更多的訪存空閑,所以導(dǎo)致本設(shè)計的預(yù)取效率的提升不明顯?？舍槍μ囟ǖ臏y試用例,增加無損壓縮結(jié)構(gòu)的壓縮標(biāo)記,提高壓縮概率,更進一步增加訪存空拍,使本設(shè)計的預(yù)取結(jié)構(gòu)有所提高。

從表1 中可以看出,本設(shè)計在訪存密集型程序下,cache 命中率大部分均可提升達(dá)到15% 以上。個別測試用例在本設(shè)計中提升不高,是受限于顏色及深度的場景對于無損壓縮不敏感。由于圖形處理器的預(yù)取地址是明確的,后續(xù)流水線對于預(yù)取地址必然需要訪存操作,所以不存在預(yù)取無效數(shù)據(jù)浪費訪存的性能及功耗的情況,不會對本身圖形流水線產(chǎn)生負(fù)面影響。本設(shè)計在壓縮結(jié)構(gòu)的訪存隊列中采用了合并操作,所以本設(shè)計即使在訪存沒有空閑無法預(yù)取的情況下,也不會多占用訪存總線的帶寬。

圖6 是在GL_MARK 測試集下訪存數(shù)量與cache 命中率的提升比較。從圖6 中可以看出,本設(shè)計隨著訪存數(shù)量的增加,對比傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)的提升基本成正比。訪存數(shù)量越多,訪存越密集,本設(shè)計的預(yù)取結(jié)構(gòu)對比傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)優(yōu)勢越明顯。

圖6 GL_MARK 測試集下訪存請求數(shù)量與cache 命中率提升比較

4 結(jié)論

本文分析了圖形處理器傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)在圖形流水線中的特性,結(jié)合圖形應(yīng)用程序的特性,提出了一種基于圖形處理器壓縮結(jié)構(gòu)的預(yù)取結(jié)構(gòu)設(shè)計。針對訪存密集型程序訪存空閑時間少、導(dǎo)致傳統(tǒng)預(yù)取結(jié)構(gòu)預(yù)取效果不明顯的情況,本設(shè)計利用圖形處理器壓縮結(jié)構(gòu)的特點,重新設(shè)計了基于壓縮結(jié)構(gòu)的預(yù)取結(jié)構(gòu)。本設(shè)計與傳統(tǒng)的預(yù)取結(jié)構(gòu)相比,在訪存密集型程序下,不僅可以有效提高訪存的利用率,同時也使圖形流水線的處理時間得到有效的縮短。即使在預(yù)取失效的情況下,對圖形流水線也不會產(chǎn)生負(fù)面影響。圖形處理器先進的關(guān)鍵技術(shù)長期掌握在國外廠商手中,國產(chǎn)自主可控處理器的研發(fā)變得越來越重要,本設(shè)計不僅為設(shè)計先進國產(chǎn)圖形處理器訪存子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了方向,同時也為提高圖形處理器訪存子系統(tǒng)性能提供了方法與借鑒。