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JP6127872B2 - 演算処理装置及び演算処理装置の制御方法 - Google Patents

演算処理装置及び演算処理装置の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、演算処理装置及び演算処理装置の制御方法に関する。
パケットのアドレスフィールドからリンクを特定でき、情報フレームが確認情報として送受信され、扱うパケット長に統計的な偏りを有するパケット通信方式が知られている(例えば、特許文献1参照)。バッファをパケット長に応じて複数種類設けてなるバッファプールと、受信パケットをパケット長に応じてバッファプールの各バッファに振分けるデータ受信部が設けられる。優先的に送受信を行ないたいパケットに応じたバッファの数を多くし、パケット受信時にデータ受信可能なバッファが無い場合、アドレスフィールドからリンクを特定しそのリンクに対してのみ自局ビジーとする。空バッファの総数が規定数以下になると、全リンクに対して自局ビジーとする機能と、空バッファの総数が一定数を越えると、自局レディとする機能とを有するフロー制御部が設けられる。
また、可変長のパケットにより通信するネットワークを相互に接続するパケット通信網接続装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。判定手段は、受信したパケットを、そのパケット長が所定の値以下であれば短パケット、そうでなければ長パケットと判定する。優先送信手段は、短パケットを長パケットに優先して送信する。
また、単一の出力待ち行列を用いた優先制御方式が知られている(例えば、特許文献3参照)。この優先制御方式は、輻輳を受けているまたは受け得るパケットと輻輳を受けていないパケットの順序を交換することにより、輻輳を受けていないパケットの出力優先度を向上させる。
特開平1−146445号公報 特開平10−271163号公報 特開2001−177575号公報
メモリに対するアクセス要求のパケット長は、アクセス要求の種別に依り異なり、固定長では無い。一方で、メモリは、受信処理の資源に限りがあるため、常時、アクセス要求を処理できない場合が多い。この場合、メモリは、資源の空きを待って、アクセス要求の処理を行うことになる。演算処理装置は、メモリの資源の残数が足りず、アクセス要求の送信が待たされることにより、スループットが低下してしまう。
1つの側面では、本発明の目的は、メモリに対するアクセス要求発行のスループットを向上させることができる演算処理装置及び演算処理装置の制御方法を提供することである。
演算処理装置は、メモリに対して複数の長さのアクセス要求を発行するメモリ制御部を有する演算処理装置であって、前記メモリ制御部は、前記アクセス要求の長さ毎に前記アクセス要求を保持する複数のキュー保持部と、前記メモリの資源の残数に応じて、前記複数のキュー保持部に保持されているアクセス要求のいずれかを選択して前記メモリに発行する調停部とを有する。
調停部を設けることにより、メモリに対するアクセス要求発行のスループットを向上させることができる。
図1は、本実施形態による演算処理システムの構成例を示す図である。 図2は、図1のメモリコントローラの構成例を示す図である。 図3は、図1のメインメモリの構成例を示す図である。
図1は、本実施形態による演算処理システムの構成例を示す図である。演算処理システムは、プロセッサ101及びメインメモリ105を有する。プロセッサ101は、演算処理装置であり、プロセッサコア102、キャッシュ回路103及びメモリコントローラ104を有する。プロセッサコア102は、フェッチ及びストア命令をキャッシュ回路103に発行する。キャッシュ回路103は、キャッシュメモリ及びキャッシュコントローラを有する。キャッシュコントローラは、アクセス要求(読み出し要求又は書き込み要求)のパケットをメモリコントローラ104に発行する。メモリコントローラ104は、メモリ制御部であり、アクセス要求の調停を行い、アクセス要求のパケットをメインメモリ105に発行する。メインメモリ105は、読み出し要求を入力すると、指定アドレスのデータを読み出し、読み出したデータを、メモリコントローラ104及びキャッシュ回路103を介して、プロセッサコア102に出力する。また、メインメモリ105は、書き込み要求を入力すると、書き込み要求内の書き込みデータを指定アドレスに書き込む。
メモリコントローラ104が発行するアクセス要求のパケット長は、アクセス要求の種別に依り異なり、可変長である。メモリコントローラ104は、メインメモリ105に対して複数の長さのアクセス要求を発行する。例えば、アクセス要求は、異なる長さの書き込みデータを含む書き込み要求によりパケット長が異なる。また、アクセス要求は、読み出し要求と書き込み要求とではパケット長が異なる。
図2は、図1のメモリコントローラ(ホスト回路)104の構成例を示す図である。メモリコントローラ104は、リクエスト受信部201、リクエスト処理部202、複数のキュー保持部203a〜203e、リクエスト調停部204、及びリクエスト発行部209を有する。リクエスト調停部204は、リクエスト選択部205、調停制御部206及びリクエスト抑止制御部207を有する。リクエスト抑止制御部207は、カウンタ208を有する。メモリコントローラ104は、キャッシュ回路103からアクセス要求のパケットを受信し、受信したパケットの調停を行い、アクセス要求のパケットPKをメインメモリ105に送信する。その際、メモリコントローラ104は、メインメモリ105の資源の残数ρをメインメモリ105から受信し、アクセス要求の調停を行う。
図3は、図1のメインメモリ(リモート回路)105の構成例を示す図である。メインメモリ105は、アクセス要求のパケットPKの受信処理の資源に限りがあるため、資源の空きを待って、アクセス要求のパケットPKの受信処理を行う。プロセッサ101は、メインメモリ105の資源の残数が足りない場合には、アクセス要求の送信が待たされることにより、スループットが低下してしまう。
メインメモリ105は、受信パケットクロックドメイン301及びメモリクロックドメイン302を有する。受信パケットクロックドメイン301及びメモリクロックドメイン302は、クロック乗り換え回路を構成する。受信パケットクロックドメイン301は、複数のフリップフロップ回路303、書き込みポインタ記憶部304及び資源カウンタ回路305を有し、受信パケットPKの周波数と同じ第1のクロック信号に同期して動作する。メモリクロックドメイン302は、読み出し回路306及び読み出しポインタ記憶部307を有し、メインメモリ105の動作クロック信号である第2のクロック信号に同期して動作する。第2のクロック信号は、第1のクロック信号とは異なる周波数のクロック信号である。すなわち、受信パケットPKのクロック周波数と、メインメモリ105の内部のクロック周波数とが異なる。クロック乗り換え回路は、第1のクロック信号に同期するパケットPKを第2のクロック信号に同期するパケットに変換する。
複数のフリップフロップ回路303は、ファーストインファーストアウト(FIFO)のバッファを構成し、受信したアクセス要求のパケットPKを保持する。アクセス要求のパケットPKの長さにより、保持に必要なフリップフロップ回路303の数が異なる。パケットPKの長さが長いほど、多くのフリップフロップ回路303を必要とする。パケットPKは、第1のクロック信号に同期して、複数のフリップフロップ回路303内において、書き込みポインタ記憶部304に記憶されている書き込みポインタが示すアドレスに書き込まれる。書き込み後、書き込みポインタ記憶部304内の書き込みポインタはインクリメントされる。フリップフロップ回路303に保持されているパケットPKは、メインメモリ105内で処理するために読み出される。具体的には、読み出し回路306は、複数のフリップフロップ回路303において、読み出しポインタ記憶部307に記憶されている読み出しポインタが示すアドレスのデータを第2のクロック信号に同期して読み出す。読み出し後、読み出しポインタ記憶部307内の読み出しポインタはインクリメントされる。
以上の動作により、クロック乗り換え回路は、パケットPKの周波数で受信したデータをメインメモリ105の内部のクロック周波数のデータに変換することができる。ここで、もし第1のクロック信号が第2のクロック信号よりも高速な周波数である場合、書き込む速度が読み出す速度よりも速いため、データを保持しているフリップフロップ回路303が足りなくなり、いずれデータが上書きされてしまう。これを防ぐため、資源カウンタ回路305は、書き込みポインタ記憶部304内の書き込みポインタと読み出しポインタ記憶部307内の読み出しポインタとの差を、未使用のフリップフロップ回路(資源)303の残数ρとしてメモリコントローラ104に送信する。すなわち、メインメモリ105の資源の残数ρは、メインメモリ105内のクロック乗り換え回路がアクセス要求のパケットPKを記憶する複数のフロップフロップ回路303のうちの未使用のフリップフロップ回路303の数である。メインメモリ105は、資源の残数ρをパケットPKの送受信に合わせて送信しても良いし、定期的に送信してもよい。なお、メインメモリ104の資源は、クロック乗り換え回路のフリップフロップ回路303である例を説明したが、これに限定されない。
次に、図2を参照しながら、メモリコントローラ104の制御方法を説明する。リクエスト受信部201は、キャッシュ回路103からアクセス要求のパケットを受信してリクエスト処理部202に出力する。リクエスト処理部202は、入力したパケットのパケット長毎に異なるキュー保持部203a〜203eにパケットを振り分けて保持させ、パケット長毎のパケット受信情報をリクエスト抑止制御部207に出力する。キュー保持部203a、203b、203c、203d、203eの順で、保持するパケットのパケット長が長くなっている。なお、5個のキュー保持部203a〜203eを設ける例を示すが、5個に限定されない。
キュー保持部203aは、最もパケット長が長い第1のパケット長のパケットを保持する。メインメモリ105が第1のパケット長のパケットを受信処理するには、最も多い第1の資源数μ1を必要とする。すなわち、資源の残数ρが第1の資源数μ1以上である場合には、キュー保持部203aに保持されている第1のパケット長のアクセス要求のパケットをメインメモリ105に発行可能である。
キュー保持部203bは、2番目にパケット長が長い第2のパケット長のパケットを保持する。メインメモリ105が第2のパケット長のパケットを受信処理するには、2番目に多い第2の資源数μ2を必要とする。すなわち、資源の残数ρが第2の資源数μ2以上である場合には、キュー保持部203bに保持されている第2のパケット長のアクセス要求のパケットをメインメモリ105に発行可能である。
キュー保持部203cは、3番目にパケット長が長い第3のパケット長のパケットを保持する。メインメモリ105が第3のパケット長のパケットを受信処理するには、3番目に多い第3の資源数μ3を必要とする。すなわち、資源の残数ρが第3の資源数μ3以上である場合には、キュー保持部203cに保持されている第3のパケット長のアクセス要求のパケットをメインメモリ105に発行可能である。
キュー保持部203dは、4番目にパケット長が長い第4のパケット長のパケットを保持する。メインメモリ105が第4のパケット長のパケットを受信処理するには、4番目に多い第4の資源数μ4を必要とする。すなわち、資源の残数ρが第4の資源数μ4以上である場合には、キュー保持部203dに保持されている第4のパケット長のアクセス要求のパケットをメインメモリ105に発行可能である。
キュー保持部203eは、5番目にパケット長が長い第5のパケット長のパケットを保持する。メインメモリ105が第5のパケット長のパケットを受信処理するには、5番目に多い第5の資源数μ5を必要とする。すなわち、資源の残数ρが第5の資源数μ5以上である場合には、キュー保持部203eに保持されている第5のパケット長のアクセス要求のパケットをメインメモリ105に発行可能である。以上より、μ1>μ2>μ3>μ4>μ5の関係を有する。
リクエスト抑止制御部207は、リクエスト処理部202から入力するパケット長毎のパケット受信情報を基に、パケット長毎の単位時間当たりの受信数λ1〜λ5を演算する。受信数λ1は、キュー保持部203aに保持される第1のパケット長のパケットの単位時間当たりの受信数である。受信数λ2は、キュー保持部203bに保持される第2のパケット長のパケットの単位時間当たりの受信数である。受信数λ3は、キュー保持部203cに保持される第3のパケット長のパケットの単位時間当たりの受信数である。受信数λ4は、キュー保持部203dに保持される第4のパケット長のパケットの単位時間当たりの受信数である。受信数λ5は、キュー保持部203eに保持される第5のパケット長のパケットの単位時間当たりの受信数である。なお、受信数λ1〜λ5は、レジスタ等により、ユーザが自由に設定できるようにしてもよい。
また、リクエスト抑止制御部207は、パケット長毎の発行限度数L1〜L5を演算する。第1の発行限度数L1は、キュー保持部203aに保持されている第1のパケット長のパケットの発行限度数であり、次式により演算される。ここで、Taは、定数である。
L1=(Ta×λ1)/(λ1+λ2+λ3+λ4+λ5)
第2の発行限度数L2は、キュー保持部203bに保持されている第2のパケット長のパケットの発行限度数であり、次式により演算される。
L2=(Ta×λ2)/(λ1+λ2+λ3+λ4+λ5)
第3の発行限度数L3は、キュー保持部203cに保持されている第3のパケット長のパケットの発行限度数であり、次式により演算される。
L3=(Ta×λ3)/(λ1+λ2+λ3+λ4+λ5)
第4の発行限度数L4は、キュー保持部203dに保持されている第4のパケット長のパケットの発行限度数であり、次式により演算される。
L4=(Ta×λ4)/(λ1+λ2+λ3+λ4+λ5)
第5の発行限度数L5は、キュー保持部203eに保持されている第5のパケット長のパケットの発行限度数であり、次式により演算される。
L5=(Ta×λ5)/(λ1+λ2+λ3+λ4+λ5)
ここで、発行限度数L1〜L5は、それぞれ、1より小さい場合は1に設定される。
初期時、メインメモリ105のフリップフロップ回路303は使用されていないので、資源の残数ρは最大値になる。この場合、ρ≧μ1であるので、調停制御部206は、キュー保持部203a〜203eが出力するパケットのヘッダ内の時間情報を基に、各キュー保持部203a〜203eの先頭のパケットの中で最も古いアクセス要求のパケットの選択信号をリクエスト選択部205に出力し、リクエスト発行情報をリクエスト抑止制御部207に出力する。リクエスト選択部205は、選択信号を基に、各キュー保持部203a〜203eの先頭のパケットの中で最も古いアクセス要求のパケットを選択してリクエスト発行部209に出力する。リクエスト発行部209は、選択されたアクセス要求のパケットPKをメインメモリ105に発行する。選択されたパケットは、キュー保持部から削除され、次のパケットについて、上記の処理が繰り返される。
次に、ρ<μ1になると、カウンタ208は、調停制御部206から入力したリクエスト発行情報を基に、パケット長毎の発行数C1〜C5のカウントを開始する。第1の発行数C1は、リクエスト選択部204及びリクエスト発行部209により発行されたキュー保持部203aのアクセス要求のパケットの数である。第2の発行数C2は、リクエスト選択部204及びリクエスト発行部209により発行されたキュー保持部203bのアクセス要求のパケットの数である。第3の発行数C3は、リクエスト選択部204及びリクエスト発行部209により発行されたキュー保持部203cのアクセス要求のパケットの数である。第4の発行数C4は、リクエスト選択部204及びリクエスト発行部209により発行されたキュー保持部203dのアクセス要求のパケットの数である。第5の発行アクセス要求数C5は、リクエスト選択部204及びリクエスト発行部209により発行されたキュー保持部203eのアクセス要求のパケットの数である。
リクエスト抑止制御部207は、第1の発行数C1が第1の限度数L1より大きくなった場合には、キュー保持部203aに発行抑止信号を出力する。キュー保持部203aは、発行抑止信号を入力すると、内部のアクセス要求のパケットの発行を抑止する。
また、リクエスト抑止制御部207は、第2の発行数C2が第2の限度数L2より大きくなった場合には、キュー保持部203bに発行抑止信号を出力する。キュー保持部203bは、発行抑止信号を入力すると、内部のアクセス要求のパケットの発行を抑止する。
また、リクエスト抑止制御部207は、第3の発行数C3が第3の限度数L3より大きくなった場合には、キュー保持部203cに発行抑止信号を出力する。キュー保持部203cは、発行抑止信号を入力すると、内部のアクセス要求のパケットの発行を抑止する。
また、リクエスト抑止制御部207は、第4の発行数C4が第4の限度数L4より大きくなった場合には、キュー保持部203dに発行抑止信号を出力する。キュー保持部203dは、発行抑止信号を入力すると、内部のアクセス要求のパケットの発行を抑止する。
また、リクエスト抑止制御部207は、第5の発行数C5が第5の限度数L5より大きくなった場合には、キュー保持部203eに発行抑止信号を出力する。キュー保持部203eは、発行抑止信号を入力すると、内部のアクセス要求のパケットの発行を抑止する。
カウンタ208は、ρ≧μ1になると、発行数C1〜C5をそれぞれ「0」にリセットする。
調停制御部206は、ρ<μ1である場合、発行が抑止されていないキュー保持部203a〜203eであり、かつρ以下の資源数μ1〜μ5を持つキュー保持部203a〜203eの中で、最も古いアクセス要求のパケットの選択信号をリクエスト選択部205に出力し、リクエスト発行情報をリクエスト抑止制御部207に出力する。リクエスト選択部205は、選択信号を基に、上記の最も古いアクセス要求のパケットを選択してリクエスト発行部209に出力する。リクエスト発行部209は、選択されたアクセス要求のパケットPKをメインメモリ105に発行する。選択されたパケットは、キュー保持部から削除され、次のパケットについて、上記の処理が繰り返される。上記のように、発行数C1〜C5がそれぞれ限度数L1〜L5より大きくなった場合には、それぞれの発行抑止信号を出力することにより、各パケット長のパケットの発行数を平均化することができる。
なお、すべてのキュー保持部203a〜203eの中で発行可能なアクセス要求のパケットがない場合は、アクセス要求のパケットの発行が行われない。この待機時間により、メインメモリ105の資源の空きが発生し、資源の残数ρが徐々に増加していく。
また、リクエスト抑止制御部207は、パケット長毎に、一定時間パケットが選択されなかった場合には、優先度を上げることができる。この場合、調停制御部206は、一定時間パケットが選択されず、優先度を上げたパケット長のパケットの属するキュー保持部203a〜203eを優先して選択する。また、調停制御部206は、資源の残数ρにより、そのキュー保持部203a〜203eのパケットが選択できない場合は、資源の残数ρが資源数μ1〜μ5以上になるまで、パケットの発行を抑止する。
上記の定数Taは、レジスタ等でユーザにより自由に設定できる。定数Taが大きければ、アクセス要求のパケットの発行の空き時間が最短となり、スループットが最大となる。ただし、長時間発行されないアクセス要求のパケットが存在する恐れがあり、最大レイテンシが大きくなってしまう。これに対し、定数Taが小さければ、短期的に全てのキュー保持部203a〜203eのアクセス要求のパケットを発行しようとするため、最大レイテンシは小さくなるが、アクセス要求のパケット発行を待たせる時間が多くなるため、スループットは小さくなる。
以上のように、複数のキュー保持部203a〜203eは、アクセス要求のパケットの長さ毎にアクセス要求のパケットを保持する。調停部204は、メインメモリ105の資源の残数ρに応じて、複数のキュー保持部203a〜203eに保持されているアクセス要求のパケットのいずれかを選択してメインメモリ105に発行する。
メインメモリ105は、アクセス要求のパケットPKの長さが長いほど多くの資源を必要とする。調停部204は、メインメモリ105の資源の残数ρ以下の資源を必要とする長さのアクセス要求のパケットを選択してメインメモリ105に発行する。
カウンタ208は、アクセス要求のパケットの長さ毎の発行数C1〜C5をカウントする。調停部204は、アクセス要求のパケットの長さ毎の発行数C1〜C5に応じて、複数のキュー保持部203a〜203eに保持されているアクセス要求のパケットのいずれかを選択してメインメモリ105に発行する。
仮に、メモリコントローラ104が、一律にアクセス要求のパケットを受信した順番でパケットを発行すると、メインメモリ105の資源不足により、パケット発行が待たされ、スループットが小さくなってしまう。本実施形態によれば、メインメモリ105の資源不足の場合には、後続の発行可能なアクセス要求のパケットを先に発行するため、全体的に、スループットを向上させることができる。
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
101 プロセッサ
102 プロセッサコア
103 キャッシュ回路
104 メモリコントローラ
105 メインメモリ
201 リクエスト受信部
202 リクエスト処理部
203a〜203e キュー保持部
204 リクエスト調停部
205 リクエスト選択部
206 調停制御部
207 リクエスト抑止制御部
208 カウンタ
209 リクエスト発行部
301 受信パケットクロックドメイン
302 メモリクロックドメイン
303 フリップフロップ回路
304 書き込みポインタ記憶部
305 資源カウンタ回路
306 読み出し回路
307 読み出しポインタ記憶部

Claims (7)

  1. メモリに対して複数の長さのアクセス要求を発行するメモリ制御部を有する演算処理装置であって、
    前記メモリ制御部は、
    前記アクセス要求の長さ毎に前記アクセス要求を保持する複数のキュー保持部と、
    前記メモリの資源の残数に応じて、前記複数のキュー保持部に保持されているアクセス要求のいずれかを選択して前記メモリに発行する調停部と
    を有することを特徴とする演算処理装置。
  2. 前記複数の長さのアクセス要求は、複数の長さの書き込みデータを含む書き込み要求であることを特徴とする請求項1記載の演算処理装置。
  3. 前記複数の長さのアクセス要求は、読み出し要求及び書き込み要求であることを特徴とする請求項1又は2記載の演算処理装置。
  4. 前記メモリの資源の残数は、前記メモリ内のクロック乗り換え回路が前記アクセス要求を記憶する複数のフロップフロップ回路のうちの未使用のフリップフロップ回路の数であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の演算処理装置。
  5. 前記メモリは、前記アクセス要求の長さが長いほど多くの資源を必要とし、
    前記調停部は、前記メモリの資源の残数以下の資源を必要とする長さのアクセス要求を選択して前記メモリに発行することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の演算処理装置。
  6. 前記調停部は、前記アクセス要求の長さ毎の発行数をカウントするカウンタを有し、前記アクセス要求の長さ毎の発行数に応じて、前記複数のキュー保持部に保持されているアクセス要求のいずれかを選択して前記メモリに発行することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の演算処理装置。
  7. メモリに対して複数の長さのアクセス要求を発行するメモリ制御部を有する演算処理装置の制御方法であって、
    前記メモリ制御部が有する複数のキュー保持部が、前記アクセス要求の長さ毎に前記アクセス要求を保持し、
    前記メモリ制御部が有する調停部が、前記メモリの資源の残数に応じて、前記複数のキュー保持部に保持されているアクセス要求のいずれかを選択して前記メモリに発行することを特徴とする演算処理装置の制御方法。
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