EPIC 아키텍처

3. VLIW의 한계와 EPIC의 등장

축소 명령 집합 컴퓨터(RISC) 아키텍처가 한 사이클당 하나의 명령 처리에 한계를 보이자, HP의 연구원들은 매우 긴 명령어 집합(VLIW)의 단점을 보완한 새로운 아키텍처를 연구하기 시작했고, 이는 후에 '''EPIC'''으로 명명되었다.^[3]

VLIW는 몇 가지 단점을 가지고 있었다.

• VLIW 명령어 집합은 구현 간에 하위 호환성이 없다. 더 넓은 구현(더 많은 실행 유닛)이 구축되면, 더 넓은 머신에 대한 명령 집합은 이전의 좁은 구현과 하위 호환되지 않는다.
• CPU 캐시와 DRAM을 포함하는 메모리 계층 구조로부터의 로드 응답은 결정적인 지연을 가지지 않아, 컴파일러가 로드 명령을 정적으로 스케줄링하기 매우 어렵다.

• 여러 소프트웨어 명령어 그룹을 각각 '번들'이라고 하며, 각 번들은 이 연산 집합이 후속 번들에 의존하는지 여부를 나타내는 정지 비트를 가지고 있다. 이를 통해 향후 구현에서 여러 번들을 병렬로 발행할 수 있다. 의존성 정보는 컴파일러가 계산하므로 하드웨어는 피연산자 의존성 검사를 수행할 필요가 없다.
• 소프트웨어 프리페치 명령은 일종의 데이터 프리페치로 사용된다. 이 프리페치는 로드의 캐시 적중 가능성을 높이고 캐시의 다양한 수준에서 필요한 시간적 지역성의 정도를 나타낼 수 있다.
• 추측적 로드 명령은 사용 여부(제어 종속성 우회) 또는 사용 전에 수정 여부(데이터 종속성 우회)를 알기 전에 데이터를 추측적으로 로드하는 데 사용된다.
• 검사 로드 명령은 추측적 로드가 나중의 저장에 종속되었는지 여부를 확인하여 추측적 로드를 지원하고, 따라서 다시 로드해야 한다.

4. EPIC 아키텍처의 주요 특징

EPIC은 명령어 수준 병렬성(ILP)을 높이기 위해 다음과 같은 개념을 포함한다.

• 번들(Bundle): 여러 소프트웨어 명령어 그룹을 '번들'이라고 부른다. 각 번들은 이 연산 집합이 후속 번들에 의존하는지 여부를 나타내는 정지 비트를 가지고 있다.^[1] 이 기능을 통해 향후 구현에서는 여러 번들을 병렬로 발행할 수 있다. 의존성 정보는 컴파일러가 계산하므로 하드웨어는 피연산자 의존성 검사를 수행할 필요가 없다.^[1]
• 예시: 식별 플래그가 '-'라면 이전 명령어에 의존하지 않고, '+'라면 의존한다고 가정한다.
• +명령어A +명령어B -명령어C -명령어D +명령어E -명령어F
• 위 명령어열을 2개 명령어 동시 실행 가능한 하드웨어에서 실행하면 다음과 같다.
• +명령어A
• +명령어B -명령어C
• -명령어D
• +명령어E -명령어F
• 4클럭으로 실행할 수 있다. 3개 명령어 동시 실행 가능한 하드웨어로 확장하면 명령어 집합의 호환성을 유지하며 3클럭으로 실행 가능하다.
• 소프트웨어 프리페치: 일종의 데이터 프리페치로 사용된다.^[1] 프리페치는 로드의 캐시 적중 가능성을 높이고 캐시의 다양한 수준에서 필요한 시간적 지역성의 정도를 나타낼 수 있다.^[1]
• 추측적 로드: 사용 여부(제어 종속성 우회) 또는 사용 전에 수정 여부(데이터 종속성 우회)를 알기 전에 데이터를 추측적으로 로드하는 데 사용된다.^[1]
• 검사 로드: 추측적 로드가 나중의 저장에 종속되었는지 여부를 확인하여 추측적 로드를 지원하고, 따라서 다시 로드해야 하는지 확인한다.^[1]
• 조건부 실행: 분기의 발생을 줄이고 명령의 추측적 실행을 늘리는 데 사용된다.^[1] 분기 조건은 분기가 취해지지 않은 측면에서 실행된 명령의 결과를 제거하는 데 사용되는 조건부 레지스터로 변환된다.^[1]
• 지연된 예외: 일반 목적 레지스터 내의 무효 비트를 사용하여 가능한 예외를 지나 추측적 실행을 허용한다.^[1]
• 큰 아키텍처 레지스터 파일: 레지스터 이름 변경의 필요성을 피한다.^[1]
• 다중 분기 명령: 여러 대체 분기를 하나의 번들로 결합하여 분기 예측을 향상시킨다. 예시는 「같음」, 「작음」, 「큼」의 세 방향 분기가 있다.^[1]

5. EPIC의 구현 및 평가

IA-64 아키텍처(아이테니엄)는 레지스터 로테이션 기능을 추가했는데, 이는 루프 전개 및 소프트웨어 파이프라이닝 등에 도움이 된다.^[1] Wen-mei Hwu가 이끈 일리노이 대학교의 IMPACT 프로젝트는 이 분야에 다양한 영향을 미쳤다.^[1] HP 연구소의 PlayDoh 아키텍처도 또 다른 중요한 연구 프로젝트로 꼽힌다.^[1]

2004년, EPIC 아키텍처는 디지털 신호 처리와 같은 특정 분야에서는 성공을 거두었으나,^[3] 일반적인 컴퓨팅 분야에서는 그만큼의 병렬성을 추출할 수 있는지에 대한 논쟁이 있었고, 평가는 아직 정해지지 않았다.^[3] 휴렛 팩커드는 2004년 9월 아이테니엄 아키텍처를 강조하는 것을 중단했다.^[3]

6. EPIC 관련 연구

• 일리노이 대학교 어배너-섐페인의 IMPACT 프로젝트는 웬메이 후(Wen-mei Hwu)가 이끌었으며, 이 주제에 대한 많은 영향력 있는 연구의 근원이었다.^[1]
• HP 랩스의 PlayDoh 아키텍처는 또 다른 주요 연구 프로젝트였다.^[1]
• 젤라토는 학계 및 상업 연구자들이 아이테니엄 서버에서 실행되는 리눅스 애플리케이션을 위한 보다 효과적인 컴파일러를 개발하기 위해 협력한 오픈 소스 개발 커뮤니티였다.^[1]

7. 관련 항목

• CISC
• RISC
• VLIW
• 병렬 컴퓨팅

참조

_[1] 웹사이트 EPIC: An Architecture for Instruction-Level Parallel Processors http://www.hpl.hp.co[...] 2008-05-08
_[2] 특허 Parallel processing method and apparatus for increasing processing throughout by parallel processing low level instructions having natural concurrencies
_[3] 웹사이트 Inventing Itanium: How HP Labs Helped Create the Next-Generation Chip Architecture http://www.hpl.hp.co[...] 2007-12-14
_[4] 웹사이트 Itanium–Is there light at the end of the tunnel? http://www.anandtech[...] 2008-05-08
_[5] 두피디아 EPIC: Explicity Parallel Instruction Computing
_[6] 특허
_[7] 웹인용 EPIC: An Architecture for Instruction-Level Parallel Processors http://www.hpl.hp.co[...] 2008-05-08
_[8] 웹인용 Inventing Itanium: How HP Labs Helped Create the Next-Generation Chip Architecture http://www.hpl.hp.co[...] 2007-12-14
_[9] 웹인용 Itanium–Is there light at the end of the tunnel? http://www.anandtech[...] 2008-05-08