プロセッサパイプラインの段数増加におけるラッチオーバヘッド増加許容時間の考察

摘要

パイプライン構造のプロセッサにおいて，パイプライン段数増加により性能を向上させる際のパイプラインラッチオーバヘッド増加許容時間に関して，数式による性能モデルを用いて考察を行う．性能に最適なパイプライン段数の90％以上の段数をもつプロセッサを，更なる段数増加により性能向上を図る場合，そのラッチオーバヘッド増加許容時間はオーバヘッド時間の1％以下でなければ性能は向上されないことを示す．また，段数増加により短縮されるクロックサイクル時間に対するラッチオーバヘッド増加許容時間の比は，段数増加に対してほぼ線形に小さくなることを示す．このラッチオーバヘッド増加許容時間は，パイプライン増加による性能向上の限界の一要因であり，今後の多段パイプラインプロセッサ設計においては，この増加許容時間を保証できる回路設計技術と，それを検証できるタイミング設計ツールが必要である.