软件学报

作者：李奕瑾，杜绍敏，赵家程，王雪莹，查永权，崔慧敏

单位：李奕瑾，中国科学院 计算技术研究所, 北京 100190;中国科学院大学, 北京 100049;处理器芯片全国重点实验室(中国科学院 计算技术研究所), 北京 10019011,杜绍敏，中国科学院 计算技术研究所, 北京 100190;处理器芯片全国重点实验室(中国科学院 计算技术研究所), 北京 10019002,赵家程，中国科学院 计算技术研究所, 北京 100190;中国科学院大学, 北京 100049;处理器芯片全国重点实验室(中国科学院 计算技术研究所), 北京 10019003,王雪莹，北京邮电大学, 北京 10008804,查永权，中国科学院 计算技术研究所, 北京 100190;中国科学院大学, 北京 100049;处理器芯片全国重点实验室(中国科学院 计算技术研究所), 北京 10019005,崔慧敏，中国科学院 计算技术研究所, 北京 100190;中国科学院大学, 北京 100049;处理器芯片全国重点实验室(中国科学院 计算技术研究所), 北京 10019006

关键词：RISC-V;超长指令字(VLIW);整数线性规划(ILP);表调度;理论模型

基金：新一代人工智能国家科技重大专项(2021ZD0110504); 国家自然科学基金(U23B2020, 62090024, 62302479); 中国科学院计算技术研究所创新课题(E361010, E261110)

指令级并行是处理器体系结构研究的经典难题. VLIW架构是数字信号处理器领域中提升指令级并行的一种常用架构. VLIW架构的指令发射顺序是由编译器决定的, 因此其指令级并行的性能强依赖于编译器的指令调度. 为了探索RISC-V VLIW架构的扩展潜力, 丰富RISC-V生态, 研究RISC-V VLIW架构的指令调度算法优化. 针对单个调度区域, 整数线性规划调度算法能够得到调度最优解但复杂度较高, 表调度算法复杂度较低但无法得到调度最优解. 为了结合两种调度算法的优点, 提出了一种IPC理论模型指导的混合指令调度算法, 即通过IPC理论模型定位到表调度未达最优解的调度区域, 再对该调度区域进一步实施整数线性规划调度算法. 该理论模型基于数据流分析技术协同考虑指令依赖和硬件资源, 能够以线性复杂度给出IPC的理论上界. 混合调度的核心在于IPC理论模型的准确性, 理论模型准确率为95.74%. 在给定的测评基准上, 提出的理论模型应用于混合指令调度时, 能够平均认定94.62%的调度区域在表调度下已达最优解, 因此仅有5.38%的调度区域需再进行整数线性规划调度. 该混合调度算法能够以接近表调度的复杂度达到整数线性规划调度的调度效果.

来源：2025年第9期

《软件学报》期刊编辑部

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