第43卷第1期2023年2月Vol.43，No.1Feb.，2023固体电子学研究与进展RESEARCH&PROGRESSOFSSE一种针对栅栏同步的GPGPU微架构优化设计∗贾世伟1∗∗张玉明1田泽2秦翔3（1西安电子科技大学微电子学院，西安，710068）（2中国航空计算技术研究所集成电路与微系统设计航空科技重点实验室，西安，710068）（3西安翔腾微电子科技有限公司，西安，710068）2022‑09‑20收稿，2022‑11‑07收改稿摘要：为了降低通用图形处理器（GPGPU）中栅栏同步开销对程序性能产生的不良影响，提出了一种GPGPU微架构优化设计。该设计在线程束调度模块中，根据栅栏同步开销决定各线程束的调度顺序，确保高栅栏同步开销的线程束能够优先调度执行。在一级数据缓存模块中，结合数据缓存缺失率与栅栏同步状态来共同决定各访存请求是否需要执行旁路操作，由此在不损害数据局域性开发的前提下，降低数据缓存阻塞周期对栅栏同步产生的影响。两种子模块优化设计均能够降低栅栏同步开销。实验结果表明，相比基准GPGPU架构与当前现有的栅栏同步优化策略，本设计在栅栏同步密集类程序中分别带来了4.15%、4.13%与2.62%的每周期指令数提升，证明了优化设计的有效性与实用性。关键词：通用图形处理器；栅栏同步；线程束调度；一级数据缓存；缓存旁路；性能中图分类号：TN4文献标识码：A文章编号：1000‑3819(2023)01‑0070‑08AnOptimizationDesignofGPGPUMicroarchitectureforBarrierSynchronizationJIAShiwei1ZHANGYuming1TIANZe2QINXiang3（1SchoolofMicroelectronics，XidianUniversity，Xi'an，710071，CHN）（2ChinaInstituteofAeronauticalComputingTechnology，KeyLaboratoryofAviationandTechnologyonIntegratedCircuitandMicro‑SystemDesign，Xi'an，710068，CHN）（3XiangtengMicroelectronicsCorporation，Xi'an，710068，CHN）Abstract:Inordertoreducetheimpactofgeneral-purposegraphicsprocessingunit（GPGPU）barriersynchronizationoverheadontheexecutionperformanceofapplications.weproposeanoptimiza‑tiondesignofGPGPUmicroarchitecture.Inwarpschedulingmodule，theschedulingorderofeachwarpisdeterminedaccordingtothebarriersynchronizationoverhead，soastoensurethatwarpswithhighbarriersynchronizationoverheadhavethehigherpriority.InL1datacachemodule，thedatacachemissrateandthebarriersynchronizationstatearecombinedtodeterminewhethereachmemory...
