命令の実行前解析を用いたプロセッサの性能・消費電力最適化に関する研究

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採択者はこれまでに，プロセッサが実行するプログラムの特徴を解析することで性能と消費電力を最適化する研究に取り組んできた．本研究で着目したプログラムは，ウェブサイトやウェブアプリケーション，文字列処理など幅広い分野で用いられているスクリプト言語で記述されたものである．スクリプト言語で記述されたプログラムは，一般的にインタプリタと呼ばれる「プログラムを実行するプログラム」上で実行される．インタプリタはプログラムを機械語に変換しながら実行を行うため，プログラムを事前にコンパイルする必要がないというメリットがある．そのため，特定の機械語にコンパイルしてからプログラムを公開することが困難なウェブサイトなどの用途では，スクリプト言語が標準となっている．インタプリタはプロセッサを模倣した構造になっており，入力のプログラムを命令列に変換して実行を行う．一般的に，インタプリタの処理対象データはすべてメモリに格納され，各命令は処理対象データをメモリから読み出し，演算を行った後に結果をメモリに書き込む，という手続きで実行される．ここで2つの命令に依存関係があった場合，1つ目の命令の実行結果は実行後一度メモリに書き込まれた後，次の命令で演算に使用するために再度メモリから読み出されるため冗長である．採択者は，インタプリタの改良のみでは解決が困難なこの問題を，ハードウェアによる支援によって解決する新しいプロセッサのマイクロアーキテクチャを提案した．提案アーキテクチャは，現在の一般的なプロセッサ・マイクロアーキテクチャに小規模の変更を加えるだけで適用が可能であり，追加のハードウェアリソース量も小さいという利点を持つ．採択者が行った評価の結果，代表的なインタプリタ上で基本的なインタプリタ命令を実行した場合に，最大で53%の性能向上と20%の消費電力削減を達成した．