【GPGPU编程】GPGPU架构剖析之谓词寄存器

我们知道CPU可以控制程序的条件执行，GPGPU也支持线程的条件执行，但是条件执行语句if...else...等对整体的计算性能影响比较大，为了尽可能提升GPGPU整体的计算吞吐量，在GPGPU内部集成了谓词寄存器。

概念

谓词寄存器（Predicate Register）是一种特殊类型的处理器寄存器，用于存储布尔值（通常为True或False），以控制程序流程中的条件执行。谓词寄存器起源于向量处理器和VLIW（Very Long Instruction Word）处理器，这些处理器需要在一个指令周期内执行多个操作。

作用

谓词寄存器的主要作用是支持条件执行。它们允许处理器在执行指令时跳过某些操作，从而实现基于特定条件的分支控制。这有助于优化程序执行过程，减少分支预测错误带来的性能损失。

使用场景：

• 向量处理器和SIMD（Single Instruction, Multiple Data）：在向量处理器和SIMD架构中，谓词寄存器用于实现数据并行计算。通过谓词寄存器，可以控制向量操作的执行，使得在一个指令周期内，只有满足特定条件的数据元素才会被处理。

• VLIW处理器：在VLIW处理器中，多个操作被组合成一个很长的指令字，同时执行。谓词寄存器可以用于控制这些操作的执行，仅在满足特定条件时才执行某个操作，从而提高处理器资源利用率。

• GPU编程：在GPU编程中，谓词寄存器可以用于控制线程的执行。例如，在英伟达的CUDA编程模型中，谓词寄存器用于实现条件同步和分支控制，确保只有满足特定条件的线程才执行相应操作。

架构设计

谓词寄存器的宽度取决于特定的处理器架构和设计。在不同的处理器中，谓词寄存器的宽度可能有所不同。例如，在某些SIMD架构中，谓词寄存器的宽度与数据寄存器相同，以便一一对应数据元素。在其他架构中，谓词寄存器的宽度可能根据设计需求而变化。