第2回　現代のプロセッサと並列実行

ハードウェアマルチスレッド

　さて、先ほど解説したスーパースカラーのように、シングルコアプロセッサであってもプロセッサ内には並列化されている部分がいくつかあります。

　また、ここでは解説しませんでしたが、パイプライン実行も一種の並列実行とみなせますし、名前だけ紹介したメモリコントローラなどもプロセッサとは独立して動作できるので、これも一種の並列実行であるといえます。

　このように考えると、1つのコアの中にも並列実行できる個所がかなりあることが分かります。しかし、すべてのプログラムが常に並列実行できるわけではありません。

　プログラム中の依存性や例外などが原因で処理が並列に実行がされない場合があります。その場合、本来ならば並列実行できるだけの能力を持つプロセッサ内のハードウェアが有効活用されないことになります。

　なんとかしてこれを有効活用できないだろうか、ということで考えられたのが、ハードウェアマルチスレッドという仕組みです。ハードウェアマルチスレッドは、architectural stateを並列化したものです。ハードウェアマルチスレッドのブロック図を図6に示します。

　architectural stateには、OSのスレッドを実行するために必要な状態がすべて、例えば、全レジスタの値、プログラムカウンタ、メモリ保護の状態などが含まれています。

　ここにはメモリ保護の状態なども含まれているため、ハードウェアマルチスレッドを実装したプロセッサ上では、一度に複数のOSスレッド、プロセスを実行することができます。

　ここで実行される複数のスレッドは実際には同じプロセッサコア上で動作するのですが、1つのスレッドでは使い切れなかった余分なリソースを活用できるようになるため、シングルスレッドでの処理と比較して速くなる場合があるのです。

　例えば、Intelのハードウェアマルチスレッド技術であるHyper-Threading Technologyを実装したPentium 4は、Hyper-Threading Technologyを実装しないPentium 4に比べ、30%の性能向上があるといわれています。

　ハードウェアマルチスレッドは、ソフトウェアから見た場合、マルチコアやマルチプロセッサと同じように見えます。その利用方法も同じで、OSが用意するインターフェイスを使います。

　次回は、Intel Core i7やCell/B.E.など、具体的なプロセッサにみられる並列ハードウェアを紹介します。

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Index
現代のプロセッサと並列実行
	Page1 マルチプロセッサ概説 いまどきのプロセッサの構成 スーパースカラー
	Page2 Single Instruction Multiple Data マルチコア・マルチプロセッサ
	Page3 ハードウェアマルチスレッド

Think Parallelで行こう！