Processeur superscalaire

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Un processeur superscalaire est un processeur capable d'exécuter plusieurs instructions machine par cycle d'horloge. Pour cela, il comporte plusieurs unités de calcul utilisables en parallèle, et est capable de détecter l'absence de dépendances entre instructions.

Objectifs

Un processeur superscalaire cherche à exploiter le parallélisme entre instructions pour accélérer l'exécution des programmes. Cette approche évite de modifier les programmes pour exploiter le parallélisme : le processeur détecte lui-même les instructions pouvant être exécutées en parallèle, contrairement à d'autres approches, comme le VLIW. Cependant, cette approche augmente aussi la complexité et la consommation d'énergie du matériel, ce qui limite les processeurs actuels à quelques instructions par cycle. Pour exploiter encore mieux le parallélisme disponible, on utilise donc des instructions vectorielles et des processeurs multithreads ou multicœurs.

Séquençage des instructions dans un processeur superscalaire de degré 2. Il faut 9 cycles pour exécuter 10 instructions. À t = 5, toutes les unités du processeur sont sollicitées.

Exemples

Exemples sur des processeurs d'architecture RISC des années 1980 et 90.

	Intel i960CA	IBM RS/6000 POWER	DEC Alpha 21064Alpha 21064	DEC Alpha 21164Alpha 21164
Année	1986	1990	1992	1994
Fréquence	25-30 MHz	30 MHz	150 MHz	266-333 MHz
Degré	3 instructions/cycle, 6 unités de calcul	4 instructions/cycle (FXU, FPU, et 2 ICU)	2 instructions/cycle	4 instructions/cycle
Performances annoncées	30 MIPS	34 MIPS, 11 MFLOPS	300 MIPS (crête), 150 MFLOPS (crête)

Annexes

Notes et références

Bibliographie

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Architecture

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Mots	Architecture 8 bits 15 bits (Apollo Guidance Computer) 16 bits 22 bits (Zuse 3) 32 bits 40 bits 50 bits (Atanasoff–Berry Computer) 64 bits 128 bits

Instruction

Jeu	Processeur basé sur la pile Processeur de signal numérique Processeur vectoriel Microprocesseur à jeu d'instructions étendu (CISC) Processeur à jeu d'instructions réduit (RISC) Very long instruction word (VLIW) Explicitly parallel instruction computing (EPIC) Explicit data graph execution (en) (EDGE) Minimal instruction set computer (MISC) Ordinateur à jeu d'instruction unique (OISC) Zero instruction set computer (ZISC) Informatique quantique Mode d'adressage
Famille	Motorola 680x0 VAX x86 Architecture ARM Architecture MIPS PowerPC Architecture SPARC SuperH DEC Alpha IA-64 OpenRISC RISC-V Microblaze Little man computer IBM System/3x0 System/390 System z
Exécution	Pipeline Bulle Exécution dans le désordre Algorithme de Tomasulo Renommage de registres Prédiction de branchement Exécution spéculative File
Performance	Instructions par cycle (IPC) Instructions par seconde (IPS) Opérations en virgule flottante par seconde (FLOPS)

Types

Général	Central processing unit (CPU) Processeur graphique (GPU) General-purpose processing on graphics processing units (GPGPU) Processeur vectoriel Coprocesseur Application-specific integrated circuit (ASIC) System in package (SiP)
Par usage	Système embarqué Microprocesseur Multi-cœur Multiprocesseur Microcontrôleur Processeur softcore
On chip	Système sur une puce (SoC) Programmable (PSoC) Réseau sur une puce (NoC)
Accélération matérielle	Accelerated processing unit (APU) Puce d'accélération de réseaux de neurones (NPU) Processeur d'images (IPU) Processeur physique (PPU) Processeur de signal numérique (DSP) Tensor Processing Unit (TPU) Cryptoprocesseur sécurisé Processeur réseau (NPU) Processeur de bande de base (BP)

Microarchitecture

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Registre	Registre de processeur Registre d'état Banc de registres Registre à décalage Registre tampon mémoire Registre d'adresse mémoire Compteur ordinal
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