clarify
[libreriscv.git] / simple_v_extension / simple_v_chennai_2018.tex
index 9c5eab707800afa566e0ff7cd456cfbcff978086..a2c45ce6f334b6fb5d3ff757872f9608c2503f0d 100644 (file)
@@ -82,7 +82,8 @@
                 of pipeline setup, amount of state to context switch
                 and software portability\vspace{4pt}
    \item How?
-            By implicitly marking INT/FP regs as "Vectorised",\\
+            By marking INT/FP regs as "Vectorised" and
+            adding a level of indirection,
             SV expresses how existing instructions should act 
             on [contiguous] blocks of registers, in parallel.\vspace{4pt}
    \item What?
 \frame{\frametitle{How is Parallelism abstracted in Simple-V?}
 
  \begin{itemize}
-   \item Register "typing" turns any op into an implicit Vector op\vspace{10pt}
+   \item Register "typing" turns any op into an implicit Vector op:\\
+         registers are reinterpreted through a level of indirection
    \item Primarily at the Instruction issue phase (except SIMD)\\
          Note: it's ok to pass predication through to ALU (like SIMD)
    \item Standard (and future, and custom) opcodes now parallel\vspace{10pt}
    \item Predication in INT regs as a BIT field (max VL=XLEN)
    \item Minimum VL must be Num Regs - 1 (all regs single LD/ST)
    \item SV may condense sparse Vecs: RVV lets ALU do predication
-   \item NO ZEROING: non-predicated elements are skipped
+   \item Choice to Zero or skip non-predicated elements
   \end{itemize}
 }
 
 \frametitle{ADD pseudocode (or trap, or actual hardware loop)}
 
 \begin{semiverbatim}
-function op_add(rd, rs1, rs2, predr) # add not VADD!
+function op\_add(rd, rs1, rs2, predr) # add not VADD!
   int i, id=0, irs1=0, irs2=0;
   for (i = 0; i < VL; i++)
     if (ireg[predr] & 1<<i) # predication uses intregs
        ireg[rd+id] <= ireg[rs1+irs1] + ireg[rs2+irs2];
-    if (reg_is_vectorised[rd]) \{ id += 1; \}
-    if (reg_is_vectorised[rs1]) \{ irs1 += 1; \}
-    if (reg_is_vectorised[rs2]) \{ irs2 += 1; \}
+    if (reg\_is\_vectorised[rd]) \{ id += 1; \}
+    if (reg\_is\_vectorised[rs1]) \{ irs1 += 1; \}
+    if (reg\_is\_vectorised[rs2]) \{ irs2 += 1; \}
 \end{semiverbatim}
 
   \begin{itemize}
+   \item Above is oversimplified: Reg. indirection left out (for clarity).
    \item SIMD slightly more complex (case above is elwidth = default)
    \item Scalar-scalar and scalar-vector and vector-vector now all in one
    \item OoO may choose to push ADDs into instr. queue (v. busy!)
@@ -276,8 +279,8 @@ function op_add(rd, rs1, rs2, predr) # add not VADD!
 \frametitle{Predication-Branch (or trap, or actual hardware loop)}
 
 \begin{semiverbatim}
-s1 = reg_is_vectorised(src1);
-s2 = reg_is_vectorised(src2);
+s1 = reg\_is\_vectorised(src1);
+s2 = reg\_is\_vectorised(src2);
 if (!s2 && !s1) goto branch;
 for (int i = 0; i < VL; ++i)
    if cmp(s1 ? reg[src1+i] : reg[src1],
@@ -300,9 +303,9 @@ for (int i = 0; i < VL; ++i)
 if (unit-strided) stride = elsize;
 else stride = areg[as2]; // constant-strided
 for (int i = 0; i < VL; ++i)
-  if (preg_enabled[rd] && ([!]preg[rd] & 1<<i))
+  if (preg\_enabled[rd] && ([!]preg[rd] & 1<<i))
     for (int j = 0; j < seglen+1; j++)
-      if (reg_is_vectorised[rs2]) offs = vreg[rs2+i]
+      if (reg\_is\_vectorised[rs2]) offs = vreg[rs2+i]
       else offs = i*(seglen+1)*stride;
       vreg[rd+j][i] = mem[sreg[base] + offs + j*stride]
 \end{semiverbatim}
@@ -318,6 +321,7 @@ for (int i = 0; i < VL; ++i)
 
  \begin{itemize}
    \item Same register(s) can have multiple "interpretations"
+   \item Set "real" register (scalar) without needing to set/unset CSRs.
    \item xBitManip plus SIMD plus xBitManip = Hi/Lo bitops
    \item (32-bit GREV plus 4x8-bit SIMD plus 32-bit GREV:\\
             GREV @ VL=N,wid=32; SIMD @ VL=Nx4,wid=8)
@@ -325,7 +329,7 @@ for (int i = 0; i < VL; ++i)
             (BEXT/BDEP @ VL=N,wid=32; SIMD @ VL=Nx4,wid=8)
    \item Same register(s) can be offset (no need for VSLIDE)\vspace{6pt}
   \end{itemize}
-  Note:\vspace{10pt}
+  Note:
    \begin{itemize}
    \item xBitManip reduces O($N^{6}$) SIMD down to O($N^{3}$)
    \item Hi-Performance: Macro-op fusion (more pipeline stages?)
@@ -333,19 +337,22 @@ for (int i = 0; i < VL; ++i)
 }
 
 
-\frame{\frametitle{Why no Zeroing (place zeros in non-predicated elements)?}
+\frame{\frametitle{To Zero or not to place zeros in non-predicated elements?}
 
  \begin{itemize}
-   \item Zeroing is an implementation optimisation favouring OoO\vspace{8pt}
-   \item Simple implementations may skip non-predicated operations\vspace{8pt}
-   \item Simple implementations explicitly have to destroy data\vspace{8pt}
+   \item Zeroing is an implementation optimisation favouring OoO
+   \item Simple implementations may skip non-predicated operations
+   \item Simple implementations explicitly have to destroy data
    \item Complex implementations may use reg-renames to save power\\
             Zeroing on predication chains makes optimisation harder
+   \item Compromise: REQUIRE both (specified in predication CSRs).
   \end{itemize}
-  Considerations:\vspace{10pt}
+  Considerations:
   \begin{itemize}
-   \item Complex not really impacted, Simple impacted a LOT
-   \item Overlapping "Vectors" may issue overlapping ops
+   \item Complex not really impacted, simple impacted a LOT\\
+         with Zeroing... however it's useful (memzero)
+   \item Non-zero'd overlapping "Vectors" may issue overlapping ops\\
+            (2nd op's predicated elements slot in 1st's non-predicated ops)
    \item Please don't use Vectors for "security" (use Sec-Ext)
   \end{itemize}
 }
@@ -363,8 +370,8 @@ for (int i = 0; i < VL; ++i)
    \item key is int regfile number or FP regfile number (1 bit)\vspace{6pt}
    \item register to be predicated if referred to (5 bits, key)\vspace{6pt}
    \item register to store actual predication in (5 bits, value)\vspace{6pt}
-   \item predication is inverted (1 bit)\vspace{6pt}
-   \item non-predicated elements are to be zero'd (1 bit)\vspace{6pt}
+   \item predication is inverted Y/N (1 bit)\vspace{6pt}
+   \item non-predicated elements are to be zero'd Y/N (1 bit)\vspace{6pt}
   \end{itemize}
   Notes:\vspace{10pt}
    \begin{itemize}
@@ -375,6 +382,53 @@ for (int i = 0; i < VL; ++i)
 }
 
 
+\begin{frame}[fragile]
+\frametitle{Predication key-value CSR table decoding pseudocode}
+
+\begin{semiverbatim}
+struct pred fp\_pred[32];
+struct pred int\_pred[32];
+
+for (i = 0; i < 16; i++) // 16 CSRs?
+   tb = int\_pred if CSRpred[i].type == 0 else fp\_pred
+   idx = CSRpred[i].regidx
+   tb[idx].zero     = CSRpred[i].zero
+   tb[idx].inv      = CSRpred[i].inv
+   tb[idx].predidx  = CSRpred[i].predidx
+   tb[idx].enabled  = true
+\end{semiverbatim}
+
+ \begin{itemize}
+   \item All 64 (int and FP) Entries zero'd before setting
+   \item Might be a bit complex to set up (TBD)
+  \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+
+\begin{frame}[fragile]
+\frametitle{Get Predication value pseudocode}
+
+\begin{semiverbatim}
+def get\_pred\_val(bool is\_fp\_op, int reg):
+   tb = int\_pred if is\_fp\_op else fp\_pred
+   if (!tb[reg].enabled):
+      return ~0x0              // all ops enabled
+   predidx = tb[reg].predidx   // redirection occurs HERE
+   predicate = intreg[predidx] // actual predicate HERE
+   if (tb[reg].inv):
+      predicate = ~predicate
+   return predicate
+\end{semiverbatim}
+
+ \begin{itemize}
+   \item References different (internal) mapping table for INT or FP
+   \item Actual predicate bitmask ALWAYS from the INT regfile
+  \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+
 \frame{\frametitle{Register key-value CSR store}
 
  \begin{itemize}
@@ -392,6 +446,53 @@ for (int i = 0; i < VL; ++i)
 }
 
 
+\begin{frame}[fragile]
+\frametitle{Register key-value CSR table decoding pseudocode}
+
+\begin{semiverbatim}
+struct vectorised fp\_vec[32];
+struct vectorised int\_vec[32];
+
+for (i = 0; i < 16; i++) // 16 CSRs?
+   tb = int\_vec if CSRvectortb[i].type == 0 else fp\_vec
+   idx = CSRvectortb[i].regidx
+   tb[idx].elwidth  = CSRpred[i].elwidth
+   tb[idx].regidx   = CSRpred[i].regidx
+   tb[idx].isvector = true
+\end{semiverbatim}
+
+ \begin{itemize}
+   \item All 64 (int and FP) Entries zero'd before setting
+   \item Might be a bit complex to set up (TBD)
+  \end{itemize}
+
+\end{frame}
+
+
+\begin{frame}[fragile]
+\frametitle{ADD pseudocode with redirection, this time}
+
+\begin{semiverbatim}
+function op\_add(rd, rs1, rs2, predr) # add not VADD!
+  int i, id=0, irs1=0, irs2=0;
+  rd  = int\_vec[rd ].isvector ? int\_vec[rd ].regidx : rd;
+  rs1 = int\_vec[rs1].isvector ? int\_vec[rs1].regidx : rs1;
+  rs2 = int\_vec[rs2].isvector ? int\_vec[rs2].regidx : rs2;
+  predval = get\_pred\_val(FALSE, rd);
+  for (i = 0; i < VL; i++)
+    if (predval \& 1<<i) # predication uses intregs
+       ireg[rd+id] <= ireg[rs1+irs1] + ireg[rs2+irs2];
+    if (int\_vec[rd ].isvector)  \{ id += 1; \}
+    if (int\_vec[rs1].isvector)  \{ irs1 += 1; \}
+    if (int\_vec[rs2].isvector)  \{ irs2 += 1; \}
+\end{semiverbatim}
+
+  \begin{itemize}
+   \item SIMD (elwidth != default) not covered above
+  \end{itemize}
+\end{frame}
+
+
 \frame{\frametitle{C.MV extremely flexible!}
 
  \begin{itemize}
@@ -448,14 +549,17 @@ for (int i = 0; i < VL; ++i)
 \frame{\frametitle{What's the downside(s) of SV?}
  \begin{itemize}
    \item EVERY register operation is inherently parallelised\\
-            (scalar ops are just vectors of length 1)\vspace{8pt}
+            (scalar ops are just vectors of length 1)\vspace{4pt}
    \item An extra pipeline phase is pretty much essential\\
-         for fast low-latency implementations\vspace{8pt}
+         for fast low-latency implementations\vspace{4pt}
    \item Assuming an instruction FIFO, N ops could be taken off\\
          of a parallel op per cycle (avoids filling entire FIFO;\\
-         also is less work per cycle: lower complexity / latency)\vspace{8pt}
+         also is less work per cycle: lower complexity / latency)\vspace{4pt}
    \item With zeroing off, skipping non-predicated elements is hard:\\
-         it is however an optimisation (and could be skipped).
+         it is however an optimisation (and could be skipped).\vspace{4pt}
+   \item Setting up the Register/Predication tables (interpreting the\\
+            CSR key-value stores) might be a bit complex to optimise
+            (any change to a CSR key-value entry needs to redo the table)
   \end{itemize}
 }