Inc Title Patents
Alibaba Storing multiple instructions in a single reordering buffer entry US11467844B2

2025 年 RISC-V 中国峰会上，Xuantie 披露了 C930 的更详细的信息，其中有提到 C930 使用了可压缩的 ROB 设计，与这篇专利相近。
这篇专利 2021 年发布，考虑到 C930 的研发周期，C930 很可能采用了该专利进行 ROB 压缩设计。

主要涉及处理器架构中的指令重排序缓冲器（Reorder Buffer, ROB）优化技术。
其核心创新在于：在单个 ROB Entry 中存储多条指令的信息，从而在不显著增加硬件资源的前提下，提升处理器的指令处理能力和并行 Retirement 效率

针对问题

  • ROB 容量有限，若无法为新译码的指令分配条目，流水线将被阻塞
  • Entry 数越多，处理器能并行跟踪的指令越多，但也会占用更多硬件资源
  • 传统 ROB 每个 Entry 只对应一条指令，导致资源利用率低、 Retire 带宽受限

解法：

在单个 ROB Entry 中存储多条指令的信息, 通过共享条目来提升 ROB 的指令容量和 retire 带宽，而不显著增加硬件开销

ROB Entry Fields:

  • IID（Entry Identifier）：条目标识
  • IC（Instruction Counter）：当前条目中存储的指令数量
  • CC（Completion Counter）：尚未执行完成的指令数量
  • Valid
  • Offset Sum: 用于保存所存储的指令与该 Entry 中第一条指令的 PC 偏移，用于跟踪指令流
  • 指令的执行信息

ROB Entry 分配

指令译码时分配 ROB Entry

  • Decode Stage 在一个时钟周期内可译码多条指令（如 4 条），其中相同或相似指令类型会存到一个 ROB Entry 中
  • 译码后的指令信息（如 PC 等）被存入 ROB Entry, ROB Entry 的 IC 和 CC 均 +1
  • ROB Entry 的 IID 传回到译码单元，和指令一起随流水线传递

对于不会触发异常的指令如 ALU 指令，部分浮点和向量指令等，不会为其分配 ROB Entry (这一点可能对于性能的改善更大点，但专利也只是一笔带过)

ROB 分配搜索 Entry 的策略：

  1. 策略 1：搜索存储指令最少的 Entry
    • 好处是空间利用率高， Retire 带宽更高（平均每个 ROB Entry 存储的指令更多）
    • 搜索空间较大，整个 ROB ？
    • 异常回滚复杂
  2. 策略 2: 为新译码的 4 条指令分配新的 ROB Entry
    • ROB Entry 一旦分配，就不再加入新指令直到 Retire
    • 好处是空间利用率和 Retire 带宽相对较低
    • 实现更简单

ROB Entry 更新

指令执行完之后：更新 ROB

  • 根据指令携带的 IID 找到对应的 ROB Entry
  • 更新该 Entry 的 CC 值（减 1），表示一条指令执行完成
  • 更新该 Entry 的其他执行信息