pipeloinnin

Pipelointi on laskennan tekniikka, jossa tehtävä jaetaan useisiin peräkkäisiin vaiheisiin, ja samalla useita tehtäviä käsitellään eri vaiheissa. Tavoitteena on lisätä läpimenovedustaa (throughput) säilyttäen kohtuullinen viive per tehtävä. Pipelointia käytetään laajasti sekä keskussuorittimien arkkitehtuurissa että digitaalisessa signaalin käsittelyssä, tietojenkäsittelyssä ja verkkoputkistoissa.

Toimintaperiaate perustuu siihen, että tehtävä jaetaan useisiin vaiheisiin, kuten haku (fetch), dekoodaus, laskenta (suoritus), muistin käsittely ja kirjoitus takaisin. Eri vaiheissa käsitellään samanaikaisesti eri tehtävän osia, ja tietovirta kulkee putkiston läpi. Jokaisessa vaiheessa on oma tila rekistereissä, jolloin seuraava tehtävä voi siirtyä eteenpäin, vaikka edellinen on vielä käynnissä.

Haasteisiin kuuluu tietoharhat, ohjaushazardit ja rakenteelliset hazardit. Tietoharhoissa seuraavat ohjeet voivat riippua tulevasta tiedosta; ohjaushazardit liittyvät ohjelman haarautumiseen, ja rakenteelliset hazardit syntyvät, jos putkistossa ei ole riittävästi resursseja. Ratkaisut: eteenpäinohjaus (data forwarding tai bypassing), mahdolliset pysäytykset (stalling), haarautumisen ennustaminen ja spekulatiivinen suoritus.

Käyttökohteet ja rajoitteet: yleinen esimerkki on keskussuorittimen ohjainlinja, jossa useita vaiheita muodostaa putken. Pipelointi parantaa läpimenoveden, mutta ei aina pienennä yksittäisen tehtävän latenssia. Putkiston syvyys vaatii huolellista tasapainottamista riippuvuuksien hallintaan. Se on keskeinen osa nykyaikaisten suorittimien suorituskyvyn optimointia, mutta lisää suunnittelun monimutkaisuutta ja energian kulutusta.