superscalaritate

Superscalareitatea (superscalaritate) este o abordare arhitecturală a procesorului prin care unitățile de execuție pot procesa și lansa mai multe instrucțiuni în același ciclu de ceas dintr-un flux unic de instrucțiuni. Scopul este creșterea indicelui de execuție pe ciclu (IPC) prin exploatarea paralelismului la nivel de instrucțiune (ILP). Proiectele moderne folosesc execuție în afara ordinii, redenumire de registre și predicția ramificării pentru a menține un flux de instrucțiuni activ.

Funcționarea implică o logică de dispatch care poate prelua mai multe instrucțiuni, determină care dintre ele pot rula în paralel în unități de execuție (ALU, FPU, unități load/store) și le trimite acelor unități. Dependențele, ramificațiile și accesul la memorie limitează paralelismul; tehnici ca execuția în afara ordinii, redenumirea registrilor și predicția ramificării ajută la menținerea unui volum mare de instrucțiuni disponibile pentru execuție.

Superscalarea se diferențiază de arhitecturile VLIW (Very Long Instruction Word), unde sarcina de programare este în mare parte la compilator; hardware-ul decide paralelismul în funcție de dependențe. SIMD reprezintă un alt tip de paralelism, axat pe operații pe date, dar diferă în scop și structură.

Istoric: ideea execuției multiple pe ciclu a prins contur în anii '80 și s-a răspândit în anii '90 prin procesoare comerciale. Exemple notabile includ Intel Pentium, arhitecturi IBM PowerPC și sisteme Alpha, urmate de evoluții ale AMD și ARM, care au extins performanța prin exploatarea paralelismului la nivel de instrucțiune.

Limitări: dependențele de date, lățimea de bandă a memoriei și predicția ramificării pot limita efectivitatea. În practică, procesoarele moderne sunt de obicei superscalare, cu mai multe unități de execuție, dar complexitatea designului și consumul de putere cresc pe măsură ce se urmăresc niveluri mai ridicate de paralelism.