CS152 · Homework 4 导读
这份导读帮你理解 HW4 在考什么、需要哪些前置知识。它不包含完整解答——答案需要你自己动手推导。
资料来源说明：本地的 hw04-sols.pdf 文件页眉标注的是"2022 年春季"（Assigned 3/12/2022, Due 3/31/2022），而不是 2023 年春季——但经过逐题比对，2022 年版本的全部 5 道题（Trace Scheduling、VLIW SAXPY、向量机、两道多线程题）与 2023 年版本的 hw04.pdf 在代码、图表、表格上完全一致，说明课程组直接沿用了上一年的题目，只是忘记更新解答文件的页眉元数据。此外，hw04.pdf 本身（通常应该是空白的问题集文件）里 Problem 3（向量机流水线图）的表格其实已经被预先填好了答案——这是原始课程材料本身的文档拼装方式，不是本站引入的错误。
一句话总结：用同一段 SAXPY 循环，横向比较四种 VLIW 调度策略（无优化、展开、软件流水线、展开+流水线）的吞吐率提升；分析向量链接如何随通道数增加而压缩流水线周期数；用不同的线程调度策略，计算隐藏特定访存/计算延迟各自需要多少个硬件线程。
针对同一段 ld→fmul→fadd→sd 依赖链循环，依次分析：（A）不做任何优化的调度；（B）展开一次；（C）只做软件流水线（不展开）；（D）展开+流水线同时使用。每种情况都要求你算出循环体的周期数、每周期的 FLOPS 吞吐率、相对（A）的加速比。
与第 14 课的直接呼应：这正是第 14 课"循环展开 0.36 → 软件流水线 1.0 FLOPS/周期"那个例子的变体，只是这里换成了 SAXPY（y=ax+y）而不是简单加法，且延迟参数也不同。解题的关键仍然是：先画出依赖链上每一步的启动/结束周期，再数清楚循环体真正需要多少周期，不要凭直觉估算。
给定一台 8 通道向量机，先分析无链接情况下一次迭代需要多少周期（连续向量指令发射之间的间隔逐条累加）；再分析有链接
与第 17 课的直接呼应：这是"向量链接消除依赖链上的等待"这一机制的定量练习。注意一个容易被忽略的约束：即使有链接，同一条依赖链上连续的向量 ALU 操作之间，仍然存在一个由单个 ALU 吞吐率决定的最小间隔周期数（链接只能让消费者提前开始，不能让同一个功能单元瞬间处理两个操作）——这个约束会限制通道数增加带来的收益上限。 给定不同的访存/浮点运算延迟场景，分别用固定轮转调度和数据相关调度两种策略，计算需要多少个硬件线程才能完全隐藏给定的延迟。 解题时请格外留意"循环携带依赖"和"访存延迟"的区别：如果循环体内存在跨迭代的累加依赖（例如某个浮点累加器 问题 1：Problem 3 中，为什么即使有向量链接，通道数增加带来的收益仍然有上限？ 问题 2：Problem 4-5 中，如果循环体存在跨迭代的浮点累加依赖，计算所需硬件线程数时最容易出错的地方是什么？
Problem 4-5：多线程隐藏延迟
f3 = f3 + f2），真正限制线程数下限的可能是这条循环自身的依赖链长度，而不是单次访存的延迟数字——即使访存延迟很短，如果循环携带依赖本身需要好几个周期才能完成一轮，那才是真正的瓶颈。在计算"数据相关调度"需要多少线程时，务必先确认你分析的是哪一条依赖链在起决定作用，而不是想当然地套用访存延迟的公式——这是本题最容易出错、也最值得反复检查的一步。
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参考资料与延伸阅读
sp23/hw04.pdf（UC Berkeley CS152, Spring 2023）