패스트캠퍼스 환급챌린지 13일차 : 현실 세상의 컴퓨터공학 지식 with 30가지 실무 시나리오 초격차 패키지 Online. 강의 후기

본 포스팅은 패스트캠퍼스 환급 챌린지 참여를 위해 작성하였습니다.

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공부 시작 시간 - 21:17

 

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비순차적 실행은 현대 CPU가 성능을 극대화하기 위해 사용하는 핵심 개념이다. 명령어 수준 병렬성(Instruction Level Parallelism, ILP)은 각 명령어들이 서로 의존하지 않는 한 동시에 실행할 수 있도록 하여 전체 처리 속도를 높인다. 예를 들어 명령어 윈도우를 사용하면, 명령어 스트림에서 윈도 크기만큼의 범위 내에서 의존성 여부를 검사하여 동시에 실행 가능한 명령어들을 찾아내고, 가장 오래된 명령어가 완료되면 새로운 명령어가 윈도에 추가되어 지속적으로 작업을 수행한다. 만약 4개의 명령어가 모두 서로 의존적이라면 4개를 4 사이클에 처리할 수 있으나, 두 개씩 의존되어 있다면 4개를 2 사이클에 처리할 수 있다. 즉, 의존성이 전혀 없으면 ILP 값은 4가 되지만, 의존성 때문에 처리 사이클이 늘어나면 ILP 값은 낮아진다.

또한, 가짜 의존성 문제를 해결하기 위해 레지스터 리네이밍(Register Renaming)이라는 기술이 사용된다. 코드 상에서 레지스터 사용에 따른 의존성이 실제로는 존재하지 않는 경우가 있다. 예를 들어, Write After Read(WAR) 또는 Write After Write(WAW)와 같은 가짜 의존성이 발생하면, 내부적으로 사용하지 않는 다른 물리 레지스터로 변경하여 진짜 의존성(Read After Write, RAW)과 구분한다. 이때 논리 레지스터와 물리 레지스터의 매핑 정보를 Register Alias Table(RAT)라는 곳에 기록하여, 프로세서가 올바른 데이터를 사용할 수 있게 관리한다.

더불어, 동적 명령어 스케줄링을 위해 Reservation Station이라는 큐(queue)가 마련되어 있다. 이곳은 실행에 필요한 피연산자가 준비될 때까지 대기하는 공간으로, 각각의 명령어가 자신의 피연산자가 모두 준비되면 일감이 없는 실행 장치로 보내진다. 이 과정에서 명령어들은 의존성 검사와 스케줄링을 거쳐 비순차적으로 실행된다. Reservation Station은 모든 대기 명령어의 피연산자 요구사항을 지속적으로 검사하여, 실행 가능한 명령어를 식별해내는 핵심 병목 지점이기도 하다.

명령어 실행 결과가 비순차적으로 완료되는 경우, 순차적 완료(Re-order Buffer, ROB)가 그 결과들을 원래 프로그램 순서대로 커밋(commit)하도록 돕는다. ROB는 Reservation Station에서 명령어가 Issue 될 때부터 해당 명령어의 순서를 기록하고, 실행이 완료되면 그 결과를 차례대로 레지스터나 메모리에 저장한다. 이를 통해 비순차적으로 처리된 명령어의 결과가 프로그램의 예상 순서대로 재정렬되어 최종 결과가 올바르게 나타난다.

이와 같이 명령어 수준 병렬성, 레지스터 리네이밍, Reservation Station, 그리고 Re-order Buffer와 같은 개념들은 CPU가 비순차적으로 명령어를 실행하면서도 최종적으로 순차적인 결과를 보장하는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 기술 덕분에 CPU는 한 사이클 내에 여러 명령어를 동시에 처리할 수 있으며, 전체적인 성능과 처리 효율을 극대화할 수 있게 된다.

현대의 고성능 프로세서에서는 이러한 비순차적 실행 기술이 필수적으로 도입되어 있으며, 개발자나 시스템 설계자가 CPU의 내부 동작 원리를 이해하는 것은 최적화 작업이나 성능 분석에 큰 도움이 된다. 비순차적 실행 개념을 잘 이해하면 프로그램의 병목 현상을 줄이고 효율적인 스케줄링 전략을 세울 수 있어, 시스템 전반의 성능 향상에 기여할 수 있다.

 

 

 

 

공부 종료 시간 - 22:01