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index 92b79a5a3f5fc05c46bd4ed41ae93df649329d24..0b0aa634edd5dbbbb1648db2f28822b6229129a3 100644 (file)
@@ -618,562 +618,7 @@ Predication has been left out of the above example for simplicity.
 
 # V-Extension to Simple-V Comparative Analysis
 
-This section covers the ways in which Simple-V is comparable
-to, or more flexible than, V-Extension (V2.3-draft).  Also covered is
-one major weak-point (register files are fixed size, where V is
-arbitrary length), and how best to deal with that, should V be adapted
-to be on top of Simple-V.
-
-The first stages of this section go over each of the sections of V2.3-draft V
-where appropriate
-
-## 17.3 Shape Encoding
-
-Simple-V's proposed means of expressing whether a register (from the
-standard integer or the standard floating-point file) is a scalar or
-a vector is to simply set the vector length to 1.  The instruction
-would however have to specify which register file (integer or FP) that
-the vector-length was to be applied to.
-
-Extended shapes (2-D etc) would not be part of Simple-V at all.
-
-## 17.4 Representation Encoding
-
-Simple-V would not have representation-encoding.  This is part of
-polymorphism, which is considered too complex to implement (TODO: confirm?)
-
-## 17.5 Element Bitwidth
-
-This is directly equivalent to Simple-V's "Packed", and implies that
-integer (or floating-point) are divided down into vector-indexable
-chunks of size Bitwidth.
-
-In this way it becomes possible to have ADD effectively and implicitly
-turn into ADDb (8-bit add), ADDw (16-bit add) and so on, and where
-vector-length has been set to greater than 1, it becomes a "Packed"
-(SIMD) instruction.
-
-It remains to be decided what should be done when RV32 / RV64 ADD (sized)
-opcodes are used.  One useful idea would be, on an RV64 system where
-a 32-bit-sized ADD was performed, to simply use the least significant
-32-bits of the register (exactly as is currently done) but at the same
-time to *respect the packed bitwidth as well*.
-
-The extended encoding (Table 17.6) would not be part of Simple-V.
-
-## 17.6 Base Vector Extension Supported Types
-
-TODO: analyse.  probably exactly the same.
-
-## 17.7 Maximum Vector Element Width
-
-No equivalent in Simple-V
-
-## 17.8 Vector Configuration Registers
-
-TODO: analyse.
-
-## 17.9 Legal Vector Unit Configurations
-
-TODO: analyse
-
-## 17.10 Vector Unit CSRs
-
-TODO: analyse
-
-> Ok so this is an aspect of Simple-V that I hadn't thought through,
-> yet (proposal / idea only a few days old!).  in V2.3-Draft ISA Section
-> 17.10 the CSRs are listed.  I note that there's some general-purpose
-> CSRs (including a global/active vector-length) and 16 vcfgN CSRs.  i
-> don't precisely know what those are for.
-
->  In the Simple-V proposal, *every* register in both the integer
-> register-file *and* the floating-point register-file would have at
-> least a 2-bit "data-width" CSR and probably something like an 8-bit
-> "vector-length" CSR (less in RV32E, by exactly one bit).
-
->  What I *don't* know is whether that would be considered perfectly
-> reasonable or completely insane.  If it turns out that the proposed
-> Simple-V CSRs can indeed be stored in SRAM then I would imagine that
-> adding somewhere in the region of 10 bits per register would be... okay? 
-> I really don't honestly know.
-
->  Would these proposed 10-or-so-bit per-register Simple-V CSRs need to
-> be multi-ported? No I don't believe they would.
-
-## 17.11 Maximum Vector Length (MVL)
-
-Basically implicitly this is set to the maximum size of the register
-file multiplied by the number of 8-bit packed ints that can fit into
-a register (4 for RV32, 8 for RV64 and 16 for RV128).
-
-## !7.12 Vector Instruction Formats
-
-No equivalent in Simple-V because *all* instructions of *all* Extensions
-are implicitly parallelised (and packed).
-
-## 17.13 Polymorphic Vector Instructions
-
-Polymorphism (implicit type-casting) is deliberately not supported
-in Simple-V.
-
-## 17.14 Rapid Configuration Instructions
-
-TODO: analyse if this is useful to have an equivalent in Simple-V
-
-## 17.15 Vector-Type-Change Instructions
-
-TODO: analyse if this is useful to have an equivalent in Simple-V
-
-## 17.16 Vector Length
-
-Has a direct corresponding equivalent.
-
-## 17.17 Predicated Execution
-
-Predicated Execution is another name for "masking" or "tagging".  Masked
-(or tagged) implies that there is a bit field which is indexed, and each
-bit associated with the corresponding indexed offset register within
-the "Vector".  If the tag / mask bit is 1, when a parallel operation is
-issued, the indexed element of the vector has the operation carried out.
-However if the tag / mask bit is *zero*, that particular indexed element
-of the vector does *not* have the requested operation carried out.
-
-In V2.3-draft V, there is a significant (not recommended) difference:
-the zero-tagged elements are *set to zero*.  This loses a *significant*
-advantage of mask / tagging, particularly if the entire mask register
-is itself a general-purpose register, as that general-purpose register
-can be inverted, shifted, and'ed, or'ed and so on.  In other words
-it becomes possible, especially if Carry/Overflow from each vector
-operation is also accessible, to do conditional (step-by-step) vector
-operations including things like turn vectors into 1024-bit or greater
-operands with very few instructions, by treating the "carry" from
-one instruction as a way to do "Conditional add of 1 to the register
-next door".  If V2.3-draft V sets zero-tagged elements to zero, such
-extremely powerful techniques are simply not possible.
-
-It is noted that there is no mention of an equivalent to BEXT (element
-skipping) which would be particularly fascinating and powerful to have.
-In this mode, the "mask" would skip elements where its mask bit was zero
-in either the source or the destination operand.
-
-Lots to be discussed.
-
-## 17.18 Vector Load/Store Instructions
-
-The Vector Load/Store instructions as proposed in V are extremely powerful
-and can be used for reordering and regular restructuring.
-
-Vector Load:
-
-    if (unit-strided) stride = elsize;
-    else stride = areg[as2]; // constant-strided
-    for (int i=0; i<vl; ++i)
-      if ([!]preg[p][i])
-        for (int j=0; j<seglen+1; j++)
-          vreg[vd+j][i] = mem[areg[as1] + (i*(seglen+1)+j)*stride];
-
-Store:
-
-    if (unit-strided) stride = elsize;
-    else stride = areg[as2]; // constant-strided
-    for (int i=0; i<vl; ++i)
-      if ([!]preg[p][i])
-        for (int j=0; j<seglen+1; j++)
-          mem[areg[base] + (i*(seglen+1)+j)*stride] = vreg[vd+j][i];
-
-Indexed Load:
-
-    for (int i=0; i<vl; ++i)
-      if ([!]preg[p][i])
-        for (int j=0; j<seglen+1; j++)
-          vreg[vd+j][i] = mem[sreg[base] + vreg[vs2][i] + j*elsize];
-
-Indexed Store:
-
-    for (int i=0; i<vl; ++i)
-    if ([!]preg[p][i])
-      for (int j=0; j<seglen+1; j++)
-        mem[sreg[base] + vreg[vs2][i] + j*elsize] = vreg[vd+j][i];
-
-Keeping these instructions as-is for Simple-V is highly recommended.
-However: one of the goals of this Extension is to retro-fit (re-use)
-existing RV Load/Store:
-
-[[!table  data="""
-31                  20 | 19      15 | 14    12 | 11           7 | 6         0 |
-       imm[11:0]       |     rs1    |  funct3  |       rd       |    opcode |
-            12         |      5     |    3     |        5       |      7 |
-       offset[11:0]    |    base    |  width   |      dest      |    LOAD |
-"""]]
-
-[[!table  data="""
-31          25 | 24    20 | 19     15 | 14    12 | 11          7 | 6         0 |
- imm[11:5]     |   rs2    |    rs1    |  funct3  |   imm[4:0]    |    opcode |
-      7        |    5     |     5     |    3     |       5       |      7 |
- offset[11:5]  |   src    |   base    |  width   |  offset[4:0]  |   STORE |
-"""]]
-
-The RV32 instruction opcodes as follows:
-
-[[!table  data="""
-31 28  27 | 26 25 | 24  20 |19  15  |14| 13 12 | 11   7 | 6     0 | op  |
-imm[4:0]  | 00    | 00000  |    rs1 | 1| m     | vd     | 0000111 | VLD |
-imm[4:0]  | 01    |   rs2  |    rs1 | 1| m     | vd     | 0000111 | VLDS|
-imm[4:0]  | 11    |   vs2  |    rs1 | 1| m     | vd     | 0000111 | VLDX|
-vs3       | 00    | 00000  |    rs1 |1 | m     |imm[4:0]| 0100111 |VST  |
-vs3       | 01    | rs2    |    rs1 |1 | m     |imm[4:0]| 0100111 |VSTS |
-vs3       | 11    | vs2    |    rs1 |1 | m     |imm[4:0]| 0100111 |VSTX |
-"""]]
-
-Conversion on LOAD as follows:
-
-* rd or rs1 are CSR-vectorised indicating "Vector Mode"
-* rd equivalent to vd
-* rs1 equivalent to rs1
-* imm[4:0] from RV format (11..7]) is same
-* imm[9:5] from RV format (29..25] is rs2 (rs2=00000 for VLD)
-* imm[11:10] from RV format (31..30] is opcode (VLD, VLDS, VLDX)
-* width from RV format (14..12) is same (width and zero/sign extend)
-
-[[!table  data="""
-31 30 | 29 25 | 24    20 | 19 15 | 14  12 | 11      7 | 6    0 |
-imm[11:0]              ||| rs1   | funct3 | rd        | opcode |
-2     | 5     | 5        | 5     | 3      | 5         | 7      |
-00    | 00000 | imm[4:0] | base  | width  | dest      | LOAD   |
-01    | rs2   | imm[4:0] | base  | width  | dest      | LOAD.S |
-11    | rs2   | imm[4:0] | base  | width  | dest      | LOAD.X |
-"""]]
-
-Similar conversion on STORE as follows:
-
-[[!table  data="""
-31 30 | 29  25 | 24   20 | 19 15 | 14  12 | 11      7 | 6    0 |
-imm[11:0]              ||| rs1   | funct3 | rd        | opcode |
-2     | 5      | 5       | 5     | 3      | 5         | 7      |
-00    | 00000  | src     | base  | width  | offs[4:0] | LOAD   |
-01    | rs3    | src     | base  | width  | offs[4:0] | LOAD.S |
-11    | rs3    | src     | base  | width  | offs[4:0] | LOAD.X |
-"""]]
-
-Notes:
-
-* Predication CSR-marking register is not explicitly shown in instruction
-* In both LOAD and STORE, it is possible now to rs2 (or rs3) as a vector.
-* That in turn means that Indexed Load need not have an explicit opcode
-* That in turn means that bit 30 may indicate "stride" and bit 31 is free
-
-Revised LOAD:
-
-[[!table  data="""
-31 | 30 | 29 25 | 24    20 | 19 15 | 14   12 | 11 7 | 6    0 |
-imm[11:0]               |||| rs1   | funct3  | rd   | opcode |
-1  | 1  |  5    | 5        | 5     | 3       | 5    | 7      |
-?  | s  |  rs2  | imm[4:0] | base  | width   | dest | LOAD   |
-"""]]
-
-Where in turn the pseudo-code may now combine the two:
-
-    if (unit-strided) stride = elsize;
-    else stride = areg[as2]; // constant-strided
-    for (int i=0; i<vl; ++i)
-      if ([!]preg[p][i])
-        for (int j=0; j<seglen+1; j++)
-        {
-          if CSRvectorised[rs2])
-             offs = vreg[rs2][i]
-          else
-             offs = i*(seglen+1)*stride;
-          vreg[vd+j][i] = mem[sreg[base] + offs + j*stride];
-        }
-
-Notes:
-
-* j is multiplied by stride, not elsize, including in the rs2 vectorised case.
-* There may be more sophisticated variants involving the 31st bit, however
-  it would be nice to reserve that bit for post-increment of address registers
-*
-
-## 17.19 Vector Register Gather
-
-TODO
-
-## TODO, sort
-
-> However, there are also several features that go beyond simply attaching VL
-> to a scalar operation and are crucial to being able to vectorize a lot of
-> code.  To name a few:
-> - Conditional execution (i.e., predicated operations)
-> - Inter-lane data movement (e.g. SLIDE, SELECT)
-> - Reductions (e.g., VADD with a scalar destination)
-
- Ok so the Conditional and also the Reductions is one of the reasons
- why as part of SimpleV / variable-SIMD / parallelism (gah gotta think
- of a decent name) i proposed that it be implemented as "if you say r0
- is to be a vector / SIMD that means operations actually take place on
- r0,r1,r2... r(N-1)".
-
- Consequently any parallel operation could be paused (or... more
- specifically: vectors disabled by resetting it back to a default /
- scalar / vector-length=1) yet the results would actually be in the
- *main register file* (integer or float) and so anything that wasn't
- possible to easily do in "simple" parallel terms could be done *out*
- of parallel "mode" instead.
-
- I do appreciate that the above does imply that there is a limit to the
- length that SimpleV (whatever) can be parallelised, namely that you
- run out of registers!  my thought there was, "leave space for the main
- V-Ext proposal to extend it to the length that V currently supports".
- Honestly i had not thought through precisely how that would work.
-
- Inter-lane (SELECT) i saw 17.19 in V2.3-Draft p117, I liked that,
- it reminds me of the discussion with Clifford on bit-manipulation
- (gather-scatter except not Bit Gather Scatter, *data* gather scatter): if
- applied "globally and outside of V and P" SLIDE and SELECT might become
- an extremely powerful way to do fast memory copy and reordering [2[.
-
- However I haven't quite got my head round how that would work: i am
- used to the concept of register "tags" (the modern term is "masks")
- and i *think* if "masks" were applied to a Simple-V-enhanced LOAD /
- STORE you would get the exact same thing as SELECT.
-
- SLIDE you could do simply by setting say r0 vector-length to say 16
- (meaning that if referred to in any operation it would be an implicit
- parallel operation on *all* registers r0 through r15), and temporarily
- set say.... r7 vector-length to say... 5.  Do a LOAD on r7 and it would
- implicitly mean "load from memory into r7 through r11".  Then you go
- back and do an operation on r0 and ta-daa, you're actually doing an
- operation on a SLID {SLIDED?) vector.
-
- The advantage of Simple-V (whatever) over V would be that you could
- actually do *operations* in the middle of vectors (not just SLIDEs)
- simply by (as above) setting r0 vector-length to 16 and r7 vector-length
- to 5.  There would be nothing preventing you from doing an ADD on r0
- (which meant do an ADD on r0 through r15) followed *immediately in the
- next instruction with no setup cost* a MUL on r7 (which actually meant
- "do a parallel MUL on r7 through r11").
-
- btw it's worth mentioning that you'd get scalar-vector and vector-scalar
- implicitly by having one of the source register be vector-length 1
- (the default) and one being N > 1.  but without having special opcodes
- to do it.  i *believe* (or more like "logically infer or deduce" as
- i haven't got access to the spec) that that would result in a further
- opcode reduction when comparing [draft] V-Ext to [proposed] Simple-V.
-
- Also, Reduction *might* be possible by specifying that the destination be
- a scalar (vector-length=1) whilst the source be a vector.  However... it
- would be an awful lot of work to go through *every single instruction*
- in *every* Extension, working out which ones could be parallelised (ADD,
- MUL, XOR) and those that definitely could not (DIV, SUB).  Is that worth
- the effort?  maybe.  Would it result in huge complexity? probably.
- Could an implementor just go "I ain't doing *that* as parallel!
- let's make it virtual-parallelism (sequential reduction) instead"?
- absolutely.  So, now that I think it through, Simple-V (whatever)
- covers Reduction as well.  huh, that's a surprise.
-
-
-> - Vector-length speculation (making it possible to vectorize some loops with
-> unknown trip count) - I don't think this part of the proposal is written
-> down yet.
-
- Now that _is_ an interesting concept.  A little scary, i imagine, with
- the possibility of putting a processor into a hard infinite execution
- loop... :)
-
-
-> Also, note the vector ISA consumes relatively little opcode space (all the
-> arithmetic fits in 7/8ths of a major opcode).  This is mainly because data
-> type and size is a function of runtime configuration, rather than of opcode.
-
- yes.  i love that aspect of V, i am a huge fan of polymorphism [1]
- which is why i am keen to advocate that the same runtime principle be
- extended to the rest of the RISC-V ISA [3]
-
- Yikes that's a lot.  I'm going to need to pull this into the wiki to
- make sure it's not lost.
-
-[1] inherent data type conversion: 25 years ago i designed a hypothetical
-hyper-hyper-hyper-escape-code-sequencing ISA based around 2-bit
-(escape-extended) opcodes and 2-bit (escape-extended) operands that
-only required a fixed 8-bit instruction length.  that relied heavily
-on polymorphism and runtime size configurations as well.  At the time
-I thought it would have meant one HELL of a lot of CSRs... but then I
-met RISC-V and was cured instantly of that delusion^Wmisapprehension :)
-
-[2] Interestingly if you then also add in the other aspect of Simple-V
-(the data-size, which is effectively functionally orthogonal / identical
-to "Packed" of Packed-SIMD), masked and packed *and* vectored LOAD / STORE
-operations become byte / half-word / word augmenters of B-Ext's proposed
-"BGS" i.e. where B-Ext's BGS dealt with bits, masked-packed-vectored
-LOAD / STORE would deal with 8 / 16 / 32 bits at a time.  Where it
-would get really REALLY interesting would be masked-packed-vectored
-B-Ext BGS instructions.  I can't even get my head fully round that,
-which is a good sign that the combination would be *really* powerful :)
-
-[3] ok sadly maybe not the polymorphism, it's too complicated and I
-think would be much too hard for implementors to easily "slide in" to an
-existing non-Simple-V implementation.  i say that despite really *really*
-wanting IEEE 704 FP Half-precision to end up somewhere in RISC-V in some
-fashion, for optimising 3D Graphics.  *sigh*.
-
-## TODO: analyse, auto-increment on unit-stride and constant-stride
-
-so i thought about that for a day or so, and wondered if it would be
-possible to propose a variant of zero-overhead loop that included
-auto-incrementing the two address registers a2 and a3, as well as
-providing a means to interact between the zero-overhead loop and the
-vsetvl instruction.  a sort-of pseudo-assembly of that would look like:
-
-    # a2 to be auto-incremented by t0 times 4
-    zero-overhead-set-auto-increment a2, t0, 4
-    # a2 to be auto-incremented by t0 times 4
-    zero-overhead-set-auto-increment a3, t0, 4
-    zero-overhead-set-loop-terminator-condition a0 zero
-    zero-overhead-set-start-end stripmine, stripmine+endoffset
-    stripmine:
-    vsetvl t0,a0
-    vlw v0, a2
-    vlw v1, a3
-    vfma v1, a1, v0, v1
-    vsw v1, a3
-    sub a0, a0, t0
-    stripmine+endoffset:
-
-the question is: would something like this even be desirable?  it's a
-variant of auto-increment [1].  last time i saw any hint of auto-increment
-register opcodes was in the 1980s... 68000 if i recall correctly... yep
-see [1]
-
-[1] http://fourier.eng.hmc.edu/e85_old/lectures/instruction/node6.html
-
-Reply:
-
-Another option for auto-increment is for vector-memory-access instructions
-to support post-increment addressing for unit-stride and constant-stride
-modes.  This can be implemented by the scalar unit passing the operation
-to the vector unit while itself executing an appropriate multiply-and-add
-to produce the incremented address.  This does *not* require additional
-ports on the scalar register file, unlike scalar post-increment addressing
-modes.
-
-## TODO: instructions (based on Hwacha) V-Ext duplication analysis
-
-This is partly speculative due to lack of access to an up-to-date
-V-Ext Spec (V2.3-draft RVV 0.4-Draft at the time of writing).  However
-basin an analysis instead on Hwacha, a cursory examination shows over
-an **85%** duplication of V-Ext operand-related instructions when
-compared to Simple-V on a standard RG64G base.   Even Vector Fetch
-is analogous to "zero-overhead loop".
-
-Exceptions are:
-
-* Vector Indexed Memory Instructions (non-contiguous)
-* Vector Atomic Memory Instructions.
-* Some of the Vector Misc ops: VEIDX, VFIRST, VCLASS, VPOPC
-  and potentially more.
-* Consensual Jump
-
-Table of RV32V Instructions
-
-| RV32V      | RV Equivalent (FP)   | RV Equivalent (Int) | Notes |
-| -----      | --- | |   |
-| VADD       | FADD    | ADD |   |
-| VSUB       | FSUB    | SUB |   |
-| VSL        |     | SLL |   |
-| VSR        |     | SRL |   |
-| VAND       |     | AND |   |
-| VOR        |     | OR |   |
-| VXOR       |     | XOR |   |
-| VSEQ       | FEQ | BEQ | {1} |
-| VSNE       | !FEQ | BNE | {1} |
-| VSLT       | FLT    | BLT | {1} |
-| VSGE       | !FLE | BGE | {1} |
-| VCLIP      |     | |   |
-| VCVT       | FCVT    | |   |
-| VMPOP      |     | |   |
-| VMFIRST    |     | |   |
-| VEXTRACT   |     | |   |
-| VINSERT    |     | |   |
-| VMERGE     |     | |   |
-| VSELECT    |     | |   |
-| VSLIDE     |     | |   |
-| VDIV       | FDIV    | DIV |   |
-| VREM       |     | REM |   |
-| VMUL       | FMUL    | MUL |   |
-| VMULH      |     | |   |
-| VMIN       | FMIN    | |   |
-| VMAX       | FMUX    | |   |
-| VSGNJ      | FSGNJ    | |   |
-| VSGNJN     | FSGNJN    | |   |
-| VSGNJX     | FSNGJX    | |   |
-| VSQRT      | FSQRT    | |   |
-| VCLASS     |     | |   |
-| VPOPC      |     | |   |
-| VADDI      |     | ADDI |   |
-| VSLI       |     | SLI |   |
-| VSRI       |     | SRI |   |
-| VANDI      |     | ANDI |   |
-| VORI       |     | ORI |   |
-| VXORI      |     | XORI |   |
-| VCLIPI     |     | |   |
-| VMADD      | FMADD    | |   |
-| VMSUB      | FMSUB    | |   |
-| VNMADD     | FNMSUB    | |   |
-| VNMSUB     | FNMADD    | |   |
-| VLD        | FLD    | LD |   |
-| VLDS       |     | LW |   |
-| VLDX       |     | LWU |   |
-| VST        | FST    | ST |   |
-| VSTS       |     | |   |
-| VSTX       |     | |   |
-| VAMOSWAP   |     | AMOSWAP |   |
-| VAMOADD    |     | AMOADD |   |
-| VAMOAND    |     | AMOAND |   |
-| VAMOOR     |     | AMOOR |   |
-| VAMOXOR    |     | AMOXOR |   |
-| VAMOMIN    |     | AMOMIN |   |
-| VAMOMAX    |     | AMOMAX |   |
-
-Notes:
-
-* {1} retro-fit predication variants into branch instructions (base and C),
-  decoding triggered by CSR bit marking register as "Vector type".
-
-## TODO: sort
-
-> I suspect that the "hardware loop" in question is actually a zero-overhead
-> loop unit that diverts execution from address X to address Y if a certain
-> condition is met.
-
- not quite.  The zero-overhead loop unit interestingly would be at
-an [independent] level above vector-length.  The distinctions are
-as follows:
-
-* Vector-length issues *virtual* instructions where the register
-  operands are *specifically* altered (to cover a range of registers),
-  whereas zero-overhead loops *specifically* do *NOT* alter the operands
-  in *ANY* way.
-
-* Vector-length-driven "virtual" instructions are driven by *one*
- and *only* one instruction (whether it be a LOAD, STORE, or pure
- one/two/three-operand opcode) whereas zero-overhead loop units
- specifically apply to *multiple* instructions.
-
-Where vector-length-driven "virtual" instructions might get conceptually
-blurred with zero-overhead loops is LOAD / STORE.  In the case of LOAD /
-STORE, to actually be useful, vector-length-driven LOAD / STORE should
-increment the LOAD / STORE memory address to correspondingly match the
-increment in the register bank.  example:
-
-* set vector-length for r0 to 4
-* issue RV32 LOAD from addr 0x1230 to r0
-
-translates effectively to:
-
-* RV32 LOAD from addr 0x1230 to r0
-* ...
-* ...
-* RV32 LOAD from addr 0x123B to r3
+This section has been moved to its own page [[v_comparative_analysis]]
 
 # P-Ext ISA