摘要：

• SMT是一種有前景的方法，能夠用來在超標量流水線中實現高吞吐量
• 在一個四線程的SMT處理器中，亂序執行相對于按序執行而言，能夠帶來的性能優勢很小
• 在某些相對于關注單應用性能，更關注吞吐量的應用領域，SMT+INO可能會比亂序超標量或者亂序SMT更具有成本效益

Motivation：

• 為了提高單線程的性能，出現了更加復雜，激進的技術。硬件的設計復雜性逐漸增加，同時硬件的設計和測試周期都有可能會增加
• 更多的多線程應用出現
• 之前沒有工作比較過SMT在按序和亂序執行中所帶來的性能

論文內容：

• 按序執行模型：每個線程都有一個32個表項的指令隊列。在每個周期，隊列會選擇指令發射到功能部件。線程之間的選擇通過優先級來決定。當選擇一個線程中，指令會一直從當前隊列中按序發射出去，直到出現了資源沖突，數據相關或者是分支。然后根據優先級選擇下一個線程。每個線程都可以訪問32個整數和32個浮點寄存器。

• 亂序執行模型：在譯碼之后，指令會在保留站中等待直到操作數可用，并且功能部件空閑。每個周期，任何指令都有可能被發射。亂序執行需要重命名，因此每個線程會有64個整數和浮點數寄存器。每個RS有16個表項

• 論文實驗：比較了在按序執行和亂序執行情況下，SMT的線程個數，存儲層次和分支預測對性能的影響
  

• 亂序執行在單線程上相對于按序執行的性能優勢會由于SMT提供的更多的線程數而減弱。因為在按序流水線中，由于更多的線程并行執行，將會出現更多非相關指令可使用。而在亂序執行中，由于執行某些可能會被取消的指令所占用的硬件資源，會影響從其他線程中執行有效指令所需要使用的資源

• 當線程數變多時，分支預測錯誤所帶來的影響將會減弱

  • 因為有更多來自不同線程的有效指令可用，推測執行將會變少
  • 當分支預測錯誤時，可以使用其它線程的指令繼續填充流水線

• 當線程數增多時，存儲層次對性能的影響更加重要。因為一個cache miss，會使得所有線程都受到影響，因為它占用了帶寬，同時延遲了所有其它線程的之后的cache miss

論文結論：

• 當時鐘頻率相同，流水線級數相同時，單線程情況下，按序相對于亂序的性能差距46%，在四線程SMT的情況下，性能差距15%。（一般情況下，按序流水線的頻率會更高事實上）
• 多線程的情況下，分支預測錯誤的影響會減小（收到影響的指令會變少），但是會增加對存儲系統的壓力，會產生更多的cache miss和memory traffic