Very Long Instruction Word (VLIW) bezeichnet eine Eigenschaft einerBefehlssatzarchitektur einer Familie vonsuperskalarenMikroprozessoren. Ziel ist die Beschleunigung der Abarbeitung von sequentiellenProgrammen durch Ausnutzung vonParallelität aufBefehls-Ebene. Parallel ausführbare Befehle werden dazu vomCompiler in einemBefehlswort zusammengefasst und ohne Änderung der Reihenfolge des Befehlsstromes vom VLIW-Prozessor ausgeführt (statisches Scheduling). Daher kann auf komplexe Hardwarelogik fürOut-of-order execution verzichtet werden. VLIW schließt die Verwendung einerPipeline-Architektur nicht aus.
DerCompiler überprüft während der Übersetzung eines Programms, welche Instruktionen parallel ausgeführt werden können.Diese parallelisierbaren Instruktionen werden in Gruppen zusammengefasst und ins Befehlsformat eingetragen. Dabei richtet sich die Gruppengröße nach der Anzahl der zur Verfügung stehenden parallel arbeitenden Ausführungseinheiten. Dies ist wiederum architekturabhängig. Die Instruktionen eines Befehls, der auch Leerinstruktionen zum Auffüllen enthalten kann, werden durch die Ausführungseinheiten zur Laufzeit des Programms parallel verarbeitet.
Wie der Name bereits sagt, ist ein Hauptmerkmal für VLIW das breite Befehlsformat, welches mehrere Instruktionen auf einmal enthält. Im Gegensatz zur Out-of-order execution übernimmt derCompiler die Aufgabe der Umordnung und Markierung der parallel ausführbaren Befehle, mit dem Ziel, die verfügbare Parallelität von Befehlsfolgen optimal zu nutzen. Zusätzliche Hardwarelogik, die beispielsweise für dynamisches Scheduling bei der superskalaren Out-of-order execution benötigt wird, ist nicht notwendig; dadurch ist auf der CPU mehr Platz für weitere Funktionseinheiten vorhanden.
Die Parallelität auf Befehlsebene, die VLIW bietet, kann nicht immer voll ausgenutzt werden, wenn z. B. in einemTakt auf Grund von Datenabhängigkeiten nur ein Befehl ausgeführt werden kann. In diesen Fällen wird die Breite des Befehlswortes nicht ausgenutzt. Manche Hersteller versuchen, dieses Overhead-Problem durch eigene VLIW-Erweiterungen zu lösen.Texas Instruments entwickelte beispielsweise die VelociTI-Technik, bei der mehrere Befehle aufeinander folgender Takte in ein Befehlswort gepackt werden können.Bits an den Grenzen der einzelnen Befehle zeigen an, ob der folgende Befehl noch im gleichen oder erst im nächsten Takt ausgeführt werden soll. Ein ähnliches Konzept verwendet Intel in seinerIA-64-Architektur.
Vorteile:
Nachteile:
Die VLIW-Architektur wurde erstmals 1978 im russischen SuperskalarrechnerELBRUS-1 vonBoris Babajan realisiert. Im Jahre 1999 wurde gemäß internationaler Ankündigung des russischen MikroprozessorsElbrus 2000 diese Architektur erstmals auf Mikroprozessoren übertragen.
Pioniere waren auch Cydrome in den 1980er Jahren (Bob Rau), Multiflow (Josh Fisher) und Culler-Harrison in den 1970ern (Glen Culler) und in der TschechoslowakeiNorbert Fristacky.
Die VLIW-Architektur wird in den CPUs vonTransmeta benutzt, imCrusoe und imEfficeon. Ebenfalls auf der VLIW-Architektur basieren die (nicht massenvermarkteten) Prozessoren von Tilera Technologies, einemJoint Venture u. a. vonIntel, welches sich auf massiveSMP-Mehrkernprozessoren spezialisiert hat.
Eine moderne, abgeänderte Implementation der VLIW-Architektur ist IntelsItanium-CPU, welche in diesem FallEPIC genannt wird.
AMD verwendet bei seinen Grafikprozessoren der SerienR600-RV870 eine VLIW-Technik, um bis zu fünf parallele Instruktionen auf einem VLIW-Shader auszuführen. Die Entwicklung der R600-Architektur datiert allerdings in die Zeit zurück, alsATI Technologies noch ein eigenständiges Unternehmen war. Zu Anfang war die Architektur der vonNvidia noch leistungsmäßig unterlegen, erlaubte aber AMD in der Weiterentwicklung immer mit deutlich niedrigeren Transistormengen und Shader-Taktraten gegenüber Hauptkonkurrent Nvidia erfolgreich zu konkurrieren. Nvidias skalare Lösung setzt auf eine hohe Auslastung und braucht dabei nicht nur mehr Transistoren für eine vergleichbare Leistung, sondern auch einen viel höheren Takt, was bezüglich Energieeffizienz letztendlich zu großen Nachteilen gegenüber der VLIW-Architektur führt.
DerElbrus 2000 und seine Nachfolger sind russische Mikroprozessoren, die auf einer 512-bit breiten VLIW-EPIC-Architektur basieren.
