Superskalarität
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Eine superskalare Rechnerarchitektur ist eine Erweiterung der Pipelining-Funktionalität, die sich in allen modernen High-End-Prozessoren finden lässt. Unter Superskalarität versteht man die Eigenschaft eines Prozessors, mehrere Befehle gleichzeitig durch dynamische Zuteilung an parallel arbeitende Funktionseinheiten übergeben zu können. Die Parallelarbeit findet somit auf Befehlsebene statt: die Superskalartechnik nutzt die feinkörnige Nebenläufigkeit zwischen den einzelnen Befehlen aus.
Mit dynamischer Zuteilung ist gemeint, dass die Zuteilung vom Prozessor selbst während der Abarbeitung der Befehle vorgenommen wird und nicht bereits während des Kompilierens durch den Compiler geschieht.
Die für diese Zuteilung zuständige Einheit wird Dispatcher oder Scheduler genannt. Dieser Dispatcher ist komplex, und seine Komplexität steigt mit der Befehlsfenstergröße (die Anzahl der Befehle, die parallel abgearbeitet werden können).
Die Superskalartechnik verändert nicht den Befehlssatz der Architektur, ist also eine Mikroarchitektur.
Mit Hilfe superskalarer Prozessoren kann die Anzahl der pro Takteinheit ausgeführten Befehle (Instructions per Cycle (IPC)) erhöht werden. Das hängt unmittelbar mit der Tatsache zusammen, dass das Abrufen der für eine Operation benötigten Operanden aus dem Registersatz im Allgemeinen deutlich schneller vollzogen ist (1 Taktzyklus), als die darauf folgende Berechnung, welche bei CISC-Prozessoren üblicherweise mehrere Taktzyklen benötigt. Wäre das nicht der Fall, so würde eine Erweiterung der Pipeline-Architektur um Superskalarität keine merkliche Verbesserung bringen. Allerdings ist unter realistischen Bedingungen aufgrund von auftretenden Betriebsmittelabhängigkeiten, Datenabhängigkeiten und Kontrollflussabhängigkeiten keine Erhöhung auf die Anzahl gleichzeitig übergebener Befehle zu erwarten.
Prozessorspezifische, optimierende Compiler erlauben Verbesserungen des generierten Codes, die die Funktion des Dispatchers unterstützen und Abhängigkeiten zwischen den parallel arbeitenden Pipelines vermeiden oder verringern.
Der Begriff superskalar ist eine Modifikation des Begriffs skalar. Skalare Architekturen sind fähig, einen Befehl pro Taktzyklus auszuführen.
Das Grundprinzip des superskalaren Ansatzes ist bereits im Jahr 1964, bei der Firma Control Data Corporation (CDC) aufgekommen, die den ersten Supercomputer (6600) entwickelte. Die Rechnerarchitektur des CDC 6600 beinhaltete bereits damals mehrere parallel arbeitende Funktionseinheiten für unterschiedliche mathematische Operationen.
