[发明专利]用于计算多轮SKEIN散列算法的执行单元的设备和方法

说明书

背景

发明领域

本发明一般涉及计算科学，更具体而言，涉及用于计算多轮Skein散列算法的执行单元的设备和方法。

背景

图1示出了利用半导体芯片上的逻辑电路实现的处理核100的高级别图示。处理核包括流水线101。流水线包括多级，每一级都被设计为在完全执行程序代码指令所需的多步骤过程中执行特定的步骤。这些通常包括至少：1)指令获取和解码；2)数据获取；3)执行；4)回写。执行级对由同一个指令所标识并在另一先前级(例如，上面的步骤2)获取的数据执行由在先前级(例如，在上面的步骤1)中获取和解码的指令所标识的特定操作。被操作的数据通常是从(通用)寄存器存储空间102获取的。在操作完成时创建的新的数据也通常被“写回到”寄存器存储空间(例如，在上面的级4))。

与执行级相关联的逻辑电路通常由多个“执行单元”或“功能单元”103_1到103_N组成，它们各自被设计为执行其自己的唯一操作子集(例如，第一功能单元执行整数数学操作，第二功能单元执行浮点指令，第三功能单元执行来自/向缓存/存储器的加载/存储操作，等等)。由全部功能单元执行的全部操作的集合对应于由处理核100支持的“指令集”。

在计算机科学领域，有两种类型的处理器体系结构：“标量”和“矢量”。标量处理器被设计成执行那些对单个数据集执行操作的指令，而矢量处理器被设计成执行对多个数据集执行操作的指令。图2A和2B呈现了演示了标量处理器和矢量处理器之间的基本区别的比较示例。

图2A示出了标量AND(与)指令的示例，其中，单一操作数集，A和B，被相加在一起，以产生单数(或“标量”)结果C(即，AB＝C)。相比之下，图2B示出了矢量AND指令的示例，其中，两个操作数集，A/B和D/E被分别并行地相加在一起，以同时产生矢量结果C，F(即，A.AND.B＝C和D.AND.E＝F)。作为术语，“矢量”是具有多个“元素”的数据元素。例如，矢量V＝Q，R，S，T，U具有五个不同的元素：Q，R，S，T和U。示例性矢量V的“大小”是五(因为它具有五个元素)。

图1还示出了不同于通用寄存器空间102的矢量寄存器空间104的存在。具体而言，通用寄存器空间102名义上用于存储标量值。如此，当执行单元中的任何一个执行标量运算时，它们名义上使用从通用寄存器存储空间102调用的操作数(并将结果写回到)通用寄存器存储空间102。相比之下，当执行单元中的任何一个执行矢量运算时，它们名义上使用从矢量寄存器空间107调用的操作数(并将结果写回到)矢量寄存器空间107。存储器的不同的区域同样可以被分配用于存储标量值和矢量值。

还请注意，在功能单元103_1到103_N的相应的输入和输出处存在掩码逻辑104_1到104_N和105_1到105_N。在各实现中，实际实现这些层中的仅一个层——虽然这不是严格的要求。对于使用掩码的任何指令，输入掩码逻辑104_1到104_N和/或输出掩码逻辑105_1到105_N可以被用来控制对于矢量指令，哪些元素被有效地操作。这里，从掩码寄存器空间106中读取掩码矢量(例如，以及从矢量寄存器存储空间107中读取的输入数据矢量)，并被呈现给掩码逻辑104，105层中的至少一层。

在执行矢量程序代码的过程中，每一矢量指令都不必要求完全数据字。例如，一些指令的输入矢量可以只是8个元素，其他指令的输入矢量可以是16个元素，其他指令的输入矢量可以是32个元素，等等。因此，掩码层104/105用于标识完全矢量数据字中适用于特定指令以便跨指令影响不同的矢量大小的一组元素。通常，对于每一个矢量指令，保留在掩码寄存器空间106中的特定的掩码模式被指令调用，从掩码寄存器空间中获取，并被提供给掩码层104/105中的任何一个或两者，以对于特定矢量运算，“启用”正确的元素集。

图3a到3d涉及Skein散列算法。图3a示出了Skein散列算法300的示例性高级别处理流程。通常，对64比特数据块的对执行Skein散列算法。每一个64比特数据块都可被称为“四倍长字(quadword)”。在图3a的示例性高级别处理流程中，输入301a到301h对应于相应的四倍长字。即，在输入端301a呈现第一四倍长字，在输入端301b呈现第二四倍长字，等等。

在Skein 256的情况下，向散列算法呈现256个输入比特(4个输入四倍长字)。在Skein 512的情况下，向散列算法呈现输入512比特(8个输入四倍长字)。在Skein 1024的情况下，向散列算法呈现1024个输入比特(16个输入四倍长字)。