17. 流水线的优化

采用流水线做菜方式，单独一道菜需要4+分钟，因为每个流程之间交接需要一些时间，对应处理器的流水线寄存器带来的延迟。

做4道菜用流水线的方式一共需要7+分钟，而非流水线方式需要16分钟，连续工作时，流水线每1+分钟可以上一道菜，而非流水线需要4分钟上一道菜。性能提升了大约4倍，这是理想情况。

我们说上面这个流水线理想化，是因为每个阶段所花费时间不一定完全相等，假设切菜需要2分钟，如下图所示，

上图中，切菜需要2分钟，那么司号员只好2分钟吹一次号，只有切菜是饱满工作，其他三个环节都是工作1分钟休息1分钟，单独一道菜需要8+分钟才可以完成，连续工作情况下，流水线的性能卜悄就不如之前那么好了，这就是 不平衡的流水线 。

优化不平衡流水线的方式是，把耗时多的流程切分，如下图所示，这样这个流水线的周期又可以是1分钟了。

从上面做菜的例子我们发现，如果是四级流水，性能提升约4倍，五级流水性能提升约5倍，那么是不是流水线越深越好？

超级流水线技术，Super Pipelining，将五级流水线细分成更多的阶段，增加流水线的深度，这样就可旁氏以提升时钟频率，从而提高指令吞吐率。

五级流水和十级流水的时钟周期的简单计算如下图所示，

通过上图的计算发现，十级流水确实可以做到比五级流水更高的时钟频率。

那运弊散么还是那个问题， 流水线是不是越深越好？

我们用下面这幅图进行分析，

随着流水线深度增加，流水线寄存器带来的延迟占单条指令的执行时间的比重越大，也就是说，流水线越深，指令执行时间中，越多的时间被花费在了流水线寄存器上。

而且随着流水线深度增加，需要更多的指令去填满流水线，那么指令之间的依赖关系会更加复杂。

因此，结论是，流水线并不是越深越好 。

如下图所示，频率大战在2004年达到顶峰，Pentium 4处理器采用了31级流水线。流水线深度的加深带来的最大好处是处理器频率的提高，这就是频率大战。

我们现在知道，处理器深度并不是越深越好，最近几年，流水线深度逐渐稳定在了15级。

流水线又称为装配线一种工业上的生产方式，指每一个生产单位只专注处理某一个片段的工作，以提高工作效率及产量；按照流水线的输送方式大体可以分为：皮带流水装配线、板链线、倍速链、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、涨紧装置、改向装置和支承件等组成。流水线可扩展性高，可按需求设计输送量，输送速度，装配工位，辅助部件（包括快速接头、风扇，电灯，插座，工艺看板，置物台，24V电源，风批等，因此广受企业欢迎；流水线是人和机器的有效组合，最充分体现设备的灵活性，它将输送系统、随行夹具和在线专机、改笑中检测设备有机的组合，以满足多品种产品的输送要求。输送线的传输方式有同步传输的/（强制式），也可以是非同步传输/（柔性式），根据配置的选择，可以实现装配和输送的要求。输送线在企业的批量生产中不可或缺.流水线在工业生产中扮演着重要的角色，优化流水线直接关系着产品的质量和生产的效率，因此成为企业不得不关注的话题。1、优化流水线第一站的作业时间, 及多久放一片板子, 此为满足生产计划量所必须的投入cycle时间。但在实际上,瓶颈站的作业时间必然大于第一站, 第一站一定不是瓶颈站, 所以第一站不一定会完全依要求的cycle时间去投入, 因为瓶颈站已拖慢他的速度, 故从管理的角度来看, 要确实要求第一站作业者依规定速度投入。流水线的输送带速度也可反推算出日产量, 下面为输送带速度的公式：输送带的pitch时间 = 整日的上班时间/日产量*(1+不良率)输送带的速度= 记号间隔距离 /输送带的pitch时间所谓记号间隔距离, 在流水线的皮带上所做的记号间的距离, 希望作业者依记号流经的速度完成作业并放置在皮带线上但炼条线并没有做记号, 就以板子的长度当做记号间隔距离。为何要用输送带? 除了运送物品外, 还有半强制作业者依计划完成作业的功能, 但不是一味地加快去试试看, 而应依上述公式去计算求得。2、观察流水线上哪一核山站是瓶颈站：(1)永远忙个不停的站；(2)老是将板子往后拉的站；(3)从该站开始, 原本一片接着一片的板子, 中间出现了间隔。上面三点是目视就可察觉的, 再来就是用秒表量, 作业时间是所有站中最长的。瓶颈站的作业时间就变成了整条流水线实际产出的cycle时间, 而日产量公式如下:日产量 = 实整日的上班时间/际cycle时间故现场干部只要减少其作业时间, 就可明显提升产量, 如将零件拿一些给别站做、使用治工具以节省动作、改善作业域的配置等等。但在解决瓶颈站后, 可能会出现新的瓶颈站, 所以又要对此新的瓶颈站进行改善, 因此持续盯着瓶颈站改善, 整条流水线的效率就会日日提升。3、观察流水线最后一站收板子的cycle时间, 也就是实际产出的cycle时间, 这站的cycle时间必相等于瓶颈站。从这站可推算出这条流水线线的效率如何, 公式如下:效率 = 投入cycle时间/实际cycle时间 = 第一站的作业时间/最后一站的作业时间当然也可用瓶颈站的作业时间来算, 不过观察最升液后一站总是较简单、实际。在流水线上的在制品数量就等于:( 最后一站的作业时间 - 第一站的作业时间 ) * （整日的上班时间/最后一站的作业时间）4、稼动率的观察稼动率 = 在作业的时间 / 整日的上班时间所谓稼动就是流水线上有效的工作, 作业者坐在位子上并不表示他有在工作, 有在工作才能做出产品来, 所以要观察作业者在作业的时间。但在实际上, 不可能全天对每个作业者进行测量, 所以有种工作抽查的手法来仿真测量, 其实说穿了就是不时去看作业者在做什么。5、流水线作业者坐在位子上并不表示他有认真在工作, 所以最后就是观察每一个作业者的作业速度, 速度是一个很抽象的概念, 光从目视很难来比较跟量化, 所以在心里建立起一个标准速度, 快过它就算好, 动作精简、固定而有节奏地进行, 往往有较好的作业速度, 反之不佳, 如此来观察就比较简单。流水线作业不过不是快就是好, 其动作必须是有附加价值的, 所以还要看其动作是否简单扼要, 所以要求动作经济原则的观念, 简单地说, 人类手部的动作可分为移动、握取、放开、前置、组立、使用、分解, 还有一种心理的精神作用, 其中严格来说只有两种动作有附加价值: 组立、使用, 所以在能满足生产要求的条件下, 尽量排除或简化其它的动作。其原则如下:1、移动: 使物料自动到达所要的位置、缩短移动距离、减少需移动物品的重量、移动路径周围避免有东西会妨碍移动、让料盒斜置以缩短绕过边缘的距离等。2、握取: 料盒里的物料尽可能整齐排放, 不要杂乱堆积、不方便拿取的东西能先预留握取的空间等。3、前置: 同握取一样, 料盒里的物料尽可整齐排放, 不要杂乱堆积等。4、组立: 以治工具代替手作业等。5、使用: 使机械全自动化等。6、精神作用: 利用机械取代人为判断、减少作业者目光的移动等。流水线安装注意事项:流水线的平面设计应当保证零件的运输路线最短，生产工人 *** 作方便，辅助服务部门工作便利，最有效地利用生产面积，并考虑流水线安装之间的相互衔接。为满足这些要求，在流水线平面布置时应考虑流水线的形式、流水线安装工作地的排列方法等问题。流水线安装时工作地的排列要符合工艺路线，当工序具有两个以上工作地时，要考虑同一工序工作地的排列方法。一般当有两个或两个以上偶数个同类工作地时，要考虑采用双列布置，将它们分列在运输路线的两例。但当一个工人看管多台设备时，要考虑使工人移动的距离尽可能短。

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