Die Vorhersage der Zweige ist absolut entscheidend für die Leistung der spekulativen Ausführung in modernen Prozessoren. Ohne genaue Zweigevorhersage wird die spekulative Ausführung weitgehend unwirksam und kann die Leistung sogar erheblich reduzieren. So wie:wie:
* Die Abhängigkeit der spekulativen Ausführung in die Vorhersage: Die spekulative Ausführung funktioniert, indem es das Ergebnis eines Zweiganweiss (wie eine "if` -Aussage) erwartet. * Bevor * der Zweigzustand tatsächlich bewertet wird. Der Prozessor erraten, welchen Pfad der Code einnimmt (Zweig oder nicht Zweig genommen) und beginnt mit der Ausführung von Anweisungen entlang dieses vorhergesagten Pfades. Dies geschieht *aus der Reihenfolge *, bevor der Prozessor sicher weiß, ob die Vorhersage korrekt war.
* Die Kosten für Fehlverhalten: Wenn die Ast -Vorhersage falsch ist, wird die gesamte Arbeit spekulativ auf dem falschen Weg verschwendet. Der Prozessor muss:
* Zurückrollen: Verwerfen Sie alle Ergebnisse aus der spekulativen Ausführung. Dies beinhaltet das Rückgängigmachen von Änderungen der Register, des Speichers und möglicherweise des Cache.
* neu starten: Beginnen Sie mit der Ausführung auf dem richtigen Pfad. Dies beinhaltet das Abrufen und Ausführen von Anweisungen aus dem richtigen Zweig.
Dieser Rollback- und Neustartprozess ist äußerst zeitaufwändig und führt zu erheblichen Leistungsstrafen. Je mehr Fehlverhalten, desto mehr Zeit verbringt der Prozessor für diese verschwenderische Aktivität.
* Auswirkungen auf die Pipeline -Effizienz: Moderne Prozessoren haben tief pipelierte Architekturen. Ein Fehlverhalten kann die gesamte Pipeline spülen und eine erhebliche Verzögerung verursachen, bevor nützliche Arbeiten wieder aufgenommen werden. Diese Verzögerung ist viel länger als der Zeitpunkt, mit dem die Anweisungen ohne Spekulation nacheinander ausgeführt werden würden.
* genaue Vorhersage =Leistungsverstärkung: Genauige Branchenvorhersage ermöglicht es dem Prozessor, die meiste Zeit Anweisungen auf dem richtigen Pfad auszuführen. Dies führt zu erheblichen Leistungsverbesserungen, weil:
* Parallelität auf Anleitungsebene (ILP): Der Prozessor kann seine Pipeline voll halten und die Ausführung mehrerer Anweisungen überlappen.
* Reduzierte Latenz: Der Prozessor vervollständigt Anweisungen früher und verkürzt die Gesamtausführungszeit.
* Verbesserte Cache -Auslastung: Der spekulative Zugriff auf Daten führt zu einer besseren Verwendung von Caches, wenn die Vorhersage korrekt ist.
Im Wesentlichen wirkt die Vorhersage der Zweig als entscheidender Anleitung für die spekulative Ausführung. Die Genauigkeit der Vorhersage wirkt sich direkt auf die Leistungsvorteile der Spekulationen aus. Moderne Prozessoren verwenden hoch entwickelte Zweigvorhersage -Techniken, wie z. B.:
* Historische Prädiktoren: Verfolgen Sie die jüngste Geschichte der Zweigergebnisse, um bessere Vorhersagen zu treffen.
* Korrelation von Prädiktoren: Berücksichtigen Sie die Ergebnisse anderer Zweige, um die Vorhersagegenauigkeit zu verbessern.
* Turnierprädiktoren: Kombinieren Sie mehrere Vorhersage -Techniken, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen.
Eine hohe Fehlverpotungsrate nullte die Vorteile der spekulativen Ausführung effektiv und macht sie zu einem kritischen Faktor für die Gestaltung von Hochleistungsprozessoren. Der konstante Antrieb für höhere CPU-Taktgeschwindigkeiten und eine bessere Leistung hängen stark von immer verbesserten Zweigvorhersagemechanismen ab.
