Ako ovplyvňuje predpoveď pobočky výkonnosť špekulatívneho vykonávania moderných procesorov?

Predpoveď pobočky je absolútne rozhodujúca pre výkon špekulatívneho vykonávania moderných procesorov. Bez presnej predikcie pobočky sa špekulatívne vykonávanie stáva do značnej miery neúčinná a môže dokonca výrazne * znížiť * výkon *. Takto:

* Spekulatívne spoliehanie sa na predpoveď: Špekulatívne vykonávanie funguje tak, že predvídajú výsledok pobočky (napríklad výkaz „if`) * Pred * podmienka pobočky sa skutočne vyhodnotí. Procesor odhaduje, na ktorú cestu sa kód vydá (pobočka alebo nezaviazaná vetva), a začne vykonávať pokyny pozdĺž predpovedanej cesty. To sa stane *mimo poradia *, kým procesor vie s istotou, či bola predpoveď správna.

* Náklady na nesprávne vydanie: Ak je predpoveď pobočky nesprávna, všetka práca vykonaná špekulatívne sa premrhá. Procesor musí:

* Roll späť: Zlikvidujte všetky výsledky zo špekulatívneho vykonávania. Zahŕňa to zrušenie zmien v registroch, pamäti a potenciálne vyrovnávacia pamäť.

* Reštartujte: Začnite vykonávať správnu cestu. Zahŕňa to načítanie a vykonávanie pokynov zo správnej vetvy.

Tento proces spätného a reštartovania je mimoriadne časovo náročný, čo vytvára významné pokuty za výkon. Čím viac nesprávnych predpisov, tým viac času procesor trávi túto zbytočnú činnosť.

* Vplyv na účinnosť potrubia: Moderné procesory majú hlboko potrubné architektúry. Nesprávanie môže prepláchnuť celý potrubie, čo spôsobí výrazné oneskorenie pred obnovením užitočnej práce. Toto oneskorenie je omnoho dlhšie ako v čase, keď by bolo potrebné vykonať pokyny postupne bez špekulácií.

* Presná predikcia =zisk výkonu: Presná predpoveď pobočky umožňuje procesoru väčšinu času vykonávať pokyny pozdĺž správnej cesty. To vedie k významným zlepšeniam výkonnosti, pretože:

* Zvýšené paralelizmus na úrovni výučby (ILP): Procesor dokáže udržať svoj potrubný potrubie plné a prekrývať vykonávanie viacerých pokynov.

* znížená latencia: Procesor dokončí pokyny skôr, čím sa zníži celkový čas vykonávania.

* Vylepšené využitie vyrovnávacej pamäte: Špekulatívny prístup k údajom vedie k lepšiemu použitiu vyrovnávacích pamätí, ak je predpoveď správna.

Predikcia pobočiek v podstate pôsobí ako kľúčový sprievodca pre špekulatívne vykonávanie. Presnosť predikcie priamo ovplyvňuje výkonnostné prínosy špekulácií. Moderní procesori používajú sofistikované techniky predikcie pobočiek, napríklad:

* prediktory založené na histórii: Sledujte nedávnu históriu výsledkov pobočiek, aby ste dosiahli lepšie predpovede.

* korelačné prediktory: Zvážte výsledky iných vetiev na zlepšenie presnosti predpovede.

* prediktory turnaja: Kombinujte viaceré predikčné techniky, aby ste dosiahli vyššiu presnosť.

Vysoká miera nesprávneho predpisu účinne zruší výhody špekulatívneho vykonávania, čo z neho robí kritický faktor pri navrhovaní vysoko výkonných spracovateľov. Konštantná jednotka pre vyššie rýchlosti hodín CPU a lepší výkon sa výrazne spoliehajú na neustále sa zlepšujúce mechanizmy predikcie pobočky.

• Predchádzajúca strana: Je štvorkolkový procesor rýchly v porovnaní s inými typmi procesorov? 
• Ďalšia strana: Čo robí čip CPU?