Grenförutsägelse är helt avgörande för prestandan för spekulativ exekvering i moderna processorer. Utan exakt grenförutsägelse blir spekulativ utförande till stor del ineffektiv och kan till och med avsevärt * minska * prestanda. Så här::
* Spekulativt exekvering av förutsägelse: Spekulativt exekvering fungerar genom att förutse resultatet av en greninstruktion (som ett "if" uttalande) * innan * grenvillkoret faktiskt utvärderas. Processorn gissar vilken väg koden kommer att ta (tas filial eller inte tagen gren) och börjar utföra instruktioner längs den förutsagda sökvägen. Detta händer *i ordning *, innan processorn vet säkert om förutsägelsen var korrekt.
* Kostnaden för felaktig förutsägelse: Om grenförutsägelsen är felaktig slösas allt arbete som görs spekulativt längs fel väg. Processorn måste:
* Roll tillbaka: Kassera alla resultat från det spekulativa exekveringen. Detta innebär att ångra förändringar i register, minne och potentiellt cachen.
* omstart: Börja körningen på rätt väg. Detta innebär att hämta och utföra instruktioner från rätt gren.
Denna rollback- och omstartprocess är extremt tidskrävande, vilket skapar betydande prestationsstraff. Ju mer missförhållanden, desto mer tid spenderar processorn på denna slösande aktivitet.
* Påverkan på rörledningseffektivitet: Moderna processorer har djupt pipelinerade arkitekturer. En felaktig förutsägelse kan spola hela rörledningen och orsaka en betydande försening innan användbart arbete återupptas. Denna försening är mycket längre än den tid det skulle ta att utföra instruktionerna i följd utan spekulation.
* exakt förutsägelse =prestationsförstärkning: Noggrann grenförutsägelse gör det möjligt för processorn att utföra instruktioner längs rätt väg för det mesta. Detta leder till betydande förbättringar av prestanda eftersom:
* ökad parallellism på instruktionsnivå (ILP): Processorn kan hålla sin rörledning full och överlappa exekveringen av flera instruktioner.
* reducerad latens: Processorn slutför instruktionerna förr och minskar den totala exekveringstiden.
* Förbättrad cacheutnyttjande: Spekulativ tillgång till data leder till bättre användning av cachar om förutsägelsen är korrekt.
I huvudsak fungerar grenförutsägelse som en avgörande guide för spekulativ utförande. Förutsägelsens noggrannhet påverkar direkt prestationsfördelarna med spekulation. Moderna processorer använder sofistikerade grenförutsägelsetekniker, till exempel:
* Historiska baserade prediktorer: Spåra den senaste historien med grenresultat för att göra bättre förutsägelser.
* korrelerande prediktorer: Tänk på resultaten från andra grenar för att förbättra förutsägelsens noggrannhet.
* turneringsprediktorer: Kombinera flera förutsägelsetekniker för att uppnå högre noggrannhet.
En hög missförutsägelsesgrad upphör effektivt fördelarna med spekulativ genomförande, vilket gör det till en kritisk faktor för att utforma högpresterande processorer. Den ständiga drivkraften för högre CPU-klockhastigheter och bättre prestanda är starkt beroende av ständigt förbättrade grenförutsägelsemekanismer.
