Πώς επηρεάζει η πρόβλεψη του κλάδου την απόδοση της κερδοσκοπικής εκτέλεσης στους σύγχρονους επεξεργαστές;

Η πρόβλεψη των υποκαταστημάτων είναι απολύτως ζωτικής σημασίας για την απόδοση της κερδοσκοπικής εκτέλεσης στους σύγχρονους επεξεργαστές. Χωρίς ακριβή πρόβλεψη κλάδου, η κερδοσκοπική εκτέλεση καθίσταται σε μεγάλο βαθμό αναποτελεσματική και μπορεί ακόμη και να μειώσει σημαντικά * τη * απόδοση. Εδώ είναι:

* Εξάρτηση της κερδοσκοπικής εκτέλεσης από την πρόβλεψη: Η κερδοσκοπική εκτέλεση λειτουργεί με την πρόβλεψη του αποτελέσματος μιας διδασκαλίας κλάδου (όπως μια δήλωση `if`) * πριν * η κατάσταση του κλάδου αξιολογείται στην πραγματικότητα. Ο επεξεργαστής υποθέτει ποια διαδρομή θα πάρει ο κώδικας (ληφθεί υποκατάστημα ή δεν ληφθεί κλάδος) και αρχίζει να εκτελεί οδηγίες κατά μήκος αυτής της προβλεπόμενης διαδρομής. Αυτό συμβαίνει *εκτός παραγγελίας *, πριν ο επεξεργαστής γνωρίζει με βεβαιότητα εάν η πρόβλεψη ήταν σωστή.

* Το κόστος της εσφαλμένης προβολής: Εάν η πρόβλεψη του κλάδου είναι λανθασμένη, όλα τα έργα που γίνονται ειδικά κατά μήκος της λανθασμένης διαδρομής χάνεται. Ο επεξεργαστής πρέπει να:

* Roll Back: Απορρίψτε όλα τα αποτελέσματα από την κερδοσκοπική εκτέλεση. Αυτό συνεπάγεται την ανατροπή των αλλαγών στα μητρώα, τη μνήμη και ενδεχομένως την προσωρινή μνήμη.

* Επανεκκίνηση: Ξεκινήστε την εκτέλεση στη σωστή διαδρομή. Αυτό συνεπάγεται τη λήψη και την εκτέλεση οδηγιών από τον σωστό κλάδο.

Αυτή η διαδικασία επαναφοράς και επανεκκίνησης είναι εξαιρετικά χρονοβόρα, δημιουργώντας σημαντικές ποινές απόδοσης. Όσο πιο εσφαλμένες προβολές, τόσο περισσότερο χρόνο ο επεξεργαστής ξοδεύει σε αυτή τη σπατάλη δραστηριότητα.

* Αντίκτυπος στην απόδοση του αγωγού: Οι σύγχρονοι επεξεργαστές έχουν βαθιές αρχιτεκτονικές. Μια λανθασμένη πρόβλεψη μπορεί να ξεπλύνει ολόκληρο τον αγωγό, προκαλώντας σημαντική καθυστέρηση πριν συνεχιστεί η χρήσιμη εργασία. Αυτή η καθυστέρηση είναι πολύ μεγαλύτερη από τη στιγμή που θα χρειαζόταν για την εκτέλεση των οδηγιών διαδοχικά χωρίς κερδοσκοπία.

* Ακριβής πρόβλεψη =κέρδος απόδοσης: Η ακριβής πρόβλεψη του κλάδου επιτρέπει στον επεξεργαστή να εκτελέσει οδηγίες κατά μήκος της σωστής διαδρομής τις περισσότερες φορές. Αυτό οδηγεί σε σημαντικές βελτιώσεις απόδοσης, διότι:

* αυξημένος παραλληλισμός σε επίπεδο διδασκαλίας (ILP): Ο επεξεργαστής μπορεί να διατηρήσει τον αγωγό του πλήρους και να επικαλύπτει την εκτέλεση πολλαπλών οδηγιών.

* Μειωμένη λανθάνουσα κατάσταση: Ο επεξεργαστής ολοκληρώνει τις οδηγίες νωρίτερα, μειώνοντας τον συνολικό χρόνο εκτέλεσης.

* Βελτιωμένη χρήση της προσωρινής μνήμης: Η κερδοσκοπική πρόσβαση στα δεδομένα οδηγεί σε καλύτερη χρήση των προσωρινών μνήμες εάν η πρόβλεψη είναι σωστή.

Στην ουσία, η πρόβλεψη του κλάδου λειτουργεί ως κρίσιμος οδηγός για κερδοσκοπική εκτέλεση. Η ακρίβεια της πρόβλεψης επηρεάζει άμεσα τα οφέλη απόδοσης της κερδοσκοπίας. Οι σύγχρονοι επεξεργαστές χρησιμοποιούν εξελιγμένες τεχνικές πρόβλεψης υποκαταστημάτων, όπως:

* Προγνωμνιστές που βασίζονται στην ιστορία: Παρακολουθήστε το πρόσφατο ιστορικό των αποτελεσμάτων υποκαταστημάτων για να κάνετε καλύτερες προβλέψεις.

* Συσχετισμοί Προγνώστες: Εξετάστε τα αποτελέσματα άλλων κλάδων για να βελτιώσετε την ακρίβεια της πρόβλεψης.

* Προγνώστες τουρνουά: Συνδυάστε πολλαπλές τεχνικές πρόβλεψης για να επιτύχετε υψηλότερη ακρίβεια.

Ένα υψηλό ποσοστό εσφαλμένης πρόβλεψης ακυρώνει αποτελεσματικά τα οφέλη της κερδοσκοπικής εκτέλεσης, καθιστώντας τον κρίσιμο παράγοντα για το σχεδιασμό επεξεργαστών υψηλής απόδοσης. Η συνεχής κίνηση για υψηλότερες ταχύτητες ρολογιού CPU και καλύτερες επιδόσεις εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τους συνεχώς βελτιωμένους μηχανισμούς πρόβλεψης υποκαταστημάτων.