* La dependencia de la ejecución especulativa de la predicción: La ejecución especulativa funciona anticipando el resultado de una instrucción de rama (como una declaración `if`) * antes de * La condición de la rama realmente se evalúa. El procesador adivina qué ruta tomará el Código (se tomará rama o no tomada) y comienza a ejecutar instrucciones a lo largo de esa ruta predicha. Esto sucede *fuera de servicio *, antes de que el procesador sepa con certeza si la predicción era correcta.
* El costo de la predicción errónea: Si la predicción de la rama es incorrecta, se desperdicia todo el trabajo realizado especulativamente a lo largo del camino equivocado. El procesador tiene que:
* Role hacia atrás: Deseche todos los resultados de la ejecución especulativa. Esto implica la ruina de los cambios en los registros, la memoria y potencialmente el caché.
* reiniciar: Comience la ejecución en la ruta correcta. Esto implica obtener y ejecutar instrucciones desde la rama correcta.
Este proceso de reversión y reinicio es extremadamente lento, lo que crea importantes sanciones de rendimiento. Cuanto más predicciones, más tiempo pase el procesador en esta actividad derrochadora.
* Impacto en la eficiencia de la tubería: Los procesadores modernos tienen arquitecturas profundamente canalizadas. Una predicción errónea puede descargar toda la tubería, causando un retraso significativo antes de que se reanude el trabajo útil. Este retraso es mucho más largo que el tiempo que tomaría ejecutar las instrucciones secuencialmente sin especulación.
* Predicción precisa =ganancia de rendimiento: La predicción precisa de la rama permite que el procesador ejecute instrucciones a lo largo de la ruta correcta la mayor parte del tiempo. Esto conduce a mejoras de rendimiento significativas porque:
* Aumento del paralelismo a nivel de instrucción (ILP): El procesador puede mantener la tubería llena y superponerse a la ejecución de múltiples instrucciones.
* Latencia reducida: El procesador completa las instrucciones antes, reduciendo el tiempo general de ejecución.
* Utilización mejorada de caché: El acceso especulativo a los datos conduce al mejor uso de cachés si la predicción es correcta.
En esencia, la predicción de la rama actúa como una guía crucial para la ejecución especulativa. La precisión de la predicción afecta directamente los beneficios de rendimiento de la especulación. Los procesadores modernos emplean técnicas sofisticadas de predicción de ramas, como:
* Predictores basados en la historia: Rastree la historia reciente de los resultados de la rama para hacer mejores predicciones.
* correlacionando predictores: Considere los resultados de otras ramas para mejorar la precisión de la predicción.
* Predictores del torneo: Combine las técnicas de predicción múltiple para lograr una mayor precisión.
Una alta tasa de predicción errónea anula efectivamente los beneficios de la ejecución especulativa, por lo que es un factor crítico en el diseño de procesadores de alto rendimiento. El impulso constante para velocidades de reloj de CPU más altas y un mejor rendimiento depende en gran medida de los mecanismos de predicción de ramas en constante mejor mejora.