architecture - 关于i7的分支预测

Question

我想知道 Intel i7 处理器的分支预测是如何工作的？

目前，我知道称为“动态分支预测”的预测器。

对于 1 位预测器：硬件总是预测分支指令采用与上次执行时相同的方向。

在实践中效果更好的改进版本是 2 位预测器。为了进一步提高预测精度，引入了2位预测方案。在这些方案中，预测必须有两次错误才会改变。

i7 是否具有与上述相同的预测器？

Answer 1

我们对分支预测器的了解大部分来自测试。英特尔并没有公布太多细节。误预测损失约为 18 个时钟周期，因此准确的分支预测很重要。

英特尔使用两级分支预测器。内部级别被认为与 Core 2 CPU 相同。

外层更复杂，甚至可以正确预测固定计数高达 64 的循环。使用两个 18 位全局历史缓冲区。一个包含至少进行过一次的所有跳跃。另一个包含最重要的跳跃。（这些缓冲区中的条目数未知。）

请注意，间接跳转和调用有自己的预测器。

Answer 2

最简洁的答案是不。

我有理由确定没有英特尔 CPU 使用您描述的一位预测器。

最初的 Pentium 使用两位描述符，就像您描述的那样。它使用的四个值通常被描述为“强烈不采用”、“弱不采用”、“弱采用”和“强烈采用”。每当一个分支被采用时，计数器就会向“强烈采用”移动一个位置。每当一个分支不被采用时，它就会向“强烈不采用”移动一个位置。这是一个饱和计数器，因此如果（例如）在计数器已经处于“强烈占用”状态时采用分支，则计数器根本不会改变。[我应该补充一点：这就是英特尔记录它的方式，并且显然打算让它发挥作用——如果没有记错的话，Agner Fog 和 Terje Mathiesen 发现它的工作方式确实有点不同——而且，通常不如这样）。

从 Pentium/MMX 和 Pentium Pro 开始，他们设计了一个更复杂的两级分支预测器。它添加了一个 4 位分支历史记录，用于选择 16 个 2 位计数器之一。这意味着，如果您有（例如）采用、采用、未采用、采用、（然后重复）的模式，它将迅速适应该模式，并正确预测所有分支。

我不确定i7 中分支预测的细节，但我认为可以肯定地说它至少与 Pentium Pro 一样复杂，而不是对原始 Pentium 的倒退。