我试图详细了解当错误预测分支时 Skylake CPU 管道的各个阶段中的指令会发生什么，以及来自正确分支目标的指令可以多快开始执行。
因此，让我们将这里的两条代码路径标记为红色（预测的，但未实际采用的）和绿色（采用的，但未预测的）。所以问题是： 1. 在红色指令开始被丢弃之前分支必须经过管道多远（以及它们在管道的哪个阶段被丢弃）？2. 绿色指令多久可以开始执行（就分支到达的流水线阶段而言）？
我查看了 Agner Fogg 的文档和大量的讲义，但在这些要点上并不清楚。
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分支执行单元（在端口 0 和 6 上）实际上是检查 FLAGS 或间接分支地址的条件或间接分支。我认为一旦执行单元发现它，恢复就开始了，而无需等待它退休。（其中一些是我最好的猜测/理解，不一定得到英特尔优化手册的支持。）
分支预测 + 推测执行将数据依赖与控制依赖解耦，但分支 uop 本身确实对 EFLAGS 或间接地址输入有数据依赖。
p0 上的分支单元只能运行预测未采用的 JCC 微指令（或宏融合的 JCC 微指令），但这些很常见。p6 上的分支单元是处理已取分支的“主”单元。
对于直接分支（jmp rel8/rel32/ call rel32），可以在解码时检查预测并重新引导 fetch 阶段，这可能会使前端停滞，但我认为永远不需要在后端触发任何类型的恢复。永远不会为直接无条件分支发出来自错误路径的 Uop。有用于管道重新引导的性能计数器。
分支错误预测通过分支顺序缓冲区可以快速恢复，这与通常的异常回滚到退休状态不同：当中断发生时，流水线中的指令会发生什么？. 有关管道如何将所有内容视为投机直到退休的更多信息，请参阅乱序执行与投机执行。
根据David Kanter 的 Sandybridge microarch 文章：
Nehalem加强了从分支错误预测中的恢复，该错误预测已被转移到 Sandy Bridge。一旦发现分支预测错误，一旦知道正确的路径，核心就能够重新开始解码，同时乱序机器正在从错误推测的路径中清除 uops。以前，在管道完全刷新之前，解码不会恢复。
这是由分支顺序缓冲区启用的“快速恢复”，该缓冲区在条件和间接分支指令上快照重新命名状态，即使在正常程序中也会出现错误预测。但是异常和内存排序机器清除更昂贵。它们确实会发生（尤其是页面错误），但它们更罕见且更难优化。
快速恢复的关键在于，已经在 ROB + RS（调度程序）中的错误预测分支之前的微指令可以继续执行，而后来的微指令被丢弃，前端重新引导到正确的地址。因此，如果 JCC uop 的输入足够早地准备好，如果 CPU 在恢复时可以咀嚼长依赖链，则可以隐藏大部分分支未命中惩罚。例如，从带有适当长度循环的循环退出时的错误预测携带了 dep 链，或除总 uop 吞吐量或端口 6 瓶颈之外的任何瓶颈。请参阅通过提前计算条件来避免停止流水线
如果没有快速恢复，我认为ROB 中的所有微指令都将被丢弃（即所有未退休的微指令）。这里可能有一些中间立场，比如保留在 ROB 中但离开调度程序的分支之前已经执行的微指令。我不知道 Merom/Conroe 到底做了什么。
相关：Characterizing the Branch Misprediction Penalty是一篇关于分支未命中和长缓存未命中如何与 ROB 交互的有趣论文。它基于简化的管道模型，但在我看来，它的发现可能适用于 Skylake。
于 2018-06-22T17:02:14.157 回答