16、动态调度流水线技术解析

动态调度流水线技术解析

1. 投机执行：超越未解决分支的执行

基本块通常较短，难以充分发挥动态调度处理器的优势。而超越未解决分支进行执行则面临诸多挑战，这种执行方式被称为投机执行。投机指令执行意味着执行可能是无用的，因为在执行时并不知道该指令是否应该被执行。

当一条指令被投机执行时，微架构必须做好准备并具备消除其影响的资源，直到该指令变为非投机指令。指令执行的影响包括对存储的修改（主要是内存位置和ISA可见的寄存器）以及异常。除非存在回滚这些修改的机制，否则投机指令执行不能修改存储。在指令处于投机状态时，必须抑制其触发的异常。通常，通过为投机指令执行的结果提供临时位置，并在指令变为非投机指令时将这些结果提交到架构状态来保护存储。此外，这种策略还需要一种可行且高效的技术来回滚投机执行。

投机执行有几种可能的方法：
- 全路径执行 ：探索执行树的所有路径，即跟随树中每个分支的两侧。随着分支条件的投机解决，一些已执行的指令变为非投机指令并提交结果，而其他指令则被丢弃。虽然全路径执行可能达到最大性能，但它非常复杂且成本高昂。因为微架构必须跟踪基本块执行树，并能够区分哪些存储更新应该提交，哪些异常应该验证。而且，有用执行随着树的深度线性增长，而投机执行随着树的深度呈2的幂次方增长。随着树的深度增加，潜在的加速很快饱和，而所需的功能单元数量和控制及取消硬件数量会急剧增加，导致执行效率迅速下降。
- 单路径执行 ：跟踪执行树中最可能的路径，即通过预测条件分支的结果并贪婪地沿着该路径前进。这种方法中，投机执行的指令数量与前瞻量成正比，比全路径执行更高效。此外，由于投机指令序列是线性的，更容易跟踪、回滚