X86 microarchitecture(branch predictor)

X86 microarchitecture(branch predictor)

(The microarchitecture of Intel, AMD and VIA CPUs https://www.agner.org/optimize/)

1. 转移预测器

   • loop counter：如果循环次数很多，使用传统的两级预测器需要记录很长的历史信息，因此单独设计loop/switch counter。PM和Core2设计了一个6位的loop counter。

   • indirect jump/control transfer instruction：目标跳转地址超过了两个。生成indirect jump/call的情况：switch语句，函数指令，虚函数等。BTB中需要考虑到一条间接跳转指令会有多个跳转目标地址，只记录上一次的跳转目标地址已经不够使用。（switch语句的汇编讲解：https://www.cnblogs.com/ye-ming/articles/7942472.html）

   • 转移预测的未来的可能方法：

     • 剔除无用的转移指令，减少GHR中的噪声
     • 同时译码分支的部分或者全部路径
     • 神经网络。（转移预测器的存储开销随着n呈指数增长，预热时间也可能是随n指数增加）
     • 减少上下文切换带来的影响

   • P1中的转移预测（Intel Pentium）

     • BTB：256表项，四路组相联，伪随机替换算法。每个表项包含一个饱和计数器，其中一个状态用于表示该表项尚未