推测执行中值预测与指令重用技术的研究与分析

值预测和指令重用是通过开发程序执行结果的冗余来解决数据相关的两种不同的新技术。本文首先从这两种新技术的原理出发,深入剖析了它们的技术特性,然后研究了它们与微体系结构其它特征间的相互影响,最后评估了这些技术对微处理器性能的影响。

基于反向支配关系的指令重用优化

提出了一种基于反向支配关系的指令重用优化,在编译器中计算条件分支的反向支配基本块以及基本块内的控制无关语句,将这些信息编码成一条指令放置在分支指令之前.修改过的寄存器重命名阶段根据指令提供的信息保留部分错路指令的结果以便恢复后重用,降低了处理器分支预测错误的代价.实验表明该方法对典型应用有性能提升,与纯硬件方法相比硬件开销更小.

汇聚路径指令级重用性能优化研究

针对特定的单边吊床结构,根据C语言编译后生成的代码特征对控制无关Y-行为的特例——误预测指令流重新精确汇聚到正确路径进行动态检测,并利用指令重用降低分支误预测代价,对处理器性能进行优化.实现跨基本块的控制无关Y-行为动态检测,并将相关信息保存到处理器前端汇聚点表中;通过寄存器集成与存储器集成保证正确的相关性;为实现汇聚路径指令级重用,将指令分为可信与不可信两种;可信指令直接提交,不可信指令被插入到恢复缓冲中重新执行.避免了处理器清空流水线和取指重定向,降低了误预测代价.实验表明,对于不同测试基准处理器性能均有所提升,而且随着流水线的加长该机制更加有效.