Dallanma Tahmini
Dallanma tahmini, boru hattı işlemcisinin bir dallanmanın sonucunu ve hedefini çözümlenmeden önce tahmin etmesini sağlayarak, işlemcinin duraklamak yerine olası yol boyunca talimatları getirmeye ve yürütmeye devam etmesine olanak tanır.
Tanım
Dallanma tahmini, koşullu bir dallanmanın alınıp alınmayacağını ve nereye gideceğini öngören mikro mimari bir tekniktir; bu, işlemcinin tahmin edilen yol boyunca talimatları spekülatif olarak getirmesine ve yürütmesine olanak tanır ve tahminin yanlış çıkması durumunda bu çalışmayı iptal etmesini sağlar.
Kapsam
Bu konu, kontrol akışını tahmin etme tekniklerini kapsamaktadır: statik tahmin, dallanma geçmişine dayalı dinamik tahminciler (bir ve iki bitlik sayaçlar, korelasyonlu ve turnuva tahmincileri), dallanma hedef tamponları ve yanlış tahminlerin maliyeti. Tahminin derin boru hatlarını ve spekülasyonu nasıl mümkün kıldığını ele almaktadır. Daha geniş spekülatif yürütme mekanizmasını ve kurtarmayı (sırasız yürütme) ve temel kontrol tehlikesinin kendisini (boru hattı ve tehlikeler) dışarıda bırakmaktadır.
Temel sorular
- Dallanmalar neden derin boru hatlarını durdurur ve tahmin bu konuda nasıl yardımcı olur?
- Dinamik tahminciler, doğruluğu artırmak için dallanma geçmişini nasıl kullanır?
- Dallanma hedef tamponu nedir ve ne sağlar?
- Yanlış tahminin cezası nedir ve bu durum nasıl telafi edilir?
Anahtar kavramlar
- statik ve dinamik tahmin
- bir ve iki bitlik doyurucu sayaçlar
- dallanma geçmişi ve korelasyon
- turnuva tahmincileri
- dallanma hedef tamponu
- yanlış tahmin cezası
- spekülatif getirme
Temel kuramlar
- Geçmişe dayalı dinamik tahmin
- Dallanma sonuçları, kendi ve diğer dallanmaların geçmiş davranışlarıyla yüksek oranda ilişkilidir; geçmişi doyurucu sayaçlarda kaydeden ve yerel ile küresel geçmişi birleştiren tahminciler (korelasyonlu ve turnuva tahmincileri) çok yüksek doğruluk elde etmektedir.
Mekanizmalar
Bir tahminci, bir dallanmanın yönünü tahmin etmek için geçmişe başvurur ve hedefi tahmin etmek için bir dallanma hedef tamponu kullanır, bu da ön ucun spekülatif olarak getirmeye devam etmesini sağlar. İki bitlik doyurucu sayaçlar, her dallanma için son sonuçları izler; korelasyonlu tahminciler küresel geçmişi ekler; turnuva tahmincileri yerel ve küresel şemalar arasında dinamik olarak seçim yapar. Yanlış bir tahminde, spekülatif talimatlar iptal edilir ve getirme işlemi doğru adreste yeniden başlar, bu da boru hattı derinliğiyle orantılı bir cezaya neden olur.
Klinik önem
Doğru dallanma tahmini, modern derin ve geniş boru hatları için hayati öneme sahiptir: yanlış tahminlerin birçok döngüye mal olması nedeniyle, yüksek performansı sürdürmek için yüzde 95'i aşan doğrulukta tahmincilere ihtiyaç duyulmaktadır. Dallanma tahmin yapıları, spekülatif davranışlarının Spectre gibi geçici yürütme saldırılarının temelini oluşturması nedeniyle güvenlik açısından da önem kazanmıştır.
Tarihçe
Basit statik ve bir bitlik dinamik tahminciler, yerini iki bitlik doyurucu sayaçlara, ardından 1990'ların başında korelasyonlu ve iki seviyeli adaptif tahmincilere, yüksek performanslı çekirdeklerde ise turnuva ve sinir ağı tarzı tahmincilere bırakmıştır. Boru hatları derinleştikçe, yanlış tahmin cezalarını tolere edilebilir düzeyde tutmak için tahminci karmaşıklığı da buna paralel olarak artmıştır.
Öne çıkan isimler
- James E. Smith
- Yale Patt
- Tse-Yu Yeh
- John L. Hennessy
İlgili konular
Temel eserler
- hennessy2019
- patterson2020
Sıkça sorulan sorular
- Bir dallanma yanlış tahmin edildiğinde ne olur?
- İşlemci, yanlış yol üzerinde spekülatif olarak talimatları getirmiş ve kısmen yürütmüştür. Yanlış tahmini tespit ettiğinde, bu spekülatif çalışmayı iptal eder (squash eder) ve doğru hedeften getirme işlemini yeniden başlatır, bu da boru hattının derinliğiyle yaklaşık olarak orantılı bir cezaya neden olur.
- Modern dallanma tahmincileri ne kadar doğrudur?
- Modern dinamik tahminciler, yerel ve küresel dallanma geçmişini birleştirerek yaygın iş yüklerinde genellikle yüzde 95'in üzerinde doğruluk oranına ulaşmaktadır. Her yanlış tahminin birçok döngülük spekülatif çalışmayı boşa harcaması nedeniyle, bu yüksek doğruluk derin ve geniş boru hatlarını değerli kılmaktadır.