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La prédiction de branchement est absolument cruciale pour les performances de l’exécution spéculative dans les processeurs modernes. Sans prédiction de branche précise, l'exécution spéculative devient largement inefficace et peut même *réduire* considérablement les performances. Voici comment :
* Dépendance de l'exécution spéculative à l'égard des prédictions : L'exécution spéculative fonctionne en anticipant le résultat d'une instruction de branchement (comme une instruction « if ») *avant* que la condition de branchement soit réellement évaluée. Le processeur devine quel chemin le code empruntera (branche prise ou branche non prise) et commence à exécuter les instructions le long de ce chemin prédit. Cela se produit *dans le désordre*, avant que le processeur sache avec certitude si la prédiction était correcte.
* Le coût des erreurs de prédiction : Si la prédiction de branchement est incorrecte, tout le travail effectué de manière spéculative sur le mauvais chemin est inutile. Le processeur doit :
* Revenir en arrière : Jetez tous les résultats de l’exécution spéculative. Cela implique l'annulation des modifications apportées aux registres, à la mémoire et potentiellement au cache.
* Redémarrer : Commencez l'exécution sur le bon chemin. Cela implique de récupérer et d’exécuter les instructions de la bonne branche.
Ce processus de restauration et de redémarrage prend énormément de temps, ce qui entraîne des pénalités de performances importantes. Plus il y a d’erreurs de prédiction, plus le processeur consacre du temps à cette activité inutile.
* Impact sur l'efficacité du pipeline : Les processeurs modernes ont des architectures profondément pipeline. Une mauvaise prédiction peut vider l’intégralité du pipeline, provoquant un retard important avant la reprise du travail utile. Ce délai est bien plus long que le temps qu’il faudrait pour exécuter les instructions séquentiellement sans spéculation.
* Prédiction précise =Gain de performances : Une prédiction de branchement précise permet au processeur d’exécuter les instructions le long du chemin correct la plupart du temps. Cela conduit à des améliorations significatives des performances car :
* Augmentation du parallélisme au niveau de l'instruction (ILP) : Le processeur peut garder son pipeline plein et chevaucher l'exécution de plusieurs instructions.
* Latence réduite : Le processeur exécute les instructions plus tôt, ce qui réduit le temps d'exécution global.
* Utilisation améliorée du cache : L'accès spéculatif aux données conduit à une meilleure utilisation des caches si la prédiction est correcte.
Essentiellement, la prédiction de branchement agit comme un guide crucial pour l’exécution spéculative. La précision de la prédiction a un impact direct sur les avantages en termes de performance de la spéculation. Les processeurs modernes emploient des techniques sophistiquées de prédiction de branchement, telles que :
* Prédicteurs basés sur l'historique : Suivez l’historique récent des résultats des succursales pour faire de meilleures prévisions.
* Prédicteurs de corrélation : Tenez compte des résultats des autres branches pour améliorer la précision des prévisions.
* Prédicteurs de tournoi : Combinez plusieurs techniques de prédiction pour obtenir une plus grande précision.
Un taux d’erreurs de prédiction élevé annule effectivement les avantages de l’exécution spéculative, ce qui en fait un facteur critique dans la conception de processeurs hautes performances. La volonté constante d'obtenir des vitesses d'horloge de processeur plus élevées et de meilleures performances dépend fortement de mécanismes de prédiction de branchement en constante amélioration.
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