[发明专利]分支预测功率降低

说明书

背景技术

微处理器通常采用分支预测单元对是否将在指令的执行期间采取分支指令来做出预测，以及对所预测采取的分支的目标进行预测。分支预测改善流以及降低在指令管线中形成气泡的可能性。具体地，通过做出分支预测，微处理器不必等到分支指令在下一个指令可进入管线中的获取级之前已通过管线的执行级。分支预测单元预测是最有可能采取还是最有可能不采取条件转移。随后获取在分支的所预测目标处的指令并冒险执行。如果分支预测正确，则指令管线继续执行指令而降低在管线中造成气泡的可能性，并且管线性能增加。另一方面，如果分支预测不正确，那么丢弃所冒险执行或所部分执行的指令并且管线以招致延迟的正确分支目标重新开始。

在一个示范性实现方案中，当实施指令获取时分支预测单元与指令高速缓存并行地上电。分支预测单元上电以查找用于正从指令高速缓存所获取的指令数据的分支预测。换句话说，每次查找指令高速缓存中的指令数据时，分支预测单元也上电。

然而，该用于控制分支预测单元的方法存在各种限制。例如，在先前从指令高速缓存所获取的高速缓存行上实施指令获取、并且所获取的指令数据不包含分支的情况下，因为指令数据不包括分支指令，所以浪费了在分支预测单元中查找分支预测所消耗的功率。换句话说，在该方法中，在每个指令获取操作期间无论所获取的指令数据包括或不包括分支指令，分支预测单元均上电。因此，当分支预测单元上电用于不包括分支指令的指令数据的指令获取时，该用于控制分支预测单元的方法产生不必要的功率消耗。

附图说明

图1示出根据本公开的、计算设备的微处理器的实施例。

图2示出根据本公开的、计算机处理管线的实施例。

图3示意性地示出指令高速缓存的实施例的一部分。

图4示出高速缓存行的中间发生重定向的情景。

图5-10示出用于控制微处理器的方法的实施例。

图11示出根据本公开的、示范性分支预测单元操作的时间线。

具体实施方式

本讨论阐述用于以无需显著降低微处理器性能而降低功率消耗的方式来控制微处理器的分支预测单元的新颖的系统和方法。更具体地，本讨论涉及通过跟踪先前所获取的、存储于指令高速缓存中的指令数据是否包括任意分支来为功率降低而优化对分支预测单元的控制。例如，当先前从指令高速缓存中获取指令时，指令经验证为在微处理器的处理管线中的点处包括分支指令或不包括分支指令。该跟踪信息可存储在指令高速缓存中并且用来在以后从指令高速缓存中获取指令期间控制分支预测单元。具体来说，当从指令高速缓存中获取先前所获取的不包括分支指令的高速缓存行时，分支预测单元掉电（或维持在掉电状态中）。因此可减少分支预测单元的不需要的激活。这样，相对于每次从指令高速缓存中获取指令时分支预测单元均上电的方法，可降低功率消耗。

此外，跟踪信息可存储在分支预测单元中以及用来确定在所采取的分支的目标地址处的高速缓存行是否包括分支指令。例如，当分支预测单元预测所采取的分支和到目标地址的重定向发生时，跟踪信息可用来控制分支预测单元用于跟随重定向的初始指令获取。具体来说，如果跟随重定向的初始高速缓存行不包括分支指令，那么分支预测单元掉电（或维持在掉电状态中）。如果分支预测单元被阻止上电并且在跟随重定向的相关联的指令中没有分支，那么相对于每次从指令高速缓存中获取指令时分支预测单元均上电的方法，节省功率而无性能损耗。

而且，通过跟踪目标指令是否包括分支信息，分支预测单元在可从指令高速缓存中得到信息之前可以有选择地紧随重定向而掉电（或维持在掉电状态中）。因此，甚至在一个或多个紧随重定向的时钟周期期间也可降低功率消耗。相比之下，如果只基于存储在指令高速缓存中的跟踪信息来控制分支预测单元，那么可能在重定向之后、等待跟踪信息变成可从指令高速缓存中得到的同时，造成控制中的延迟。