[发明专利]对固定方向分支指令的分支预测在审

专利信息
申请号: 201880038833.3 申请日: 2018-06-11
公开(公告)号: CN110741345A 公开(公告)日: 2020-01-31
发明(设计)人: R·M·A·阿勒谢赫 申请(专利权)人: 高通股份有限公司
主分类号: G06F9/38 分类号: G06F9/38
代理公司: 11287 北京律盟知识产权代理有限责任公司 代理人: 杨林勳
地址: 美国加利*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 布隆过滤器 分支指令 解析 方向分支 分支预测 记录 指令 预测 访问
【说明书】:

用于固定方向分支指令的分支预测的系统及方法涉及布隆过滤器。采用布隆过滤器记录分支指令被采用或在采用方向上解析的例子;而未采用布隆过滤器记录分支指令未采用或在未采用方向上解析的例子。对于待执行的分支指令,访问所述采用布隆过滤器及所述未采用布隆过滤器,并使用所述采用布隆过滤器或所述未采用布隆过滤器中的至少一个预测所述分支指令的执行方向。

技术领域

所公开的方面涉及处理系统中的分支预测。更具体来说,示范性方面涉及改进对始终在相同方向上解析的分支指令的分支预测,所述分支指令例如始终采用或始终未采用分支指令,且在本文中被称作“固定方向”分支指令。

背景技术

处理系统可以采用引起控制流变化的指令,例如条件性分支指令。条件性分支指令的方向是基于条件的评估方式,但评估可能仅在处理器的指令管线的深处已知。为了避免管线停滞直到已知评估为止,处理器可以采用分支预测机制以在管线的早期预测条件性分支指令的方向。基于预测,处理器可以从两条路径中的一条中的预测地址推测性地提取并执行指令——从分支目标地址开始的“采用”路径,其中对应方向被称为“采用方向”;或从条件性分支指令之后的下一顺序地址开始的“未采用”路径,其中对应方向被称为“未采用方向”。

当条件被评估且实际分支方向被确定时,如果分支被错误预测(即,执行遵循错误的路径),则可以从管线中清空推测性地提取的指令,且可以从正确的下一地址提取正确路径中的新指令。因此,改进条件性分支指令的分支预测准确性能减轻与错误预测及错误路径指令的执行相关联的损失,且能对应地改进处理系统的性能及能量利用。

传统的分支预测机制可以包含一或多个状态机,所述状态机可以运用过去及当前分支指令的评估历史加以训练。但在一些情境下,这些分支预测机制可能无法准确地预测分支指令的方向。此外,当发生错误预测时,用于分支预测的能量及资源也是浪费的。

特定来说,对于分支行为可能保持不变的一些分支指令,能看出与复杂的分支预测机制相关联的能量耗用是浪费的。例如,一些分支指令在每次执行时都可能在相同方向上解析——采用或未采用。此类分支指令在本发明中被称为“同方向”或“固定方向”分支指令。然而,常规的分支预测机制并不能辨识此类固定方向分支指令或对其提供特殊考量。此外,在一些情况下,常规的分支预测机制也可能会错误预测固定方向分支指令。

因此,需要改进常规分支预测机制的能量消耗、效率及预测准确性。

发明内容

本发明的示范性方面涉及用于分支预测的系统及方法。在本发明中,固定方向分支指令是指始终在相同方向上解析——始终采用或始终未采用的分支指令。对于此类固定方向分支指令,示范性布隆过滤器被配置成识别并实现对分支方向的高效预测。布隆过滤器可以包括可以被编索引的数据结构。在一个实例中,示范性布隆过滤器可以包含位阵列(例如,寄存器或相似存储器元件),其中位可以使用分支指令的分支程序计数器(PC)值来编索引。如果布隆过滤器中的对应索引位置处存在分支指令的命中条目(例如,位集合),则此意指布隆过滤器已记录所述分支指令的历史。更具体来说,采用布隆过滤器记录分支指令被采用或在采用方向上解析的例子;而未采用布隆过滤器记录分支指令未采用或在未采用方向上解析的例子。如果分支指令在仅一个而非两布隆过滤器中存在命中条目,则此传达分支指令为方向对应于存在命中条目的布隆过滤器的固定方向分支指令,并相应地预测分支指令的方向。

例如,示范性方面涉及一种分支预测方法。所述方法包括:对于待执行的分支指令,访问采用布隆过滤器及未采用布隆过滤器,其中采用布隆过滤器包括已至少在采用方向上解析一次的分支指令的记录,且未采用布隆过滤器包括已至少在未采用方向上解析一次的分支指令的记录,及使用采用布隆过滤器或未采用布隆过滤器中的至少一个预测分支指令的执行方向。

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