* De afhankelijkheid van speculatieve uitvoering van voorspellingen: Speculatieve uitvoering werkt door te anticiperen op de uitkomst van een branch-instructie (zoals een `if`-instructie) *voordat* de branch-voorwaarde daadwerkelijk wordt geëvalueerd. De processor raadt welk pad de code zal volgen (genomen tak of niet genomen tak) en begint instructies uit te voeren langs dat voorspelde pad. Dit gebeurt *buiten de juiste volgorde*, voordat de processor zeker weet of de voorspelling juist was.

* De kosten van verkeerde voorspelling: Als de vertakkingsvoorspelling onjuist is, is al het speculatief verrichte werk langs het verkeerde pad verspild. De verwerker moet:

* Terugdraaien: Gooi alle resultaten van de speculatieve executie weg. Dit omvat het ongedaan maken van wijzigingen in registers, geheugen en mogelijk de cache.

* Opnieuw opstarten: Begin met de uitvoering op het juiste pad. Dit omvat het ophalen en uitvoeren van instructies van de juiste vertakking.

Dit terugdraai- en herstartproces is uiterst tijdrovend en leidt tot aanzienlijke prestatieboetes. Hoe meer verkeerde voorspellingen, hoe meer tijd de processor aan deze verspillende activiteit besteedt.

* Impact op pijplijnefficiëntie: Moderne processors hebben diepgaande architecturen. Een verkeerde voorspelling kan de hele pijplijn doorspoelen, waardoor er een aanzienlijke vertraging ontstaat voordat het nuttige werk wordt hervat. Deze vertraging is veel langer dan de tijd die nodig zou zijn om de instructies zonder speculatie opeenvolgend uit te voeren.

* Nauwkeurige voorspelling =prestatiewinst: Nauwkeurige aftakkingsvoorspelling zorgt ervoor dat de processor instructies meestal langs het juiste pad kan uitvoeren. Dit leidt tot aanzienlijke prestatieverbeteringen omdat:

* Verhoogd parallellisme op instructieniveau (ILP): De processor kan zijn pijplijn vol houden en de uitvoering van meerdere instructies overlappen.

* Verminderde latentie: De processor voltooit instructies sneller, waardoor de algehele uitvoeringstijd wordt verkort.

* Verbeterd cachegebruik: Speculatieve toegang tot gegevens leidt tot een beter gebruik van caches als de voorspelling klopt.

In wezen fungeert vertakkingsvoorspelling als een cruciale gids voor speculatieve uitvoering. De nauwkeurigheid van de voorspelling heeft een directe invloed op de prestatievoordelen van speculatie. Moderne processors maken gebruik van geavanceerde vertakkingsvoorspellingstechnieken, zoals:

* Op geschiedenis gebaseerde voorspellers: Volg de recente geschiedenis van brancheresultaten om betere voorspellingen te doen.

* Correlerende voorspellers: Overweeg de uitkomsten van andere branches om de nauwkeurigheid van de voorspellingen te verbeteren.

* Toernooivoorspellers: Combineer meerdere voorspellingstechnieken om een ​​hogere nauwkeurigheid te bereiken.

Een hoog percentage verkeerde voorspellingen doet de voordelen van speculatieve uitvoering feitelijk teniet, waardoor het een cruciale factor wordt bij het ontwerpen van krachtige processors. Het constante streven naar hogere CPU-kloksnelheden en betere prestaties is sterk afhankelijk van steeds betere vertakkingsvoorspellingsmechanismen.