徐永新

（华为技术有限公司 江苏省南京市 210012）

为了提升处理性能，现代CPU 采用多级流水线机制，经典的五级流水线分成取指，译码，执行，访存，写回等几个阶段。流水线机制可以有效提升指令的并行度，但是存在一些流水线冲突的场景，造成流水线效率的降低。这样的流水线冲突包括结构冲突，控制冲突和数据冲突。

流水线的控制冲突也称为分支冲突。程序执行过程中有许多分支跳转的情况，流水线遇到分支跳转时，并不知道后面要真正执行的指令在哪里，因为分支跳转的目标地址还没有被计算出来。这个时候流水线就需要采用某种策略，来预测后面将要执行的分支。如果预测对了，那么流水线的效率将能维持在较好的水平。反之，预测错了，则错误的流水线处理结果都会被丢弃，重新从正确的目标地址取出指令重新执行，这将严重影响流水线的执行效率。

1 分支预测技术

1.1 静态分支预测器

静态分支预测是一种实现简单的方法，比如预测永远不发生跳转，取指单元总是按顺序取指，直到发现错误才丢弃不正确的中间状态，重新取指。

静态分支预测特点是实现简单，但是预测的精度不高，在早期的CPU 设计中会使用这种方式。

1.2 动态分支预测器

现代处理器使用较多的是动态分支预测器，该类预测器能够记录分支的历史跳转信息，来预测将要执行的分支跳转行为。如果由于程序执行的行为发生改变，预测器也会根据执行情况自动调整，从而拥有较好的预测准确度和自适应性。……