[发明专利]用于分支和获取流水线的误预测恢复设备和方法

说明书

公开了用于分支和获取流水线的误预测恢复设备和方法。一种根据本发明的实施例的误预测恢复设备包括指令执行单元、分支预测器和误预测恢复单元(MRU)。MRU可在来自指令执行单元的误预测重定向之后提供离散周期预测。MRU可包括用于生成用于预测的分支的预测置信度信息的分支置信度过滤器。MRU可包括标签内容可寻址存储器(CAM)。标签CAM可存储误预测的低置信度分支，探测误预测重定向，并且从分支置信度过滤器获得预测置信度信息。MRU可包括误预测恢复缓冲器(MRB)，MRB用于存储标签CAM中存在的误预测的低置信度分支的替代路径，而不存储指令自身。此外，公开了一种用于从与指令获取流水线相关联的误预测恢复的方法。

本申请要求于2018年12月20日提交的序列号为62/783,173的美国临时专利申请的权益，所述美国临时专利申请的内容通过引用整体包含于此。

技术领域

本公开涉及集成电路，更具体地，涉及用于微处理器的分支和获取流水线的误预测恢复设备和方法。

背景技术

中央处理器(CPU)性能在很大程度上取决于准确的分支预测。处理器采用复杂的分支预测器单元来更好地使用CPU资源，提高性能并降低损失的功率。尽管这样的预测器能够实现非常高的准确性，但是它们通常使用多个周期来预测分支，导致对“采用的”分支的惩罚。即使利用高度准确的预测器，分支的子集仍然难以预测，并且被频繁地误预测。

因为分支误预测需要整个流水线被刷新，所以分支误预测非常昂贵(尤其是在较深的流水线处理器中)。由于预测器需要在误预测之后赶上来填补空的管道，分支预测器延迟通常成为CPU的瓶颈。误预测延迟(或惩罚)可被理解为执行指令所花费的周期数，该指令跟随着被强制重定向获取管道的误预测分支。这不仅取决于分支预测管道/延迟，还取决于其他事件(诸如，高速缓存未命中)，这会进一步降低性能。

分支预测器自身在实现上不同。通常，在它们的准确性与它们的速度之间存在权衡。如果分支预测器将分支预测为采用的分支，则它将分支和获取管道重新定向为从新地址开始，因此会遭受所谓的采用的气泡惩罚(bubble penalty)，采用的气泡惩罚表示等待下一预测的丢失或高推测性的获取周期。当机器的其他位置不存在用于覆盖气泡的背压(back pressure)时，这种惩罚出现。误预测刷新流水线，因此紧跟在误预测后的时间内误预测将机器直接暴露于采用的气泡惩罚。

发明内容

本公开的示例实施例可提供用于微处理器的分支和获取流水线的误预测恢复设备和方法。

发明的方面包括一种误预测恢复设备。所述误预测恢复设备可包括一个或多个指令执行单元。所述误预测恢复设备可包括一个或多个分支预测器。所述误预测恢复设备可包括：误预测恢复单元(MRU)，连接到所述一个或多个指令执行单元并连接到所述一个或多个分支预测器，并且被配置为在来自一个或多个指令执行单元的误预测重定向之后提供离散周期预测。

MRU可包括：分支置信度过滤器，被配置为：基于来自所述一个或多个分支预测器的信息并基于来自所述一个或多个指令执行单元的误预测重定向，来生成用于预测的分支的预测置信度信息。MRU可包括标签内容可寻址存储器(CAM)。标签CAM可存储误预测的低置信度分支，从所述一个或多个指令执行单元探测误预测重定向，并且从与误预测的低置信度分支相关联的分支置信度过滤器获得预测置信度信息。

MRU还可包括：误预测恢复缓冲器(MRB)，被配置为：存储标签CAM中存在的误预测的低置信度分支的替代路径。MRB可响应于误预测重定向，利用替代路径驱动指令获取流水线。MRB可存储替代路径的指令地址，而不存储指令自身。