[发明专利]一种TAGE分支预测算法针对超大循环次数指令流优化的方法

说明书

本发明公开了一种TAGE分支预测算法针对超大循环次数指令流优化的方法，涉及处理器分支预测领域。本发明的优点是引入循环预测表和循环预测器(loop predictor)，记录现有分支预测算法无法预测的退出循环时的分支指令，筛选出因分支历史信息过长导致TAGE预测失败的分支指令，以及用来实现循环指令流的分支指令，利用循环预测器记录循环跳转的次数，通过TAGE主预测器进行仲裁，最终针对超大循环主体提供有效的分支预测结果；充分利用有限的存储开销，减轻分支预测失败，减少访问冲突，优化分支预测的正确率，提高分支预测精度。

技术领域

本发明涉及处理器分支预测领域，具体涉及一种基于现有的TAGE分支预测算法针对超大循环次数指令流的算法优化的方法。

背景技术

现代处理器通过流水线的级数增加，处理器的工作细化以提升处理器的主频，并广泛采用了超流水，超标量、分支预测、乱序执行、前瞻执行等技术。分支预测技术是提高处理器性能的关键支撑技术，TAGE预测器的实现是通过一个UHT(untagged history table)和N(N＝2)个THT(tagged history table)实现的，每个THT表中每个表项都会包含一个partial tag(部分位)。UHT的索引是通过分支指令的地址直接索引。THT是通过分支指令的地址和GHR(global history register)进行hash(是把任意长度的输入通过特定的算法变换成固定长度的输出，输出的值就是哈希值)后的结果进行索引，并用读出的partial tag和当前分支指令地址生成的partial tag进行比对，如果两个tag值相同表示该THT表命中，从而确定使用哪个表提供的预测结果。不同的THT会使用不同长度的GHR和分支指令的地址进行索引。TAGE预测器的访问会同时访问UHT和THTs(THT_1,THT_2,…THT_N)，当所有THTs都没有命中时(THT表项中存储的partial tag和指令计算出的partial tag不相同)预测器会使用UHT提供的预测结果。如果只有1个THT命中，就使用命中的THT提供的结果。如果有多个THT命中，比如THT_i,和THT_j同时命中，如果ji,会选择THT_j的结果。TAGE预测器的建立是一个从UHT逐步升级到THT_1,THT_2最终到THT_N的过程。THT_1,THT_2,…,THT_N所使用的GHR长度会递增。这样的设计思想是基于如果某个THT无法提供正确的预测，那么说明该分支需要依赖于更长的历史信息，故而将该分支的预测升级到更高的THT_N表项中。比如当UHT不能提供一个正确的预测结果，那么就会在THT_1中建立一个预测项。相似的如果THT_1提供了一个错误的预测，那么就会在THT_2中建立一个预测项。

已有技术的缺点在于：基于TAGE预测器的建立的分支预测系统，如果级别最高的THT(THT_N)依然无法提供正确的结果，那么说明该分支所依赖的历史信息位已经超过了TAGE所能提供的最大历史信息位，无法提供正确的分支预测结果。

发明内容

本发明涉及到一种TAGE分支预测算法针对超大循环次数指令流优化的方法，其特征在于：TAGE条件分支预测器中引入循环预测表和循环预测器,取指后经过predecode后对分支指令进行筛选，

a).如果是因分支历史信息过长导致TAGE预测失败，则直接使用TAGE主预测器的结果；

b).如果是分支历史信息正常，则筛选出用来实现循环指令流的分支指令；

c).记录循环分支实际发生的跳转的次数作为可信度进行判断；

d).如果可信度不满足，则直接使用TAGE主预测器的结果；

e).如果可信度满足，则通过循环预测器与TAGE主预测器进行仲裁,提供有效的分支预测结果。