Prescott 的杀手锏：改进的分支预测

    我们之前曾经说过：如果你想构建更长的管线或者增加更多的执行单元，你需要更强有力的分支预测。精确的分支预测，通过CPU的命中率，决定了完成任务所需要的操作数。Intel 把基本的整数管线增加了11层，因此它们需要相应地增加Prescott 分支预测的精确度，否则性能的损失将是无法避免的。

    Intel 强调，Prescott 大部分的分支预测单元都没有改变，不过为了帮助平衡性能，作了一些关键的修改。

    对于不熟识术语的人来说，分支预测究竟意味着什么,可能很难理解，其实CPU 分支预测充当的角色就是预报将要执行代码的路径。如果你了解一定的编程技术，那么可以明白分支预测能够预知条件声明语句(if-then,loops,etc...)的哪个部分将要执行。分支预测工作的原则非常简单；如果分支在过去曾经执行过一定的代码，很可能在将来也同样被执行。因此分支预测的目的是保持CPU将要执行代码的轨迹，并且用计算器统计特殊地址被执行的数目。假设有足够的空间储藏数据，那么一旦这些计算器累计了足够的数据，分支预测将能够以相当高的精确度预测那些分支将要被接纳。

    提高分支预测性能的办法之一，也许你已经猜到了，那就是为已经执行/没有执行的分支提供足够的储存空间。AMD 在它的Opteron 处理器里面，也通过提高分支数据的储存空间来获得更精确的分支预测。Intel 的Prescott 没有选择相同的办法，Prescott 的分支目标缓冲仍旧是4K，Intel 也没有增加全局历史计数器的大小。Intel 的办法是，通过使用更少内核空间消费的方法来协调分支预测器的效率。

    在程序代码中，循环是非常普遍的，而这对于数据结构的清零，打印字母或者作为大运算的一部分非常简单。在每次循环开始或者重复执行循环的时候，你需要判定是否继续执行该循环。幸运的是，这些类型的分支非常好预测，你通常会假设是否该分支满足你获得的结果(称为向后分支)。

    不过并非所有向后分支都会被执行 - 它们并非所有都是循环的终点。在有些情况下，由于错误的结果，向后分支并非是分支循环的终点；但如果应用程序没有错误产生，那么该预测将不被执行。

两种类型向后分支的例子

    Prescott 包括了新的运算法则，能够从实际分支指令中，预测分支目标的距离，从而决定是否接受该分支。这些增强是相对于静态分支预测而言的，因为它们都有特定的情节。Prescott 还包括了对动态分支预测的改进。

    典型的分支有两个选项：不接受该分支，或者去到目标指令开始执行那里的代码：

    不过还有第三类型的分支 - 叫做间接分支 - 把预测复杂化了一点。普通情况下，如果分支被接受，那么就会告诉CPU 应该怎么走，而间接分支则会告诉CPU,看看CPU 将要走向那里 - 分支指令的寄存器/主内存的地址。目前使用间接分支预测器的处理器，有Pentium M(Banias)和Prescott 。

    间接分支预测在很多情况下都可以获得很好的性能，不过也并非一概而论。Prescott 的分支预测器有特别的算法来处理这些情况，这些算法的细节并没有向公众公开。事实上，Prescott 团队借鉴了Pentium M 团队提高处理器效率的方法，后者是Intel 家族中最优秀的设计之一。

    Prescott 的间接分支预测使得它在253.perlbmk SPEC CPU2000 测试中，有55%的性能增益。以下表格的是Prescott 与Northwood 相比错误分支预测减少的性能(越高越好)。

     性能的增益似乎并不糟糕，因为Prescott 有55% 更长的管线。获得最大性能的地方(可以减少>10% 的错误分支预测)，有176.gcc, 197.parser, 252.eon, 253.perlbmk 和 254.gap 。176.gcc 是一个编译器测试，不过Pentium 4 在该项测试的性能明显地落后于Athlon64 。197.parser 是一项字处理测试，由于整数代码的分歧，Pentium 4 在该测试的表现糟糕。252.eon 是光线描绘工具；改进254.gap 性能对于Prescott 在HPC 应用中意义重大，因为它模拟的是精深的分布式数据计算。

    分支预测的改进，使得当前的软件无须重新编译或者封装，就能够获得更理想的性能。