cpu-architecture - 嵌套分支和推测执行会发生什么？

Question

好的，所以我知道如果一个特定的条件分支有一个需要时间来计算的条件(例如内存访问)，CPU 会假设一个条件结果并沿着该路径推测性地执行。但是，如果沿着这条路径又弹出另一个缓慢的条件分支(当然，假设第一个条件尚未解决并且 CPU 不能只提交更改)会发生什么？ CPU 只是在推测中进行推测吗？如果最后一个条件被错误预测而第一个不是，会发生什么？它只是一路回滚吗？

我正在谈论这样的事情:

if (value_in_memory == y){
   // computations
   if (another_val_memory == x){
      //computations
   }
}

Answer 1

推测执行是正常的执行状态，而不是一种特殊的模式，即乱序 CPU 在看到分支时进入，然后在分支不再运行时离开。

如果您考虑到不仅分支会出错，而且许多指令(包括访问内存的指令)对其输入值有限制等，这会更容易看出。因此，任何实质性的乱序执行都意味着不断的推测，而 CPU围绕这个想法建立。

因此，从这个意义上说，“嵌套分支”最终并不特别。

现在，现代 CPU 具有多种快速分支预测错误恢复的方法，比从其他类型的故障中恢复更快。例如，他们可能会在某些分支上对寄存器映射的状态进行快照，以允许在分支位于重新排序缓冲区的头部之前开始恢复。由于在所有分支进行快照并不总是可行的，因此可能涉及复杂的启发式方法来决定在何处拍摄快照。

我提到最后一部分是因为它是嵌套分支可能很重要的一种方式:当有很多分支在运行时，您可能会遇到一些与跟踪这些分支以进行恢复相关的微架构限制。有关更多详细信息，您可以查看“分支订单缓冲区”的专利(针对英特尔技术，但毫无疑问是其他技术)。

1 基本的恢复方法是继续执行，直到出现故障的指令是下一个要退出的指令，然后扔掉所有较新的指令。在分支错误预测的上下文中，这意味着您实际上可能会遭受两个或更多错误预测，只有其中最旧的才真正生效:例如，一个较新的分支错误预测，并且在执行到该分支时(此时可以恢复)，另一个发生错误预测，所以年轻的最终会被丢弃。