CPU/GPU真融合！Intel新酷睿權威評測

第三章/第二節 SandyBridge架構解析：指令緩存和分支預測

    從高級層面角度看，SandyBridge架構只是一次進化，但是如果看看Nehalem/Westmere以來晶體管變化的規模，絕對是一次革命。

    Core 2引入了一種叫作循環流檢測器(LSD)的邏輯塊，檢測到CPU執行軟件循環的時候就會關閉分支預測器、預取/解碼引擎，然后通過自身緩存的微指令(micro-ops)供給執行單元。這種做法通過在循環執行的時候關閉前端節省了功耗，并改進了性能。Core i系列處理器沿用了這種設計。

    SandyBridge里面又增加了一個微指令緩存，用于在指令解碼時臨時存放。這里沒有什么嚴格的算法，指令只要在解碼就會放入緩存。預取硬件獲得一個新指令的時候，會首先檢查它是否存在于微指令緩存中，如是則由緩存為其余的管線服務，前端隨之關閉。解碼硬件是x86管線里非常復雜的部分，關閉它能夠節約大量的功耗。

    這個緩存是直接映射的，能存儲大約1.5K微指令，相當于6KB指令緩存。它位于一級指令緩存內，大多數程序的命中率都能達到80％左右，而且帶寬也相比一級指令緩存更高、更穩定。真正的一級指令和數據緩存并沒有變，仍然都是32KB，合計64KB。這看起來有點兒像Pentium 4的追蹤緩存，但最大的不同是它并不緩存追蹤，而更像是一個指令緩存，存儲的是微指令，而非x86指令(macro-ops)。

    與此同時，Intel還完全重新了一個分支預測單元(BPU)，精確度更高，并在三個方面進行了創新。

第一，標準的BPU都是2-bit預測器，每個分支都使用相關可信度(強/弱)進行標記。Intel發現，這種雙模預測器所預測的分支幾乎都是強可信度的，因此SNB里多個分支都使用一個可信度位，而不是每個分支對應一個可信度位，結果就是在分支歷史表中同樣的位可以對應更多分支，進而提高預測精確度。

第二，分支目標同樣做了翻新。之前的架構中分支目標的大小都是固定的，但是大多數目標都是相對近似的。SNB現在支持多個不同的分支目標大小，而不是一味擴大尋址能力、保存所有分支目標，因而浪費的空間更少，CPU能夠跟蹤更多目標、加快預測速度。

第三，提高分支預測器精度的傳統方法是使用更多的歷史位，但這只對要求長指令的特定類型分支有效，SNB于是將分支按照長短不同歷史進行劃分，從而提高預測精度。