• 한국컴퓨터정보학회논문지
• /
• 제13권4호
• /
• pp.19-30
• /
• 2008

분기 히스토리는 분기 예측기의 주된 입력 요소로 사용된다. 따라서 적절한 분기 히스토리의 사용은 분기 예측의 정확도 향상에 큰 영향을 미친다. 본 논문에서는 분기 예측의 정확도를 향상시키기 위한 방법의 하나로, 명령어의 연관성 분석을 통한 선별적 분기 히스토리 사용 기법을 제안한다. 우선, 본 논문에서는 명령어의 연관성을 분석하는 세 가지 서로 다른 알고리즘을 제안한다. 제안된 기법은 명령어의 레지스터 쓰기 연산에 기반하는 방법, 분기 명령어의 참조 레지스터에 기반하는 방법, 그리고 이들 두 가지 방식을 상호 결합하는 방법이다. 또한, 제안된 세 가지 알고리즘의 실질적 구현을 위해 이를 적용할 수 있는 가변 입력 gshare 예측기를 제안한다. 본 논문에서는 모의실험을 통해 세 가지 알고리즘의 특징 및 장단점을 비교 분석한다. 특히, 기존의 고정된 입력을 사용하는 방식과 비교하여 제안된 기법의 성능 향상의 정도를 분석하며, 사전 프로파일링을 통해 얻어진 최적의 입력에 대한 성능상의 차이도 소개한다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제23권12호
• /
• pp.1734-1737
• /
• 2019

This paper presents a prediction structure with a Hybrid Dynamic Branch Prediction (HDBP) scheme which decreases the number of stalls. In the application, a branch history register is dynamically adjusted to produce more unique index values of pattern history table (PHT). The number of stalls is also reduced by using the modified gshare predictor with a long history register folding scheme. The aliasing rate decreased to 44.1% and the miss prediction rate decreased to 19.06% on average compared with the gshare branch predictor, one of the most popular two-level branch predictors. Moreover, Compared with the gshare, an average improvement of 1.28% instructions per cycle (IPC) was achieved. Thus, with regard to the accuracy of branch prediction, the HDBP is remarkably useful in boosting the overall performance of the superscalar processor.

• 전자공학회논문지CI
• /
• 제42권1호
• /
• pp.9-26
• /
• 2005

파이프라인과 슈퍼스칼라 방식 그리고 동적 스케줄링 기법이 일반화된 시스템 구조 하에서, 분기 명령어에 대한 분기 예측 정확도는 프로세서 입장에서 뿐만 아니라 시스템 전체적인 성능에 있어서 큰 영향을 미친다. 이는 분기 예측이 실패했을 경우 잘못된 분기 예측으로 인한 페널티가 발생하기 때문이며, 이러한 페널티는 파이프라인의 길이가 깊어지고 더욱 많은 수의 명령어가 동시에 실행되는 환경일수록 더 큰 값을 가진다. 본 논문에서는 분기 예측의 정확도를 높이기 위해서, 분기 예측과 관련된 신경망을 구축하여 이론 통해 분기 예측에 필요한 각 요소별 가중치의 경향을 분석한다. 그 결과, 높은 가중치를 가지는 구성 요소를 기존의 분기 예측 기법에 추가시킨 새로운 형태의 분기 예측 기법을 제안한다. 제안된 새로운 기법은 실행 구동방식의 시뮬레이터인 Simple Scalar를 통하여 모의실험 되었으며, 실험 결과 본 논문에서 제시한 "분기 명령어의 방향 정보를 내포하는 새로운 기법(direction-gshare)"이 기존의 gshare 기법과 비교하여 동일한 하드웨어 복잡도를 가지면서도 일반적인 Bimodal 기법이나 이단계 적응형 분기 예측 기법 혹은 그의 변형인 gshare 기법에 비하여 분기 예측의 정확도가 최대 4.1%, 평균 1.5% 더 우수한 결과를 보였으며, 최적의 방향 정보 내포량에 대해서는 최대 11.8%, 평균 3.7%의 성능 향상을 보였다.

• 현장농수산연구지
• /
• 제13권1호
• /
• pp.3-17
• /
• 2011

Pipelines of processor have been growing deeper and issue widths wider over the years. If this trend continues, branch misprediction penalty will become very high. Branch misprediction is the single most significant performance limiter for improving processor performance using deeper pipelining. Therefore, more accurate branch predictor becomes an essential part of modem processors for FAFF(Food, Agriculture, Forestry, Fisheries)Information Processing. In this paper, we propose a branch prediction mechanism, using variable length history, which predicts using a bank having higher prediction accuracy among predictions from five banks. Bank 0 is a bimodal predictor which is indexed with the 12 least significant bits of the branch PC. Banks 1,2,3 and 4 are predictors which are indexed with different global history bits and the branch PC. In simulation results, the proposed mechanism outperforms gshare predictors using fixed history length of 12 and 13, up to 6.34% in prediction accuracy. Furthermore, the proposed mechanism outperforms gshare predictors using best history lengths for benchmarks, up to 2.3% in prediction accuracy.

• Agribusiness and Information Management
• /
• 제1권2호
• /
• pp.43-60
• /
• 2009

To improve the performance of wide-issue superscalar processors, it is essential to increase the width of instruction fetch and the issue rate. Removal of control hazard has been put forward as a significant new source of instruction-level parallelism for superscalar processors and the conditional branch prediction is an important technique for improving processor performance. Branch mispredictions, however, waste a large number of cycles, inhibit out-of-order execution, and waste electric power on mis-speculated instructions. Hence, the branch predictor with higher accuracy is necessary for good processor performance. In global-history-based predictors like gshare and GAg, many mispredictions come from commit update of the branch history. Some works on this subject have discussed the need for speculative update of the history and recovery mechanisms for branch mispredictions. In this paper, we present a new mechanism for recovering the branch history after a misprediction. The proposed mechanism adds an age_counter to the original predictor and doubles the size of the branch history register. The age_counter counts the number of outstanding branches and uses it to recover the branch history register. Simulation results on the SimpleScalar 3.0/PISA tool set and the SPECINT95 benchmarks show that gshare and GAg with the proposed recovery mechanism improved the average prediction accuracy by 2.14% and 9.21%, respectively and the average IPC by 8.75% and 18.08%, respectively over the original predictor.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
• /
• 제32권6호
• /
• pp.306-313
• /
• 2005

조건 분기예측은 프로세서 성능 개선을 위한 중요한 기술이다 그러나, 분기예측실패는 많은 사이클을 낭비시키며, 비순서적 실행을 방해하고, 잘못 예측된 명령어들을 수행하게 되므로 전력을 낭비한다. 따라서 높은 정확도를 갖는 분기 예측기는 좋은 성능을 갖는 프로세서를 위해 중요하다. gshare와 GAg같은 전역 히스토리를 기반으로 하는 예측기에서는 히스토리의 명령어 완료시간 갱신 (commit update)에 의해 많은 분기예측실패가 발생한다. 그런 문제를 해결하기 위해 히스토리를 모험적으로 갱신하고, 분기예측실패 시 히스토리를 복구시키는 메커니즘에 관한 연구의 필요성이 제시되었고, 연구 되었다. 본 논문에서는 분기예측실패 발생 후 분기 히스토리를 복구하는 간단한 복구 메커니즘을 제안한다. 제안한 복구 메커니즘은 기존 분기예측기에 age_counter를 추가하고 분기 히스토리 레지스터 크기를 2배로 확장시킨다. age_counter는 미해결 분기명령어 수를 저장하며, 분기예측실패 후 분기 히스토리 레지스터를 복구하는데 사용한다. Simplescalar 3.0/PISA 툴셋과 SPECINT95 벤치마크 프로그램에서 시뮬레이션 한 결과, 제안된 복구 메커니즘을 gshare와 GAg 예측기에 적용하였을 때 예측 정확도와 프로세서 성능을 개선시킬 수 있었음 을 보여준다. GAg와 gshare 예측기에서 예측정확도는 각각 9.21$\%$와 2.14$\%$가 개선되었고, WC는 18.08$\%$와 8.75$\%$ 개선되었다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
• /
• 제21권9호
• /
• pp.1-9
• /
• 2016

Recent embedded processors employ set-associative L1 instruction cache to improve the performance. The energy consumption in the set-associative L1 instruction cache accounts for considerable portion in the embedded processor. When an instruction is required from the processor, all ways in the set-associative instruction cache are accessed in parallel. In this paper, we propose the technique to reduce the energy consumption in the set-associative L1 instruction cache effectively by accessing only one way. Gshare branch predictor is employed to predict the instruction flow and determine the way to fetch the instruction. When the branch prediction is untaken, next instruction in a sequential order can be fetched from the instruction cache by accessing only one way. According to our simulations with SPEC2006 benchmarks, the proposed technique requires negligible hardware overhead and shows 20% energy reduction on average in 4-way L1 instruction cache.

• 정보처리학회논문지A
• /
• 제16A권5호
• /
• pp.347-356
• /
• 2009

정교한 분기 예측기의 설계는 오늘날의 프로세서 성능 향상에 중요한 역할을 하게 되었다. 분기 예측의 정확도가 더욱 더 중요해 지면서 정확도의 향상을 위한 다수의 기법들이 제안되었지만, 기존의 연구들은 예측 지연 시간을 간과하는 경향이 있었다. 본 논문에서는 예측 지연 시간 문제를 해결하고자 조기 예측 기법 (ESP, Early Start Prediction)을 제안한다. 조기 예측 기법은 분기 예측에 있어서 활용되는 분기 명령어의 주소 대신 그것과 일대일 대응이 되는 기본 블록의 시작 주소 (BB_SA, Basic Block Start Address)를 이용한다. 즉, 분기 명령어의 주소가 사용되는 기존의 환경에서, BB_SA를 활용하여 조기 예측을 시작함으로써, 예측 지연 시간을 숨긴다. 또한 제안된 기법은 짧은 간격 숨김 기법(short interval hiding technique)을 통해 보다 더 나은 성능 향상을 기대할 수 있다. 실험 결과 본 논문에서 제안된 기법은 예측 지연 시간을 줄임으로써, 예측 지연 시간이 1 사이클인 이상적인 분기 예측기의 성능에 0.25% 이내로 근접한 IPC 결과를 얻었다. 또한 기본 블록의 시작주소와 분기 명령어 사이에 짧은 간격을 가질 경우에 대한 개선 방법을 추가적으로 적용시킬 경우, 기존의 방식과 비교하여 평균 4.2%, 최대 10.1%의 IPC 향상을 가져왔다.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보과학회 2001년도 봄 학술발표논문집 Vol.28 No.1 (A)
• /
• pp.22-24
• /
• 2001

슈퍼스칼라 프로세서에서는 분기 명령의 결과 지연으로 명령의 공급이 중단되는 것을 방지하고 지속적인 파이프라인 처리를 위해서 분기의 결과를 미리 예측하여 명령을 폐치하고 있다. 본 논문에서는 심플스칼라 툴 셋을 사용하여 슈퍼스칼라 프로세서에서 사용되는 대표적인 동적 분기예측 방법 시뮬레이션 환경을 구축한다. 동적 분기예측 방법으로 분기 타겟버퍼(Branch Target Buffer, BTB) 상에서 분기명령의 자기 히스토리에 근거한 BTB 방식과 이전 분기명령의 히스토리와의 상관관계를 고려한 Gshare 분기예측기를 적용 구현한다. 심플스칼라 시뮬레이터에 SPEC95 벤치마크 프로그램을 실행시켜 디자인 파라미터 변화에 따른 분기 예측기의 예측정확도를 실험한다. 또한 BTB와 Gshare 분기예측기를 VHDL로 구현하고 Synopsys 툴을 이용하여 시뮬레이션 및 합성 과정을 거쳐 게이트 크기와 파워 소모량을 측정한다.

• 정보처리학회논문지A
• /
• 제14A권6호
• /
• pp.347-356
• /
• 2007

프로세서의 파이프라인 길이가 점차 길어지고 한 사이클에 이슈되는 명령어의 수가 증가함에 따라, 분기 예측기의 정확도는 프로세서의 성능에 상당한 영향을 미치게 되었다. 또한, 내장형 프로세서를 설계하는데 있어서는 전력 효율성이 가장 중요한 설계 고려 사항 중 하나가 되었다. 그러므로, 내장형 프로세서의 분기 예측기를 설계할 때에는 성능과 전력 효율성이 함께 고려되어야 한다. 본 논문에서는 gshare 분기 예측기가 적용된 내장형 프로세서에서 선택적인 BTB (Branch Target Buffer) 접근을 가능하게 하는 저전력 분기 예측기를 제안하고자 한다. 제안하는 분기 예측기 내에서 BTB는 직전 명령어가 테이큰 (Taken) 분기로 예측되지 않는 경우에는, PHT (Pattern History Table)의 예측 결과가 테이큰인 경우에만 접근된다. PHT의 예측 결과가 테이큰인 분기 명령어의 경우에만 다음에 인출될 명령어의 주소를 BTB 접근을 통해 얻은 주소로 결정하기 때문이다. 물론, 이와 같은 선택적인 BTB 접근으로 인하여 성능 저하가 발생하는 것을 방지하기 위해 직전 명령어가 테이큰분기로 예측된 경우에는 PHT의 예측 결과에 관계없이 BTB는 항상 접근된다. 선택적인 BTB 접근을 하기 위해, 제안하는 분기 예측기 내의 PHT는 기존 분기 예측기의 PHT와 비교하여 1 사이클 일찍 접근되도록 구현한다. 1 사이클 빠른 접근을 위해 제안하는 PHT는 한 번의 접근을 통해 두 개의 예측 결과를 동시에 얻어오게 구현하고, 이를 통해 PHT의 접근 횟수도 줄임으로써 분기 예측기의 전력 소모를 줄이는 효과 또한 얻게 된다. 제안하는 분기 예측기는 하드웨어 오버헤드나 예측 정확도의 감소 없이 전력 소모를 줄일 수 있다는 장점을 가진다. 실험 결과에 따르면, 제안하는 분기 예측기는 기존의 분기 예측기와 비교하여 $35{\sim}48%$의 전력 소모를 줄이는 결과를 보인다.