在近期举办的第六届分支预测锦标赛(Championship Branch Prediction, CBP 2025)上,香山开源处理器团队满洋、勾凌睿同学提交的分支预测器设计荣获第三名的佳绩。
分支预测器(BPU)是高性能处理器的核心模块之一,负责根据分支指令执行历史预测分支的走向,从而提前执行对应方向上的指令。BPU的预测准确率直接影响着处理器整体的性能和功耗,当BPU预测准确率高,则处理器流水线的空泡(Stall)就比较少,甚至完全消除。但当BPU出现预测错误的情况,不仅已执行的错误路径上的指令都被浪费,而且还需要冲刷流水线等来保证后续指令执行的正确性,这降低了处理器性能,也带来额外的功耗。
分支预测锦标赛旨在解决现代处理器的预测瓶颈,推动算法创新,其历史成果如 TAGE、神经网络预测器等已被广泛应用于现代高性能处理器中。本届比赛采用了 ARM 提供的真实应用 trace 作为负载,并新增了寄存器值、load 指令地址等多源信息,对预测器设计提出了更高要求。
团队参赛作品题为《LVCP: A Load Value Correlated Predictor for TAGE-SC-L》。其核心创新在于,通过捕捉分支指令与先前 load 指令所载入数据值之间的相关性,来提升对“难预测分支”的预测准确率。这类分支通常具有数据依赖性,基于传统分支历史的预测器难以处理。最终,在总计 192KB 的存储预算限制下,该预测器在官方测试集上取得了 MPKI(每千条指令误预测数)3.373 的好成绩,仅次于第一名(3.197)与第二名(3.363)。与同规格的 2016 年冠军预测器 TAGE-SC-L 相比,误预测率降低了 2.07%。
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