当SkylakeCPU错误预测分支时会发生什么？

我试图详细了解当分支预测错误时，skylake CPU管道的各个阶段中的指令会发生什么，以及从正确的分支目标开始执行指令的速度如何。

因此，让我们在这里将两个代码路径标记为红色（一个预测但未实际采用）和绿色（一个已预测但未预期）。所以问题是：1.在红色指令开始被丢弃之前，分支必须经过管道多远（以及在管道的哪个阶段被丢弃）？2.绿色指令（在分支到达的流水线阶段方面）多久可以开始执行？

我看过Agner Fogg的文档和许多讲义，但这些观点并不清楚。

分支执行单元（在端口0和6上）实际上是检查FLAGS或间接分支地址的条件分支还是间接分支。我认为，恢复是在执行单位发现后立即开始的，而不必等待其退役。（这是我的最佳猜测/理解，不一定得到英特尔优化手册的支持。）

分支预测+推测执行将数据依赖与控制依赖解耦，但是分支uop本身确实对EFLAGS或间接地址输入具有数据依赖。

p0上的分支单元只能运行未预测的JCC微指令（或宏融合的JCC微指令），但是这些是通用的。p6上的分支单元是“主要”单元，用于处理已采取的分支。

对于直接分支（jmp rel8/rel32/ call rel32），可以在解码时检查预测并重新引导取回阶段，也许会使前端停滞不前，但是我认为永远不需要在后端触发任何类型的恢复。来自错误路径的Uop永远不会为直接无条件分支发出。有用于管道重新引导的性能计数器。

分支错误预测可以使用分支顺序缓冲区快速恢复，这与异常情况下通常回滚到退出状态不同：发生中断时，流水线中的指令会发生什么？。有关在退休之前管道如何将所有内容视为投机的信息，请参阅乱序执行与投机执行。

根据David Kanter的Sandybridge Microarch文章：

Nehalem增强了分支错误预测的恢复能力，该错误预测已被延续到Sandy Bridge中。一旦发现分支预测错误，内核就能在知道正确的路径后立即重新开始解码，与此同时无序的机器正在从错误推测的路径中清除错误。以前，直到管道完全刷新，解码才会恢复。

这是由分支顺序缓冲区启用的“快速恢复”功能，可对有条件和间接分支指令上的重新命名状态进行快照，即使在正常程序中，这些指令也可能会预测错误。但是异常和内存排序机器清除的成本更高。它们确实会发生（尤其是页面错误），但是它们很少见并且更难优化。

快速恢复的关键点是，在ROB + RS（调度程序）中已经存在错误预测分支之前的微指令可以继续执行，而随后的微指令将被丢弃，并且前端将重新定向到正确的地址。因此，如果足够早地准备好JCC uop的输入，那么如果存在较长的依赖链，则在恢复过程中CPU可能会咀嚼大部分分支未命中的损失，则可以将其隐藏。例如，错误地预测了从带有适当长度的循环承载的dep链的循环退出，或除总uop吞吐量或端口6瓶颈以外的任何瓶颈。请参阅避免通过提前计算条件而使管道停顿

如果没有快速恢复，我认为ROB中的所有微词都会被丢弃（即所有未退休的微词）。这里可能有一些中间立场，例如保留已经从ROB分支但已离开调度程序的分支开始执行的微指令。我不知道Merom / Conroe到底做了什么。

相关文章：表征分支误判处罚是一篇有趣的文章，介绍了分支未命中和长缓存未命中如何与ROB交互。它基于简化的管道模型，但是在我看来，它的发现可能适用于Skylake。