DCE: the dynamic conditional execution in a multipath control independent architecture

Abstract

This thesis presents DCE, or Dynamic Conditional Execution, as an alternative to reduce the cost of mispredicted branches. The basic idea is to fetch all paths produced by a branch that obey certain restrictions regarding complexity and size. As a result, a smaller number of predictions is performed, and therefore, a lesser number of branches are mispredicted. DCE fetches through selected branches avoiding disruptions in the fetch flow when these branches are fetched. Both paths of selected branches are executed but only the correct path commits. In this thesis we propose an architecture to execute multiple paths of selected branches. Branches are selected based on the size and other conditions. Simple and complex branches can be dynamically predicated without requiring a special instruction set nor special compiler optimizations. Furthermore, a technique to reduce part of the overhead generated by the execution of multiple paths is proposed. The performance achieved reaches levels of up to 12% when comparing a Local predictor used in DCE against a Global predictor used in the reference machine. When both machines use a Local predictor, the speedup is increased by an average of 3-3.5%.

Esta tese apresenta DCE, ou Execução Dinâmica Condicional, como uma alternativa para reduzir o custo da previsão incorreta de desvios. A idéia básica do modelo apresentado é buscar e executar todos os caminhos de desvios que obedecem à certas restrições no que diz respeito a complexidade e tamanho. Como resultado, tem-se um número menor de desvios sendo previstos e consequentemente um número menor de desvios previstos incorretamente. DCE busca todos os caminhos dos desvios selecionados evitando quebras no fluxo de busca quando estes desvios são buscados. Os caminhos buscados dos desvios selecionados são então executados mas somente o caminho correto é completado. Nesta tese nós propomos uma arquitetura para executar múltiplos caminhos dos desvios selecionados. A seleção dos desvios ocorre baseada no tamanho do desvio e em outras condições. A seleção de desvios simples e complexos permite a predicação dinâmica destes desvios sem a necessidade da existência de um conjunto específico de instruções nem otimizações especiais por parte do compilador. Além disso, é proposta também uma técnica para reduzir a sobrecarga gerada pela execução dos múltiplos caminhos dos desvios selecionados. O desempenho alcançado atinge níveis de até 12% quando um previsor de desvios Local é usado no DCE e um previsor Global é usado na máquina de referência. Quando ambas as máquinas empregam previsão Local, há um aumento de desempenho da ordem de 3-3.5%.