Speculative execution

Speculative execution

Bei einer Speculative execution werden untätige Prozessor-Ressourcen verwendet um für einen potentiellen zukünftigen Stand des Programmflusses Berechnung vorauszuführen und Ergebnisse bereitzuhalten.

Hintergrund

Speculative Execution ist eine Umsetzung der Eager execution (dt: eifrige Auswertung) Auswertungstrategie, dem Gegenteil der Lazy Evaluation, auf Prozessorebene. Damit wird es dem Prozessor ermöglicht dauerhaft mehrere Befehle parallel auszuführen um effektiver und schneller zu arbeiten. Diese wurde auch deshalb eingeführt um die immer paralleler vorhanden Prozessorresourcen (mehrere Pipelines etc.), effektiver auszulasten.

Technik

Bei einer Speculative execution werden, in Phasen in denen der Prozessor nicht voll ausgelastet ist, die folgenden Programmschritte (in der Programmflusszukunft) auf ihre Ausführbarkeit untersucht, mit dem Ziel den wahrscheinlichsten Weg des Programmflusses zu finden. Der wahrscheinlichste Ausführungsweg wird verfolgt und die Ergebnisse werden als "Spekulative Ergebnisse" zwischengespeichert. Wenn das Programm an der Stelle angekommen ist an dem es die Ergebnisse benötigt, stehen sie schon zur Verfügung, es muss nicht auf eine möglicherweise langwierige Berechnung gewartet werden. Die zwischengepeicherten Ergebnisse werden ausgelesen und der passende ausgeführt, die anderen werden verworfen. Durch dieses "Vordenken" des Prozessors wird dessen Leistungsfähigkeit auch in Phasen geringerer Auslastung genutzt, um ihn bei hoher Auslastung später zu entlasten.

Nachteile

Ein Nachteil dieser Technik ist, dass Berechnungen auf Ausführungswegen die sich als Fehlspekulation erweisen, ebenfalls in die Energiebilanz eingehen. Diese Berechnungen tragen nicht zu Rechenleistung bei und haben damit die Rechenleistungseffizienz pro Watt reduziert. Für mobile Rechensysteme wie Laptops kann dies für die autarke Betriebszeit relevant sein, weshalb beispielsweise der Intel Atom-Prozessor bewusst ohne diese Technologie entwickelt wurde.


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