キャッシュライン中の分岐命令数に着目したBTBの消費エネルギー削減 (コンピュータシステム)  [in Japanese] Energy Reduction of BTB by focusing on Number of Branches per Cache Line  [in Japanese]

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Abstract

近年のプロセッサは命令レベル並列性を利用して性能を向上させているが,分岐命令による制御依存がその利用を阻害する.制御依存を緩和する機構として分岐予測機構があるが,一般的な分岐予測機構では,全命令に対して分岐予測を行う必要があるため,分岐予測機構の消費エネルギーは大きく,その中でも,BTBの消費エネルギーが特に大きい.本論文では,命令キャッシュのセットとBTBのエントリを関連づけることにより,BTBへのアクセス回数およびBTBのタグを削減する手法を提案する.提案手法では,1キャッシュラインに対して固定数のBTBエントリを割り当て,BTBのタグの代わりに,当該BTBエントリが対応するキャッシュライン中の命令へのインデクスを付加する.この固定数のBTBエントリは命令フェッチ数より少ないこと,および,タグが削減されることによりBTBアクセスによって消費されるエネルギーを削減する.提案手法は,大きな消費エネルギー削減が期待できるが,キャッシュライン中に多数の分岐命令が存在する場合に分岐先予測ができないことによる性能低下を伴う.評価の結果,提案手法は0.7%以下のプロセッサ性能低下のもとで,最大72.4%の消費エネルギーを削減可能という結果を得た.

Recent processors exploit Instruction Level Parallelism to improve performance, but it's limited by control dependency. To alleviate this problem, recent processors utilize branch prediction. Typical branch predictor applies prediction into all instructions so that the branch predictor consumes large energy especially in Branch Target Buffer or BTB. In this paper, we propose a method that reduces number of BTB access and omits BTB tag by associating instruction cache line and BTB entry. The proposal allocates fixed number of BTB entry to a cache line and allocate index to a corresponding instruction in the cache line as a substitute for BTB tag. Due to the small fixed number of BTB entry compared to the fetch amount and reduction of the BTB tag, the proposal can reduce BTB access energy. The proposal is expected to reduce large amount of energy but it cannot apply branch target prediction to whole instructions if there's too many branch instructions per cache line. So, we evaluated affect to the processor performance and energy consumption reduction. The evaluation result shows that the proposal reduces 0.7% BTB access energy by sacrificing 72.4% processor performance.

Journal

  • IEICE technical report. Computer systems

    IEICE technical report. Computer systems 114(506), 89-94, 2015-03-06

    The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers

Codes

  • NII Article ID (NAID)
    110010021751
  • NII NACSIS-CAT ID (NCID)
    AN10013141
  • Text Lang
    JPN
  • ISSN
    0913-5685
  • NDL Article ID
    026327576
  • NDL Call No.
    Z16-940
  • Data Source
    NDL  NII-ELS 
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