為何能提升Ryzen 9000的性能? 處理器的分支預測功能詳述

目前,AMD Ryzen 9000系列處理器已經(jīng)正式上市了,但是有關(guān)該系列處理器性能方面的爭議在圈內(nèi)并沒有結(jié)束,根據(jù)目前已知的性能評測來看,其實際性能距離AMD的官方宣傳有較大差距。
對此AMD官方給出了多種說法,其主要總體意思是說Ryzen 9000系列處理器的實際性能現(xiàn)在因為多種原因尚未完全釋放、發(fā)揮出來,承諾后續(xù)將推出多項舉措進行改善。
舉措之一是發(fā)布了AGESA 1.2.0.X固件更新,增加了105W功耗模式(請參閱上圖),并且降低了處理器內(nèi)部的跨CCD延遲,從而可以提升Ryzen 9000系列處理器的性能。
其中,增加了105W功耗模式,解除功耗限制,可以提升處理器的多核性能和整體性能,這個很好理解,但對于“降低了處理器內(nèi)部的跨CCD延遲”這部分內(nèi)容,普通讀者則可能難以理解,有興趣的讀者可以在小編的主頁上搜索閱讀《AGESA 1.2.0.2可提升Ryzen 9000性能,原因何在?跨CCD延遲降低一半》一文。
除此之外,AMD還重點強調(diào)Ryzen 9000系列處理器支持經(jīng)過完善后的“分支預測功能”,只有在Windows 24H2管理員模式下才能獲得支持,后來又聯(lián)合微軟發(fā)布了KB5041587補丁(請參閱上圖),讓這一功能也適用于現(xiàn)有的Windows 23H2。
處理器“分支預測功能”聽起來有點懸,可能有部分朋友不知道它到底是什么?本文的主題就是向讀者簡要地介紹一下什么是AMD處理器的“分支預測功能”。
處理器“分支預測功能”并非新技術(shù)
有些朋友可能一看到“分支”和“預測”這兩個關(guān)鍵詞,就會瞬間覺得高大上,馬上會和“推理”、“AI”等詞匯聯(lián)系起來,認為處理器“分支預測功能”和FRS一樣,也是AMD最近幾年基于AI所開發(fā)出來的一種黑科技。
其實并非如此,處理器分支預測功能并不是最近幾年才提出、發(fā)展起來的,它已經(jīng)誕生幾十年,早在20世紀80年代就被提出來了。
處理器分支預測技術(shù)這條發(fā)展路線被提出來之后,多年來一直在發(fā)展演進,雖然在之前的主要發(fā)展階段它和AI基本沒有關(guān)系,但它也是可以利用AI來提升、改善的,這可能成為處理器分支預測技術(shù)未來的一個重要發(fā)展方向。
分支預測功能的定義
簡單來說,處理器分支預測功能是一種用于提高計算機程序執(zhí)行效率的技術(shù),其主要目的是減少由條件分支引起的流水線停滯。
在現(xiàn)代處理器中,流水線被廣泛應用于提高指令的處理速度,流水線將指令的執(zhí)行過程分解為多個階段,每個階段并行處理不同的指令,以此來加速整體的計算過程。
但是,當遇到條件分支指令時,CPU必須等待條件判斷的結(jié)果出來之后才能確定接下來執(zhí)行哪條路徑,這種等待會導致流水線的停滯,從而降低程序的執(zhí)行效率。
處理器分支預測技術(shù)就是針對這個問題應運而生的,它可以通過預測分支指令的執(zhí)行路徑,提前加載相應的指令到流水線中,從而減少等待時間,提高程序的執(zhí)行速度,提升處理器的性能,特別是在處理包含大量條件分支的程序代碼中優(yōu)勢明顯,如循環(huán)、遞歸等場景。
AMD處理器分支預測功能的優(yōu)勢
AMD處理器分支預測功能可以對即將執(zhí)行的分支指令進行預測,從而減少處理器的等待時間,提高處理器的性能,這個顯而易見,但這并非該功能優(yōu)勢的全部。
除此之外,它還有以下幾個方面的優(yōu)勢:
1、提高執(zhí)行效率
通過準確的分支預測,處理器能夠減少因錯誤預測而導致的流水線停頓和重新填充,從而提高指令的執(zhí)行效率,這對于處理復雜應用和大規(guī)模數(shù)據(jù)集尤為重要。
2. 降低功耗
準確的分支預測意味著處理器可以節(jié)省運算量,更有效地利用資源,減少不必要的功耗,這對于移動設備和嵌入式系統(tǒng)等對功耗要求較高的設備意義重大,比如筆記本電腦和掌上游戲機等等。
3. 支持復雜應用
在處理包含大量分支和循環(huán)的復雜應用時,AMD處理器的分支預測功能能夠確保應用的順暢運行和高效執(zhí)行。這對于科學計算、圖形處理、游戲開發(fā)等領(lǐng)域具有重要意義。
總結(jié)與展望
總的來說,AMD處理器所支持的分支預測功能并不是一項新技術(shù),已經(jīng)誕生很多年了,一直在不斷發(fā)展完善中,尤其現(xiàn)在尤其是現(xiàn)在已經(jīng)進入AI時代了,處理器分支預測功能和AI相互結(jié)合,預計未來進一步完善、提升的空間還很大。
處理器分支預測功能也絕不是花拳繡腿噱頭,否則早就已經(jīng)被淘汰了,它確實在一定程度上可以提高處理器的性能。至于AMD Ryzen 9000系列處理器在獲得分支預測功能軟硬件層面的完全支持后,到底可以獲得多大的性能提升,暫時還沒有比較客觀、權(quán)威的答案。
目前可以作為參考的是AMD官方對于KB5041587補丁效果的說法,聲稱“性能可以提升10%以上”,但這一說法還還有待第三方進一步驗證。
補充說明:本文有關(guān)處理器分支預測功能的配圖均非來自AMD,而是第三方,僅供參考。
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