[PLUS] Ryzen 9000 im Nachtest: Spannende Ergebnisse durch KB5041587

Sprungvorhersage: Was ist das?

Die Branch Prediction ist ein wichtiger Teil der CPU-Architektur und maßgeblich für die Leistung moderner Prozessoren verantwortlich.

Im Gegensatz zu massiv parallelen Beschleunigern wie GPUs sind CPUs darauf optimiert, eine kleine Anzahl an Aufgaben mit minimaler Latenz zu bearbeiten, also möglichst viele Instruktionen in Reihe auszuführen. Mehrere Pipelines pro Kern sowie Kerne pro Prozessor sorgen zwar für etwas Parallelität, aber die Befehlsabfolge eines Programms ist nun einmal sequenziell, im Gegensatz zu den Pixeln eines Bildes. Eine GPU könnte so etwas nur langsam unter Nutzung einer einzelnen ihrer tausenden Recheneinheiten berechnen. Das Problem: Mangels drastisch höherer Taktraten können heutige CPUs das eigentlich auch kaum schneller als ihre Ahnen. Eigentlich.

Die Lösung sind Out-of-Order- und Speculative-Execution, welche seit dem ersten Pentium (respektive NexGens Nx686) maßgeblich zur Leistungssteigerung von x86-Prozessoren beitragen. Diese lesen den Programmcode über den aktuell anstehenden Befehl hinaus und berechnen künftig zu erwartende Befehle spekulativ vorab. Ruft das Programm den erwarteten Befehl tatsächlich auf, hat der Prozessor das Ergebnis "sofort" parat. Der Knackpunkt dabei ist "erwartet": Bei "[tue A] [tue B] [tue C]", braucht es keine Spekulation. Häufig verweist der Code aber auf andere Abschnitte: "[Tue A] [bei Ergebnis X springe zu #C] [tue B] [#Sprungziel C]". Wenn "X" auftritt, wird "B" bei dieser Befehlskette nie aufgerufen, sondern direkt C. Solche Verzweigungen im Programmablauf soll die "Branch Prediction" alias "Sprungvorhersage" prognostizieren. Sie analysiert ältere Sprünge und sucht nach Mustern. Stellen Sie sich einen Trigger irgendwo in einem Level vor: Seine Status muss geprüft werden, aber in 99,999 Prozent der Frames wird ihn der Spieler nicht berühren Die CPU kann den auszulösenden Programmcode vorhersagbar wieder und wieder überspringen.