This paper explores the potential of communicating information gained by static analysis from compilers to Out-of-Order (OoO) machines, focusing on the memory dependence predictor (MDP). The MDP enables loads to issue without all in-flight store addresses being known, with minimal memory order violations. We use LLVM to find loads with no dependencies and label them via their opcode. These labelled loads skip making lookups into the MDP, improving prediction accuracy by reducing false dependencies. We communicate this information in a minimally intrusive way, i.e.~without introducing additional hardware costs or instruction bandwidth, providing these improvements without any additional overhead in the CPU. We find that in select cases in Spec2017, a significant number of load instructions can skip interacting with the MDP and lead to a performance gain. These results point to greater possibilities for static analysis as a source of near zero cost performance gains in future CPU designs.


翻译:本文探讨了将编译器通过静态分析获得的信息传递给乱序执行机器的潜力,重点关注内存依赖预测器。内存依赖预测器允许加载指令在无需已知所有正在执行的存储地址的情况下发出,同时最大限度地减少内存顺序违规。我们使用LLVM找出无依赖的加载指令,并通过其操作码对其进行标记。这些被标记的加载指令跳过对内存依赖预测器的查找,通过减少虚假依赖来提高预测准确性。我们以最小侵入性的方式传递这些信息,即不引入额外硬件成本或指令带宽,从而在不增加CPU任何开销的情况下实现这些改进。我们发现,在Spec2017的特定案例中,大量加载指令可以跳过与内存依赖预测器的交互,从而带来性能提升。这些结果表明,静态分析作为未来CPU设计中近乎零成本性能提升的来源,具有更大的潜力。

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