Comparație arhitecturi pipeline

Cu totii stim ca procesoarele actuale folosesc tehnologia pipeline pentru a executa instructiunile mai rapid, dar este nevoie ca instructiunile din pipe sa nu depinda unele de altele, caz in care pipeline-ul se blocheaza pentru anumite perioade de timp (pana la rezolvarea dependentelor) cu repercursiuni severe asupra performantei.

De aceea, CPU-urile folosesc logica hardware de predictie a ramurilor pe care va rula programul (Branch Prediction Unit). In functie de rezultatul, se va continua executarea instructiunilor de pe o ramura. Daca instructiunea si-a terminat executia si rezultatul ei este accesibil, se vede daca prezicerea facuta a fost buna. Daca raspunsul este pozitiv, se continua executia mai departe, daca nu, trebuie golit intregul pipeline pana la instructiunea unde s-a prezis ramura, urmand sa se reia executia de acolo, iarasi cu pierderi masive de performanta.

Pentru codul x86, Intel a imbunatatit logica de predictie astfel ca in putine cazuri e nevoie de golirea pipeline-ului Arhitectura vechiului P6 utiliza un pipeline in zece pasi, Pentium 4 insa foloseste un pipeline in douazeci de pasi. Acest pipeline permite cresterea vitezei de ceas, dar aduce un grad sporit de nesiguranta in multe operatii. Procesoarele avansate folosesc tehnici de predictie pentru a gasi instructiunea viitoare si a furniza instructiunea curenta cat mai curand posibil

Ultima realizare de la Intel, ce poarta aceeasi denumire comerciala ca si predecesorii sai, Pentium 4, este cunoscuta sub numele de cod Prescott. Daca AMD prefera denumiri legate de cai pentru a-si promova CPU-urile (Morgan, Palomino, Thoroughbred sunt rase de cai) iar VIA foloseste termeni cu rezonanta religioasa (Nehemiah, Joshua, Ezra), Intel prefera nume de localitati sau regiuni geografice din America (Willamette si Coppermine sunt râuri, Northwood este denumirea atribuita mai multor localitati), Prescott fiind atât o padure, un orasel în Arizona cu o populatie de câteva zeci de mii de locuitori, cât si un nume, marele fizician englez Joule având numele complet de James Prescott Joule

Modificarile aduse de Intel arhitecturii vechiului Pentium 4 (Willamette sau Northwood) se bazeaza pe încercarea producatorului de a creste performanta în primul rând prin cresterea frecventei; pentru aceasta, au fost necesare unele schimbari interne care au dus inevitabil la scaderea vitezei comparativ cu alte procesoare la aceeasi frecventa. Cu alte cuvinte, Northwood este mai rapid decât Prescott la aceeasi frecventa în anumite aplicatii, la fel cum Pentium III Coppermine era mai rapid decât Pentium 4 Willamette daca se comparau doua CPU-uri rulând la tacturi similare. Arhitectura NetBurst a fost pastrata, deci vom avea în continuare un procesor ce ruleaza cu un PSB efectiv începând cu de patru ori mai mare decât frecventa de baza, si anume 4x200=800 MHz, frecventa cunoscuta de la ultimele modele de Northwood, ajungându-se la modelele ulterioare la 4x266=1066 MHz.

Dimensiunea cache-ului L2 a fost dublata, o serie de unitati ale procesorului, precum cache-ul si unitatea pentru numere întregi au fost optimizate, iar câteva instructiuni suplimentare au extins setul SSE2, el devenind acum SSE3. În acelasi timp, numarul de stagii ale conductelor de prelucrare (pipeline-uri) a fost crescut în continuare, el ajungând la peste 30 (10 la Pentium III, 20 la Pentium 4 Willamette si Northwood). Aceasta modificare, împreuna cu cresterea latentei cache-ului, oferind noi orizonturi privind potentialul de a atinge frecvente uriase, de ordinul a 5 GHz.

Arhitectura K7 de la AMD foloseste un design aparte al pipeline-ului, acesta fiind împartit în doua segmente, unul pentru procesarea numerelor întregi si celalalt pentru operatii cu virgula mobila. Cu toate acestea, prima parte, cea de Extragere/Decodare, întinsa pe parcursul primelor 6 stagii, este comuna celor doua fire. Partea de executie difera: avem 4 stagii pentru