• 정보처리학회논문지A
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• 제9A권4호
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• pp.497-502
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• 2002

조건부 분기 명령어는 분기 벌칙을 야기함으로써 명령어 수준의 병렬도 향상에 제약을 가한다. 고성능 슈퍼스칼라 프로세서의 등장으로 인해, 정확한 분기 예측의 중요성은 더욱 높아지고, 이를 위해 동적 분기 예측의 일종인 2단계 적응적 분기 예측(2-level adaptive branch prediction) 방식이 개발되었다. 그러나 2단계 적응적 분기 예측이 상당히 높은 예측 정확도를 보여주고 있음에도 불구하고, 정확도에 따른 비용이 기하급수적으로 증가하는 등의 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 2단계 적응적 분기 예측의 이러한 문제점을 개선하기 위하여 세트 연관 캐쉬를 이용한 캐쉬 상관 분기 예측기(cached correlated branch predictor)를 제안하고, 기존의 방식에 비해 예측의 정확도는 증가하고, 비용은 줄어든 것을 시뮬레이션을 통하여 확인한다. 세트 연관 예측기의 경우 전역과 지역 방식의 가장 좋은 예측 실패율은 각각 5.99%, 6.28%이며, 이는 종래의 2단계 적응적 분기 예측 방식에서의 가장 좋은 결과인 9.23%, 7.35%에 비해 각각 54%, 17% 향상된 결과이다.

• 전자공학회논문지CI
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• 제41권6호
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• pp.1-11
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• 2004

현대적인 프로세서들은 그 성능을 높이기 위해서 분기 예측과 같은 투기적인 방식으로 가용한 ILP 즉 명령어 수준의 병렬성을 추구한다. 전통적으로, 분기 방향은 2-단계 예측기를 사용하여 아주 높은 비율의 정확도로 예측이 가능하고, 분기 타겟 주소는 BTB를 사용하여 예측한다. 간접 분기를 제외한 모든 분기들은 그 자신의 타겟 주소가 유일하기 때문에 BTB로 거의 정확하게 예측되지만, 간접 분기는 그 타겟 주소가 동적으로 수시로 달라지기 때문에 예측하기가 매우 어렵다. 일반적으로, 분기 방향을 예측하는 기술을 간접 분기의 타겟 주소를 예측하는데 적용하여 전통적인 BTB 보다 훨씬 좋은 정확도를 얻고 있다. 본 논문에서는 간접 분기 명령과 이와 데이터 종속적인 관계를 갖고 있는 이 간접 분기 명령 보다 훨씬 앞서 수행되는 명령어의 레지스터 내용을 결합하여 간접 분기의 타겟을 예측하는 전혀 새로운 방법을 제안한다. 제안된 방식의 효율성을 검증하기 위해 심플스칼라 시뮬레이터 상에서 제안된 예측기를 구현하고 SPEC 벤치마크를 시뮬레이션하여, 수시로 바뀌는 간접분기의 타겟을 거의 완벽하게 예측할 수 있음을 보이고, 기존의 다른 어떤 방법보다도 우수한 결과임을 보인다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2004년도 춘계학술발표대회
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• pp.1651-1654
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• 2004

파이프라인과 슈퍼스칼라 방식이 일반화된 시스템 구조 하에서, 분기 명령어는 시스템 전체적인 성능에 중요한 영향을 미친다. 특히 분기 예측이 실패했을 경우, 잘못된 분기 예측으로 인한 페널티가 발생한다는 점에서 분기 예측의 정확도에 대한 중요성은 크다고 할 수 있다. 본 논문에서는 분기 예측의 정확도를 높이기 위해서, 분기 예측과 관련된 신경망을 구축하여 이를 통해 분기 예측에 필요한 각 요소별 가중치의 변화를 분석하고, 이를 분기 예측에 새롭게 반영하고자 한다. 본 논문에서는 이를 위해 실행 구동 방식의 시뮬레이터인 SimpleScalar를 통하여 모의 실험을 수행하였으며, 실험 결과 본 논문에서 제시한 새로운 기법이 기존의 일반적인 이단계 적응형 분기 예측 기법이나 gshare 기법에 비하여 더 우수한 결과를 보였다.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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• 제32권6호
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• pp.306-313
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• 2005

조건 분기예측은 프로세서 성능 개선을 위한 중요한 기술이다 그러나, 분기예측실패는 많은 사이클을 낭비시키며, 비순서적 실행을 방해하고, 잘못 예측된 명령어들을 수행하게 되므로 전력을 낭비한다. 따라서 높은 정확도를 갖는 분기 예측기는 좋은 성능을 갖는 프로세서를 위해 중요하다. gshare와 GAg같은 전역 히스토리를 기반으로 하는 예측기에서는 히스토리의 명령어 완료시간 갱신 (commit update)에 의해 많은 분기예측실패가 발생한다. 그런 문제를 해결하기 위해 히스토리를 모험적으로 갱신하고, 분기예측실패 시 히스토리를 복구시키는 메커니즘에 관한 연구의 필요성이 제시되었고, 연구 되었다. 본 논문에서는 분기예측실패 발생 후 분기 히스토리를 복구하는 간단한 복구 메커니즘을 제안한다. 제안한 복구 메커니즘은 기존 분기예측기에 age_counter를 추가하고 분기 히스토리 레지스터 크기를 2배로 확장시킨다. age_counter는 미해결 분기명령어 수를 저장하며, 분기예측실패 후 분기 히스토리 레지스터를 복구하는데 사용한다. Simplescalar 3.0/PISA 툴셋과 SPECINT95 벤치마크 프로그램에서 시뮬레이션 한 결과, 제안된 복구 메커니즘을 gshare와 GAg 예측기에 적용하였을 때 예측 정확도와 프로세서 성능을 개선시킬 수 있었음 을 보여준다. GAg와 gshare 예측기에서 예측정확도는 각각 9.21$\%$와 2.14$\%$가 개선되었고, WC는 18.08$\%$와 8.75$\%$ 개선되었다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제13권4호
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• pp.19-30
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• 2008

분기 히스토리는 분기 예측기의 주된 입력 요소로 사용된다. 따라서 적절한 분기 히스토리의 사용은 분기 예측의 정확도 향상에 큰 영향을 미친다. 본 논문에서는 분기 예측의 정확도를 향상시키기 위한 방법의 하나로, 명령어의 연관성 분석을 통한 선별적 분기 히스토리 사용 기법을 제안한다. 우선, 본 논문에서는 명령어의 연관성을 분석하는 세 가지 서로 다른 알고리즘을 제안한다. 제안된 기법은 명령어의 레지스터 쓰기 연산에 기반하는 방법, 분기 명령어의 참조 레지스터에 기반하는 방법, 그리고 이들 두 가지 방식을 상호 결합하는 방법이다. 또한, 제안된 세 가지 알고리즘의 실질적 구현을 위해 이를 적용할 수 있는 가변 입력 gshare 예측기를 제안한다. 본 논문에서는 모의실험을 통해 세 가지 알고리즘의 특징 및 장단점을 비교 분석한다. 특히, 기존의 고정된 입력을 사용하는 방식과 비교하여 제안된 기법의 성능 향상의 정도를 분석하며, 사전 프로파일링을 통해 얻어진 최적의 입력에 대한 성능상의 차이도 소개한다.

• 전자공학회논문지CI
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• 제44권2호
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• pp.1-10
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• 2007

분기 명령어에 대한 분기 예측 정확도는 시스템 전체의 성능 향상에 중대한 영향을 미친다. 본 논문에서는 분기 예측의 정확도를 높이기 위한 방법의 하나로, 각 분기 명령어 별로 사용되는 History 길이를 동적으로 조절할 수 있는 "각 분기별 동적 History 길이 조절 기법"을 소개한다. 제안된 기법은, 분기 예측에 있어서 관련된 레지스터들 사이의 데이터 종속성을 추적하여, 최종적으로 관련이 있는 레지스터를 포함하도록 유도하는 분기를 파악한 후, 관련 분기의 History만을 사용하게 해 주는 방식이다. 이를 위해 본 논문에서는, 데이터 종속성을 추적할 수 있는 알고리즘과 관련 하드웨어 모듈을 소개하였다. 실험 결과 제안된 기법은, 기존의 고정 길이 History를 사용하는 방식에 비하여 최대 5.96% 분기 예측 정확도의 향상을 가져 왔으며, 프로파일링을 통해 확인된 각 응용 프로그램 별 Optimal History 길이와 비교해서도 성능 향상을 보였다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제14권10호
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• pp.1-10
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• 2009

현대의 프로세서 아키텍처에서 정확한 분기 예측은 시스템의 성능에 지대한 영향을 끼친다. 최근의 연구들은 예측 정확도뿐만 아니라, 예측 지연시간 또한 성능에 막대한 영향을 끼친다는 것을 보여준다. 하지만, 예측 지연시간은 간과되는 경향이 있다. 본 논문에서는 분기 예측지연시간을 극복하기 위한 분기 선예측 기법을 제안한다. 이 기법은 분기장치를 인출 단계에서 분리함으로써, 분기 예측기가 명령어 인출 장치로부터의 아무런 정보도 없이 스스로 분기 예측을 진행 가능하게 한다. 또한, 제안된 기법을 지원하기 위해, BTB의 구조를 새롭게 개선하였다. 실험 결과는 제안된 기법이 동일한수준의 분기 예측정확도를 유지하면서, 대부분의 예측지연시간을 은폐한다는 것을 보여준다. 더욱이 제안된 기법은 항상 1 싸이클의 예측 지연시간을 가지는 이상적인 분기 예측기를 사용한 경우보다도 더 나은 성능을 보여준다. 본 논문의 실험 결과에 따르면, 기존의 방식과 비교했을 때, 최대 11.92% 평균 5.15%의 IPC 향상을 가져온다.

• 전자공학회논문지CI
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• 제42권1호
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• pp.9-26
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• 2005

파이프라인과 슈퍼스칼라 방식 그리고 동적 스케줄링 기법이 일반화된 시스템 구조 하에서, 분기 명령어에 대한 분기 예측 정확도는 프로세서 입장에서 뿐만 아니라 시스템 전체적인 성능에 있어서 큰 영향을 미친다. 이는 분기 예측이 실패했을 경우 잘못된 분기 예측으로 인한 페널티가 발생하기 때문이며, 이러한 페널티는 파이프라인의 길이가 깊어지고 더욱 많은 수의 명령어가 동시에 실행되는 환경일수록 더 큰 값을 가진다. 본 논문에서는 분기 예측의 정확도를 높이기 위해서, 분기 예측과 관련된 신경망을 구축하여 이론 통해 분기 예측에 필요한 각 요소별 가중치의 경향을 분석한다. 그 결과, 높은 가중치를 가지는 구성 요소를 기존의 분기 예측 기법에 추가시킨 새로운 형태의 분기 예측 기법을 제안한다. 제안된 새로운 기법은 실행 구동방식의 시뮬레이터인 Simple Scalar를 통하여 모의실험 되었으며, 실험 결과 본 논문에서 제시한 "분기 명령어의 방향 정보를 내포하는 새로운 기법(direction-gshare)"이 기존의 gshare 기법과 비교하여 동일한 하드웨어 복잡도를 가지면서도 일반적인 Bimodal 기법이나 이단계 적응형 분기 예측 기법 혹은 그의 변형인 gshare 기법에 비하여 분기 예측의 정확도가 최대 4.1%, 평균 1.5% 더 우수한 결과를 보였으며, 최적의 방향 정보 내포량에 대해서는 최대 11.8%, 평균 3.7%의 성능 향상을 보였다.

• 정보처리학회논문지A
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• 제15A권4호
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• pp.217-226
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• 2008

분기 명령어에 대한 예측 정확도는 시스템의 전체 성능 향상에 중대한 영향을 미친다. 분기 정보의 추측적 사용은 미완료 분기에 대한 히스토리 정보를 추측적으로 사용하여 분기 예측을 수행한다. 이러한 방식은 분기 명령어의 가장 최근 기록을 일관되게 사용할 수 있도록 도와주기 때문에 분기 예측의 정확도 향상에 크게 기여한다. 하지만 미완료 분기 히스토리는 올바르지 못한 정보일 수 있으며, 이런 경우 적절한 복구기법이 필요하다. 이를 위해 본 논문에서는 분기 정보의 추측적 사용에 대한 성능 향상의 정도를 살피고, 분기 정보의 추측적 사용에 대한 필요성을 제시한다. 아울러, 분기 정보의 추측적 사용으로 인해 요구되는 적절한 복구 기법을 제안한다. 제안된 기법은 전역 분기 히스토리를 사용하는 분기 예측기와 지역 분기 히스토리를 사용하는 분기 예측기에 각각 적용 될 수 있는 방식들이다. 모의실험을 통해 본 논문에서 제안된 방식의 성능을 분석한 결과, 본 논문에서 제안된 기법이 최대 5.64%의 성능향상을 제공하였다. 아울러 프로그램 수행의 정확성을 해치지 않으면서 기존의 연구와 비교하여 90% 이상의 하드웨어 요구량의 감소를 가져왔다.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2005년도 가을 학술발표논문집 Vol.32 No.2 (1)
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• pp.766-768
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• 2005

분기 영령어의 예측 정확도는 시스템 전체 성능에 중대한 영향을 미친다. 여러 분기 예측 방식 가운데 하나인 "분기 정보의 투기적 사용" 은 분기 명령어의 가장 최근 기록을 일관되게 사용할 수 있도록 도와줌으로 해서 분기 예측의 정확도 향상에 크게 기여한다. 하지만 이와 같은 기법은 미완료 분기에 대한 히스토리를 투기적으로 사용하는 방식이다. 따라서 사용되는 정보가 올바르지 못할 수 있으며, 이런 경우 적절한 복구 기법을 필요로 한다. 본 논문에서는 분기 정보의 투기적 사용에 대한 필요성과 효율적인 복구 기법을 제안한다. 제안된 기법은 이전 연구와 비교하여 상당한 하드웨어 요구량의 감소를 가져왔으며, 또한 프로그램 수행의 정확성을 해치지 않으면서 최대 $3.3\%$의 성능향상을 보였다.