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AMD Zen 3 的 BTB 结构分析
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原文中文，约6200字，阅读约需15分钟。
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内容提要
AMD Zen 3 的 BTB 结构经过优化，采用两级设计，降低了延迟。L1 BTB 容量为 1024，延迟为 1 周期；L2 BTB 容量为 6656，延迟为 4 周期。通过利用之前的 fetch block，提升了性能和容量。
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关键要点
- AMD Zen 3 的 BTB 结构经过优化，采用两级设计，降低了延迟。
- L1 BTB 容量为 1024，延迟为 1 周期；L2 BTB 容量为 6656，延迟为 4 周期。
- BTB 通过使用之前的 fetch block 地址来查询，减少了访问延迟。
- Zen 3 的 BTB entry 具有压缩能力，一个 entry 最多保存两条分支。
- L1 BTB 对条件和无条件直接分支的预测不产生气泡，延迟为一个周期。
- L2 BTB 的预测会产生三个气泡，延迟为四个周期。
- Zen 3 相比 Zen 1 和 Zen 2 去掉了 L0 BTB，扩大了 L1 BTB，缩短了延迟。
- 在不同的分支模式下，L1 BTB 和 L2 BTB 的性能表现有所不同。
- Zen 3 的 BTB 在 stride=4B 的情况下表现一般，主要依赖 L2 BTB。
- L2 BTB 的实际容量可能为 5120，剩余的 1536 个分支来自于压缩。
- Zen 3 在微架构上做了较多改动，减少了 L1 和 L2 BTB 的延迟。
- AMD Zen 3 和 ARM Neoverse V1 的 BTB 进行对比，Zen 3 在 L1 BTB 容量上有优势，但在 L2 BTB 上不及 Neoverse V1。
- ARM Neoverse V1 实现了一个周期预测两条分支，AMD 在 Zen 4 中也实现了类似功能。
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延伸问答
AMD Zen 3 的 BTB 结构有什么优化？
AMD Zen 3 的 BTB 结构经过优化，采用两级设计，降低了延迟。
Zen 3 的 L1 和 L2 BTB 的容量和延迟分别是多少？
L1 BTB 容量为 1024，延迟为 1 周期；L2 BTB 容量为 6656，延迟为 4 周期。
Zen 3 的 BTB entry 有什么特点？
Zen 3 的 BTB entry 具有压缩能力，一个 entry 最多保存两条分支。
Zen 3 的 BTB 在不同分支模式下表现如何？
在不同的分支模式下，L1 BTB 和 L2 BTB 的性能表现有所不同，主要依赖 L2 BTB。
AMD Zen 3 和 Zen 2 的 BTB 有什么主要区别？
Zen 3 去掉了 L0 BTB，扩大了 L1 BTB，缩短了延迟，而 L2 BTB 的容量有所调整。
AMD Zen 3 的 BTB 与 ARM Neoverse V1 的 BTB 有何不同？
Zen 3 在 L1 BTB 容量上有优势，但在 L2 BTB 上不及 Neoverse V1，后者的延迟和容量更优。
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