gshare全局历史分支预测

想象同一条条件判断在两种上下文中表现相反。把所有情况混在一个计数器里，证据会互相抵消；如果最近几次分支能说明现在是哪一种情况，就可以给不同情境各留一份偏好。

这里保存的是方向序列，不是所有先前PC，也不是程序变量。两个执行前缀可能有相同方向后缀而经过完全不同的代码；相同后缀也可能不足以决定下一结果。历史只是一个有限特征，不带“世界从此可预测”的保证。

异或也不是无冲突编码。固定某个 $H$ 时，$a\mapsto a\oplus (H\ll (m-h))$ 是索引集合的一个置换；因此它不会在同一历史下把两个不同的 $a$ 合并。但是不同历史间可以碰撞：当

两个PC/历史组合就访问同一槽。左边与右边的差异可能恰好抵消。把两份信息混合进 $m$ 位输出，并没有得到 $2m$ 位的唯一身份。

一个历史位足以学会交替 ​

只运行PC=0x100，真实方向为 (TN)^8。取 $m=h=1$，两个计数器初态都是1，$H=0$。前四次可以逐项复算：

此后两个槽分别稳定支持T和N，16次只错第1次。同初值的bimodal把两种上下文合在一起，16次全错。这个例子说明了为何历史可能有用；它没有证明gshare在所有序列上优于bimodal。

若把 $m,h$ 同时增至2，冷启动还出现历史00、01、10等不同情境，16次会错2次。更多状态可能要更多热身，即使最终规律可预测，也不应只以状态数断言有限trace成绩更好。

相关分支与过长历史的反例 ​

现在每轮依次执行A=0x100、B=0x108，B的方向复制本轮A；A按 N,T,N,T,… 交替。16轮共32次，实际方向序列为 (NNTT)^8。bimodal的四槽能分开两个PC，却没有区分轮次，总共错16次。

取 $m=2,h=1$，短历史放在高位：A的地址索引0，B的地址索引2。B在刚见N时访问 $2\oplus 0=2$，刚见T时访问 $2\oplus 2=0$。稳定后，槽2收到的都是N，槽0收到的都是T；最初两次T各错一次，总共2错。

保留四槽、把历史改为 $h=2$ 却会恶化到23错。稳定周期里，A的T在旧历史00时访问槽0，B的N在旧历史10时也访问 $2\oplus 2=0$；B的T在01时访问槽3，随后A的N在11时也访问槽3。历史区分出的情境被hash重新合并成相反证据。槽0在0与1附近来回，槽3在1与2之间来回；每四次会错三次。初始短前缀略有不同，完整32次因此是23而非24。

这不是“历史太长必然不好”的定理，而是一个可执行的非单调见证。把表改为八槽时，$h=2$ 又只错2次，$h=3$则错23次。讨论历史长度必须同时给地址取位、对齐方式、表容量、初态与实际trace。

先移动历史再寻槽，会教错对象 ​

回到一位历史交替例子。第一次查询旧 $H=0$ 的槽0，建议N但真实为T，应把槽0从1训练到2。若先把历史改成1，再重新算索引，更新的却是槽1；第二次来到真正的旧历史1，槽1已经被错误教成T，又恰好与实际N相反。

这个错误变体在16次交替上全部猜错，合法实现只错1次。保留ticket不是装饰性的日志，而是在接口中保存“这次建议来自哪里”。当前串行协议下保存索引已足够；若允许多个未决分支，history检查点、更新顺序和错误路径撤销都要另定，不能声称一个保存整数的ticket已经完成推测恢复。

在 $h=0$、表大小与初值相同的条件下，gshare与bimodal对任何合法trace的建议、计数表和错误位置逐步相同。证明同时归纳：初表相等；本轮历史恒零，所以查询同一槽、给同一建议；反馈对同一旧值做同一转移，下一表仍相等。这是参数限制后的等价，不应把两个一般机制无条件标成同义词。

计数表加历史共 $2\cdot 2^m+h$ 个逻辑状态比特。固定32位字模型中索引、预测、反馈各用 $O(1)$ 字操作，初始化仍是 $\mathrm{\Theta }(2^m)$。真实硬件是否能在要求的一个取指周期内完成异或、表读和输出，要看电路和端口，常数次软件操作不能证明其时钟延迟。参考器的整表快照、独立oracle和逐事件JSON另有容量相关成本。

多在途预测状态恢复理路推测分支预测状态的恢复Speculative predictor recovery · Speculative branch-history recovery · 多在途预测状态恢复对多条在途分支保存查询身份和完整预测状态，允许乱序解析、取消错误路径后缀，并以按序提交训练证明历史与返回栈的可重放不变量。另行扩展本页的逐次反馈合同：查询立即把预测位移入推测历史，任意存活记录可先解析，错误时恢复前检查点并取消年轻后缀。方向表仍等按序提交才训练，使用保存的查询索引和提交时当前计数器；已提交历史副本用于整体flush。

如果历史对某些PC有帮助、对另一些PC造成干扰，可以同时保留地址偏好与历史偏好，再用锦标赛式选择器理路锦标赛式分支预测器选择Tournament branch predictor · Combining branch predictors · 分支预测选择器同时收集地址与历史预测器的事前建议，只在分歧反馈中训练选择器，明确双边训练、适应滞后和无普遍胜出保证。根据过去的相对正确情况挑一方。多保留两张表的费用也必须计入，不能把组合器的全部存储当成单个分量的预算。

终点任务要求重现2错与23错的同容量差别，并找出至少一对相撞的PC/旧history。若只输出最终准确率而没有保存查询索引，就很难区分“规律本身难学”和“训练错了槽”。它还要求比较先热身再计分与冷启动，且不把这份trace实验冒充带BTB和flush的完整CPU模拟。