PREFETCH和PREFETCHNTA指令之间的区别

Question

该PREFETCHNTA指令基本上用于通过预取器将数据从主存储器带到缓存，但是NT已知带有后缀的指令会跳过缓存并避免缓存污染。

那么PREFETCHNTA，与PREFETCH指令有何不同？

Answer 1

prefetchNTA 不能绕过缓存，只能减少（不能避免）污染。它不能破坏缓存一致性或违反 WB（回写）内存区域的内存排序语义。（与 NT 存储不同，NT 存储完全绕过缓存并且即使在正常的 WB 内存上也是弱排序的。）

在纸面上，x86 ISA 没有指定它如何实现 NT 提示。 http://felixcloutier.com/x86/PREFETCHh.html说：“ NTA（关于所有缓存级别的非临时数据）——将数据预取到非临时缓存结构和靠近处理器的位置，最大限度地减少缓存污染. ” 任何特定的 CPU 微架构选择如何实现完全取决于架构师。

prefetchNTA从英特尔 CPU 上的WB 内存¹正常填充 L1d，允许以后的负载正常加载到 L1d（只要预取距离足够大以完成预取，并且足够小以至于在需求加载之前不会再次被逐出）。正确的预取距离取决于系统和其他因素，并且可能相当脆弱。

它在 Intel CPU 上所做的是跳过非包含外部缓存。因此，在 Skylake-AVX512 之前的 Intel 上，它绕过 L2 并填充 L1d + L3。但在 SKX 上，它也完全跳过 L3 缓存，因为它更小且不包含。请参阅 当前的 x86 架构是否支持非临时加载（来自“正常”内存）？

在具有包容性 L3 缓存（它无法绕过）的 Intel CPU 上，它通过限制预取到关联包容性 L3 缓存的一种“方式”来减少 L3 污染。（这通常类似于 16 路关联，因此可以污染的总容量prefetchnta仅为 L3 总大小的约 1/16）。

@HadiBrais 评论了这个答案，并提供了一些关于 AMD CPU 的信息。

显然 AMD 并没有通过仅获取缓存的一种方式来限制污染，而是使用“快速驱逐”标记分配使用 NT 预取获取的行。可能这意味着在 LRU 位置而不是最近使用的位置进行分配。因此，该缓存集中的下一个分配将驱逐该行。

脚注 1： prefetchNTA我认为从 WC 内存预取到LFB（行填充缓冲区），允许 SSE4.1movntdqa加载命中已经填充的 LFB。（根据英特尔的说法，movntdqa从 WC 内存加载通过将数据拉入 LFB来工作。这就是movntdqa同一“缓存线”上的多个加载可以避免多个实际 DRAM 读取或 PCIe 事务的方式）。另请参阅非临时加载和硬件预取器，它们是否协同工作？- 不，不是硬件预取。

但请注意，movntdqa从 WB 内存是没有用的。它就像一个普通的负载（由于某种原因加上一个 ALU uop）。