30초 답변

CPU는 명령어를 fetch, decode, execute 같은 단계로 나누고 여러 명령어가 서로 다른 단계를 동시에 지나가게 합니다. 이렇게 하면 처리량은 좋아지지만 앞 명령의 결과가 뒤 명령에 필요하거나, branch 결과를 아직 모르는 상황에서는 hazard가 생깁니다. 이를 forwarding, stall, branch prediction 같은 기법으로 완화합니다.

꼬리질문

조금 더 깊게 물어본다면

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data hazard는 무엇인가요?

뒤 명령어가 앞 명령어의 결과를 필요로 하는데 아직 결과가 준비되지 않은 상황입니다. forwarding이나 stall로 처리할 수 있습니다.

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부가 설명

세탁기를 떠올리면 파이프라인이 조금 덜 추상적입니다. 세탁, 헹굼, 탈수를 한 벌씩 끝까지 처리한 뒤 다음 벌을 시작하면 느립니다. 각 단계가 동시에 다른 옷을 처리하면 전체 처리량이 올라갑니다. CPU 명령어도 비슷하게 단계를 겹칩니다.

하지만 모든 명령어가 독립적이지는 않습니다. 바로 앞 계산 결과가 필요하면 기다려야 하고, if문의 방향을 아직 모르면 다음에 가져올 명령어가 애매해집니다. branch prediction은 일단 예측하고 진행하는 방식인데, 틀리면 잘못 가져온 작업을 버려야 합니다. 그래서 분기 예측 실패는 파이프라인 비용으로 이어집니다.

한 줄 정리

파이프라인은 명령어 단계를 겹쳐 처리량을 높이고, hazard는 그 흐름을 멈추게 만드는 의존성과 분기 문제입니다.