비교 연산 (cmp)으로 인한 Blocking 문제는 프로그램이 실행 중 특정 조건을 비교할 때, CPU 파이프 라인의 효율성이 저하되거나 병렬 처리가 비효율적으로 이루어지는 상황을 의미합니다.

이 문제는 현대 프로세서에서 **분기 예측 실패(branch misprediction)**와 **메모리 동기화(memory synchronization)**에서 주로 발생합니다.

🧡 비교 연산(cmp)으로 인해 발생할 수 있는 문제

분기 예측 실패

비교 연산(cmp)은 분기 명령(jmp, je, jg 등)과 결합되어 사용됩니다.

비교 결과에 따라 코드 실행 경로가 나뉘는 경우, CPU는 어떤 경로를 실행해야 할지 분기 예측을 수행합니다.

• 분기 예측 실패 (branch misprediction)

  • CPU는 je가 실행되기 전에 branch predictor을 이용하여 분기 경로를 예측하고 미리 명령어를 로드합니다.
  • 만약 예측이 틀리면 잘못된 경로에서 실행된 명령어를 모두 취소하고 다시 로드해야 하므로 **파이프라인이 중단(Blocked)**됩니다.

• 파이프라인 중단(Pipeline Stall)의 비용

  • 분기 예측 실패는 10~20 사이클 이상의 지연을 초래할 수 있습니다. (이 부분은 프로세서 설계에 따라 다릅니다)
  • 복잡한 분기 구조에서 이러한 지연이 누적될 경우 심각한 성능 저하가 발생할 수 있습니다.

🤔 파이프라인 중단(pipeline stall)이란**?**

메모리 동기화

다중 코어 환경에서 비교 연산(cmp)이 공유 메모리에 있는 데이터를 참조하려면 캐시 동기화가 필요합니다.

이때 동기화 비용으로 인해 cmp 연산이 지연될 수 있습니다.

• 캐시 일관성

  • MESI 프로토콜의 동작

    if (shared_var == 0) {
        // critical section
    }
    

    1. 한 코어가 shared_var를 읽어 캐시에 로드합니다.
    2. 다른 코어가 shared_var를 변경하면, 기존 코어의 캐시는 shared_var를 Invalid 상태로 표시합니다.
    3. 비교 연산(cmp)을 실행하기 전에 캐시 라인을 갱신합니다.
    4. 갱신 대기 시간 동안 비교 연산이 차단(Blocked)됩니다.

       • **메모리 대기 시간(latency)**으로 인해 cmp 연산 지연

         → 성능 저하와 전체 프로그램의 동작 속도 감소