超长流水线的性能瓶颈 #
既然流水线可以增加的吞吐率，为什么不把流水线级数做得更深呢？为什么不做成 20 级，乃至 40 级呢？
一个最基本的原因，就是增加流水线深度，其实是有性能成本的。
用来同步时钟周期的，不再是指令级别的，而是流水线阶段级别的。每一级流水线对应的输出，都要放到流水线寄存器（Pipeline Register）里面，然后在下一个时钟周期，交给下一个流水线级去处理。所以，每增加一级的流水线，就要多一级写入到流水线寄存器的操作。虽然流水线寄存器非常快，比如只有
20 皮秒（ps，10^−12 秒）。
但是，如果不断加深流水线，这些操作占整个指令的执行时间的比例就会不断增加。
最后，性能瓶颈就会出现在这些 overhead 上。如果指令的执行有 3 纳秒，也就是 3000 皮秒。需要 20 级的流水线，那流水线寄存器的写入就需要花费 400 皮秒，占了超过 10%。如果需要 50 级流水线，就要多花费 1 纳秒在流水线寄存器上，占到 25%。这也就意味着，单纯地增加流水线级数，不仅不能提升性能，反而会有更多的 overhead 的开销。
所以，设计合理的流水线级数也是现代 CPU 中非常重要的一点。