1. 超长流水线的缺点

增加流水线的深度，在同主频下，其实就是降低了 CPU 的性能。

一个 Pipeline Stage，就需要一个时钟周期。如果我们把任务分成 31 个阶段，就需要 31 个时钟周期才能完场一个任务；而把任务拆分成 11 个阶段，就需要 11 个时钟周期就能完成任务。在这种情况下，31 个 Stage 的 3GHz 主频的 CPU，其实和 11 个Stage 的 1 GHz 主频的 CPU 性能差不多。事实上，每个 Stage 都需要有对应的 Pipeline 寄存器的开销，此时，更深的流水线性能可能还会更差些。

流水线技术并不能缩短单条指令的响应时间这个性能指标，但是可以增加在运行很多指令时候的吞吐率。

提升流水线深度，必须要和提升 CPU 主频同时进行。

因为在单个 Pipeline Stage 能够执行的功能变简单了，也就意味着单个时钟周期内能够完成的事情变少了。所以，只有提升时钟周期，CPU 在指令的响应时间这个指标上才能保持和原来相同的性能。同时，由于流水线深度的增加，我们需要的电路数量变多了，也就是所使用的晶体管也就变多了。

主频的提升和晶体管数量的增加都使得我们 CPU 的功耗变大了。

2. 冒险和分支预测

流水线技术带来的性能提升，是一个理想情况。在实际的程序执行中，不一定能做得到。

要想完全利用流水线，意味着：如果我们有 20 级流水线，意味着我们要确保这 20 条指令没有依赖关系。

这个依赖问题就是冒险（Hazard）问题。有数据冒险、结构冒险、控制冒险等其他的依赖问题。

为了解决这些依赖问题，我们有乱序执行、分支预测等相应的解决方案。

参考

极客时间《深入浅出计算机组成原理》：http://gk.link/a/11UMi