# Phase 3 C1: TLS Prefetch（Tiny alloc hot path）設計メモ

## 目的

Phase 2-3（B3/B4/C3）で「形（分岐・I-cache）」は勝ち形に寄った。
次は **L1D miss / pointer chase** を減らすための “軽い prefetch” を A/B する。

対象は policy ではなく、実際の alloc が触る **TLS cache**:
- `TinyUnifiedCache g_unified_cache[class]`（`core/front/tiny_unified_cache.h`）
- 必要なら `cache->slots[]` の先頭付近（head/tail 周辺）

## 非目標

- ルーティングやアルゴリズム変更はしない（prefetch は “ヒント” のみ）
- 常時ログは禁止（必要なら `HAKMEM_DEBUG_COUNTERS` のみ）
- “当たり前に速い” ことは期待しない（NO-GO なら即 freeze）

## Box Theory（箱割り）

### L0: Env（戻せる）

- 既存 ENV を使用: `HAKMEM_TINY_PREFETCH=0/1`（default 0）
- 目的: prefetch の on/off を即切替（回帰時に即戻せる）

### L1: PrefetchBox（境界: 1 箇所）

責務: **malloc の hot path で 1 回だけ** prefetch を実行する。
実装場所は “入口” に固定（`malloc_tiny_fast_for_class()`）。

候補 API（header-only で OK）:
- `tiny_alloc_prefetch_tls_cache(class_idx, route_kind)`  
  - `route_kind == SMALL_ROUTE_LEGACY` のときだけ `g_unified_cache[class_idx]` を prefetch
  - 余計な prefetch を避ける（C6=MID 等で無駄撃ちしない）

## 実装指示（小パッチ順）

1. **Prefetch 実装（最小）**
   - 追加箇所: `core/front/malloc_tiny_fast.h` の `malloc_tiny_fast_for_class()`
   - 条件:
     - `tiny_env_cfg()->tiny_prefetch == 1`
     - `route_kind == SMALL_ROUTE_LEGACY`
   - 実行:
     - `__builtin_prefetch(&g_unified_cache[class_idx], 0, 3);`
   - 注意:
     - `g_unified_cache` は TLS なので “当たる” 前提で入れすぎない（1 回だけ）

2. **Optional（勝ち筋が見えたら）**
   - `TinyUnifiedCache* cache = &g_unified_cache[class_idx];`
   - `if (cache->slots) __builtin_prefetch(&cache->slots[cache->head], 0, 3);`
   - ※ ただしロードが増えるので、まずは 1. の最小で A/B

3. **ドキュメント**
   - `docs/specs/ENV_VARS_COMPLETE.md` に `HAKMEM_TINY_PREFETCH` を追記
   - `docs/analysis/PHASE3_CACHE_LOCALITY_NEXT_INSTRUCTIONS.md` の C1 をこの設計に合わせて更新

## A/B（GO/NO-GO）

- Mixed（`HAKMEM_PROFILE=MIXED_TINYV3_C7_SAFE`）10-run
  - 比較: `HAKMEM_TINY_PREFETCH=0` vs `=1`
  - **GO**: +1.0% 以上
  - **NO-GO**: -1.0% 以下 → freeze
  - ±1% は “研究箱維持”（デフォルトOFFのまま）

## 期待値の現実

prefetch は “刺さるときだけ刺さる”。
勝ち筋は「route 形の整理（B3/B4/C3）で instruction が減った結果、メモリ待ちが相対的に目立つ」状態になっていること。
もし勝てないなら、次は C2（metadata locality）へ進む。

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## 結果（A/B）

**判定**: 🔬 NEUTRAL（研究箱維持、default OFF）

- Mixed 10-run:
  - `HAKMEM_TINY_PREFETCH=0`: avg **39.34M**
  - `HAKMEM_TINY_PREFETCH=1`: avg **39.20M**（avg **-0.34%** / median **+1.28%**）

**補足**:
- 既存実装は “LEGACY 分岐の直前” に prefetch を入れており lead time が短い。
- 再挑戦するなら、prefetch 位置を **より早い入口**（`malloc_tiny_fast_for_class()` 冒頭など）に動かして A/B を取り直す。