英特爾發(fā)布新款CPU微架構(gòu)：基于10nm工藝 明年上市

　　12月13日消息，據(jù)Ars Technica報(bào)道，英特爾今天發(fā)布了新的CPU微架構(gòu)Sunny Cove，該公司將于明年推出基于該架構(gòu)的Core和Xeon品牌芯片。這些芯片將添加諸多新指令，以提高通用計(jì)算任務(wù)下每時(shí)鐘計(jì)算性能和降低功耗，并包含了可加速人工智能和加密等專用計(jì)算任務(wù)的新功能，它們的壓縮性能比上一代部件提高了75%。

　　自2015年以來，英特爾Core和Xeon品牌下的主流處理器始終圍繞Skylake架構(gòu)構(gòu)建。英特爾最初的意圖是在其14nm工藝制程上發(fā)布Skylake，然后在其10nm工藝制程上發(fā)布Cannon Lake。Cannon Lake將增加許多新功能(例如更多AVX指令)，但在其他方面與Skylake完全相同。

　　然而，英特爾在10nm工藝制程方面的延遲，迫使其在比預(yù)期更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)堅(jiān)持使用14nm工藝制程。因此，繼Skylake(在用戶系統(tǒng)中最多有四核)之后，英特爾又開發(fā)了Kaby Lake(具有更高的每時(shí)鐘計(jì)算速度和更高的現(xiàn)代視頻編解碼器硬件加速)、Coffee Lake(多達(dá)8核)和Whiskey Lake(改進(jìn)的集成芯片組)。Skylake核心架構(gòu)在這些變化中沒有改變，這意味著盡管它們的時(shí)鐘速度不同，但每周期指令(IPC)的數(shù)量基本相同。

　　英特爾表示，相比之下，Sunny Cove是個(gè)增強(qiáng)的微架構(gòu)，將建立在該公司10nm制程基礎(chǔ)之上。雖然仍然來自Skylake的痕跡，但它已經(jīng)得到了改進(jìn)，可以并行執(zhí)行更多指令，延遲時(shí)間更低，某些緩沖區(qū)和緩存也得到了擴(kuò)展。一級(jí)數(shù)據(jù)緩存比Skylake大50%，解碼微操作的緩存和二級(jí)緩存(具體大小取決于市場(chǎng)定位)也是如此。

　　Skylake有兩個(gè)預(yù)訂站，在8個(gè)接口之間發(fā)送指令，每個(gè)周期最多發(fā)送4條指令。而Sunny Cove有4個(gè)預(yù)訂站，10個(gè)接口，每個(gè)周期最多發(fā)送5條指令。執(zhí)行單元也進(jìn)行了重建，Sunny Cove有兩個(gè)額外的單元能夠處理LEA指令(通用的x86指令，可以執(zhí)行各種算術(shù)操作，以及計(jì)算內(nèi)存地址)，還有一個(gè)單元用于向量置換。這將為無序的機(jī)器提供更多的選項(xiàng)，以了解如何調(diào)度指令，從而獲得更高的并行性。

　　Skylake每個(gè)周期可以執(zhí)行兩個(gè)工作負(fù)載和一個(gè)存儲(chǔ)，而Sunny Cove將其提升為兩個(gè)工作負(fù)載和兩個(gè)存儲(chǔ)。重新排序緩沖區(qū)更大，可以快速執(zhí)行更多無序指令，加載和存儲(chǔ)緩沖區(qū)也更大，可以執(zhí)行更多內(nèi)存操作。

　　此外，Sunny Cove支持AVX-512指令。AVX-512跨越了許多不同的擴(kuò)展和功能，有些是通用向量算法，另一些則是專門用于工作負(fù)載(如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))的。除此之外，Sunny Cove還將包含加速加密和數(shù)據(jù)壓縮工作負(fù)載的新指令，正是這些新指令使其性能提高了75%。

　　Sunny Cove還對(duì)x64虛擬內(nèi)存支持進(jìn)行了重大改進(jìn)，這是自2003年AMD將其x86-64位擴(kuò)展引入x86以來的首次。雖然這些系統(tǒng)上使用的虛擬內(nèi)存地址需要64位來存儲(chǔ)，但是它們實(shí)際上只包含48位有用的信息。這將虛擬地址空間限制為256TB。這些虛擬地址使用頁(yè)表結(jié)構(gòu)映射到物理地址，頁(yè)表結(jié)構(gòu)有四個(gè)級(jí)別，物理內(nèi)存地址也限制在48位。這意味著，這些系統(tǒng)最多可以支持256TB的物理內(nèi)存。

　　自2003年以來，英特爾和AMD都在這方面受到了限制，不過這種情況將被改變。Sunny Cove將虛擬地址擴(kuò)展到57個(gè)有意義的位，物理內(nèi)存地址最多達(dá)到52位。要處理這個(gè)問題，需要在頁(yè)表結(jié)構(gòu)中設(shè)置第5個(gè)級(jí)別。新的限制允許虛擬地址空間達(dá)到128PB，物理內(nèi)存達(dá)到4PB。

　　Skylake的各種迭代給了我們更好的時(shí)鐘速度和更大的核心計(jì)數(shù)。但是，他們沒有做到的是改進(jìn)單線程代碼的IPC。這是Sunny Cove自2015年以來首次這樣做，它將使每個(gè)工作負(fù)載更快，而不僅僅是那些可以擴(kuò)展到更多線程的工作負(fù)載。

　　英特爾承諾將在2019年下半年推出Core品牌Sunny Cove CPU。到2020年，Willow Cove將緊隨其后推出。Willow Cove是擁有重新設(shè)計(jì)緩存的Sunny Cove，它引入了新的安全功能，并進(jìn)行了晶體管優(yōu)化。到2021年，該公司將發(fā)布Golden Cove，同樣具有更多的安全特性，但也承諾將改進(jìn)單線程性能，提供更好的機(jī)器學(xué)習(xí)性能、更好的網(wǎng)絡(luò)和5G性能。

　　Sunny Cove也將進(jìn)入Xeon品牌。英特爾在這方面的計(jì)劃比較模糊，該公司沒有提供任何數(shù)據(jù)，但我們將在2019年早期看到Cascade Lake，它將為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)帶來新的AVX-512指令，多達(dá)48核。接下來是Cooper Lake，它將支持bfloat16數(shù)據(jù)，即在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中使用的減少精度的浮點(diǎn)格式。這之后將是Sunny Cove在Xeon品牌下的重頭戲——Ice Lake。“下一代”處理器將從那里開始。