解析英特尔酷睿微体系结构 设立高能效表现新标准

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英特尔酷睿微体系结构是基于英特尔架构的台式、移动式和主流服务器多核处理器的新基础。这一领先的多核优化和高能效型微架构设计可以提供更高的性能和每瓦特性能,以进而增强整体的能效。该新微架构扩展了率先在英特尔奔腾M处理器中的英特尔移动微架构上提倡的高能效理念,并通过许多全新的领先微架构创新及现有的英特尔NetBurst微体系结构特性显著地对此进行了改进。此外,它还采用了许多旨在优化多核处理器之功率、性能和可扩充性的重大新创技术。
英特尔酷睿微体系结构是英特尔持续创新的结果,它同时提供了更出色的能效和计算能力,可全面满足目前计算行业蓬勃发展的新工作负载和使用模式的需要。
凭借更高的性能和极低的功耗,新的英特尔酷睿微体系结构将成为许多新解决方案和新外形的基础。在家庭中,这体现在拥有更高性能、超静音、时尚与低功耗计算机设计、新改进、以及更加先进、更加易于使用的娱乐系统。对于IT部门,它将可以降低服务器数据中心的空间和供电负担,同时提高客户机和服务器平台的响应能力、运行效率和能效。对于移动用户,英特尔酷睿微体系结构意味着更出色的计算机性能和最耐久的电池使用时间,这将进而推动产生多种不同的纤小外形,以带来世界领先的“移动”计算能力。总之,利用其更高的性能、更出色的能效和更具响应性的多任务处理能力,它可以为家庭、公司和移动途中等所有环境中的用户带来更精彩的体验。
英特尔继续推动可以提高用户全面体验的平台增强技术。这些增强技术涉及的领域包括连接、可管理性、安全、可靠性以及计算能力等。有一种方法可以显著提高计算能力,那就是使用可以提供更高性能和更高每瓦特性能的英特尔多核处理器。向多核处理进行移植还为许多其它进一步提高性能的微架构创新打开了大门。英特尔酷睿微体系结构就是这样一次旨在提高性能和能效的出色微架构更新。在这一点上,英特尔酷睿微体系结构侧重于增强跨每个平台领域(如台式、服务器和移动)现有和新兴的应用与使用模式。
本图显示了处理器架构和微架构之间的区别。处理器架构指公开面向编程人员的指令集、寄存器及内存数据-常驻数据结构。处理器架构保持了指令集兼容性,因此处理器可以运行为过去、现在和将来几代处理器编写的代码。微架构指的是在芯片上实现的处理器架构。在一个处理器家族内,微架构通常会在保持架构兼容性的同时,不断发生改进,以提高性能和能力。
在微处理器世界,性能通常指的是执行给定应用或任务所用的时间,或者指在给定时间内运行多个应用或任务的能力。与常见的误解不同,它不单指等同于性能的时钟频率(GHz)或者每个时钟周期(IPC)执行的指令数。真正的性能需综合考虑时钟频率(GHz)和IPC1。因此,可以将性能作为一个频率和每时钟周期指令数的综合体来计算。
性能=频率×每个时钟周期的指令 |
该公式表明,性能可以通过单独或同时提高频率和IPC来进行增强。频率是制造工艺和微架构共同作用的结果。在给定时钟频率下,IPC由处理器微架构和具体应用决定。尽管同时提高频率和IPC不一定切实可行,但是提高一项,同时使另一项与前代保持不变,也可显著提高性能。
除了上述两种方法之外,还可以通过减少被执行的指令数来提高性能。单指令多数据(SIMD)是一项可用来实现此成效的技术。英特尔于1996年首次在支持MMX技术的英特尔奔腾处理器上采用了64位整数单指令多数据(SIMD)指令,随后在英特尔奔腾III 处理器上推出了128位单指令多数据(SIMD)单精确浮点,或SIMD流指令扩展(SSE),后来又在随后几代处理器上相继亮相了SSE2和SSE3扩展。英特尔在其移动微架构中推出的另一项创新技术称作微融合(microfusion)。英特尔的微融合可将多个常用微操作(处理器内部指令)融合为单个微操作,以进而减少完成给定任务所需要处理的微操作数量。
在英特尔继续有侧重地提供最适合客户需求的能力时,同样有必要注意在提供最佳性能的同时提供出色的能效 — 即充分考虑处理器完成具体任务将需消耗的功率。此处功耗相当于维持IPC功效所需的动态电容(导体上的静电荷与维持电荷所需导体之间电位差的比率)乘以向晶体管和I/O缓冲区供应的电压平方,再乘以交换晶体管和信号的频率。这可以表示为:
功耗=动态电容×电压×电压×频率 |
考虑到这一功耗等式与前文的性能等式,设计人员就可以在IPC功效与动态电容,及优化性能与功耗所需的电压与频率之间做出精确的权衡。本文将重点讨论英特尔的新微架构如何利用这一基础提供领先的性能和每瓦特性能。


