在近日舉辦的架構日活動上,，英特爾罕見地公布了未來多年的CPU,、GPU架構路線圖，以及一系列相關技術,、戰(zhàn)略規(guī)劃,，讓人大飽眼福,，其中新的CPU架構是很多人非常關心的亮點。本文收集了一些資料,，為大家盡量通俗地做一些簡單解讀,。
2019－2021年三年間，英特爾將每年推出一代高性能酷睿（Core）架構（當然也會用于至強）,，同時在2019－2023年間,，將推出三代低功耗凌動（Atom）架構，重點當然是前者啦,。
2019年的高性能新架構是“Sunny Cove”（陽光海灣）,，CPU大幅升級的同時集成第11代核芯顯卡,，采用10nm工藝制造,，桌面端處理器代號“Ice Lake”，這也將是英特爾第一個規(guī)模量產的10nm產品,。
2020年是“Willow Cove”（柳樹海灣）,，幾乎肯定還是10nm工藝，但應該會像14nm＋,、14nm＋＋那樣優(yōu)化改進,，2021年則是“Golden Cove”（金色海灣），不知道能不能用上7nm,。
對于Willow Cove,、Golden Cove，英特爾只是簡單提及了一些主要特性,，而對于近在眼前的Sunny Cove,，英特爾則是毫不吝嗇地公布了不少架構技術細節(jié)。
首先說,，這應該是英特爾歷史上第一次在新品發(fā)布之前N個月,，就大方地公布路線圖和技術細節(jié)，再加上將會第一次大規(guī)模應用10nm新工藝,，因此10nm Sunny Cove一經宣布,，就吸引行業(yè)乃至普通用戶的廣泛關注。
而每當一代新的CPU架構公布時,，了解它的原理,、它的變革都讓人很興奮，英特爾這一次提前公布一系列猛料也值得鼓掌,，值得細細品味,。
但略有遺憾的是，英特爾目前給出的信息還不完整,，主要只是介紹了Sunny Cove架構的后端設計細節(jié),，不涉及指令分派,、指令隊列等前端部分。
Sunny Cove的架構更新可以分為兩部分,，一是通用目的性能提升,，二是特定目的性能提升。
通用目的性能的提升,，就是通過架構增強,，改進大量應用的性能和能效，幾乎所有人在日常使用中都能體驗到,，其本質上就是原始IPC（每時鐘周期指令數(shù)）吞吐量的變化,，或者運行頻率的提高。
無論什么工藝節(jié)點,，只要這兩點有一個提升,，整體性能就會隨之上升，至少在涉及計算的方面會有直接體現(xiàn),。
頻率通常取決于工藝和優(yōu)化,，IPC則可以來自更寬、更深,、更智能的內核,，或者專業(yè)點說分別就是每個時鐘周期執(zhí)行更多指令、每時鐘周期更多并行,、通過前端更好地傳輸數(shù)據(jù),。
而特定目的性能的提升，是針對特定使用場景,、算法進行架構上的擴展,，包括新的指令集、新的軟件編譯器／庫等,。
這種變化只有在專門的場合才能體會到,，比如說英特爾宣傳Sunny Cove架構通過新加入的指令集，可以讓7－Zip軟件的壓縮解壓性能提升多達75％,，就是一個典型例子,，只有用這款軟件或者針對其他針對相應指令優(yōu)化的軟件，才能獲得如此明顯的提升,。
特殊目的性能提升雖然應用范圍有限,，但是只要給它發(fā)揮的空間，效果就是極為顯著的,，幅度遠超通用性能提升,。
Sunny Cove也在這方面做了大量的改進，涉及人工智能／機器學習,、加解密,、壓縮／解壓,、通信／網(wǎng)絡、通用SIMD（單指令多數(shù)據(jù)流）／矢量處理,、特殊SIMD／矢量處理,、多線程與多代理處理等等。
如果你有這些方面的應用,，Sunny Cove帶來的變化會非?？捎^。
上邊說的都是一些大的應用范圍,，具體到每個領域還有更確切的應用場景,，新指令的引入可以大大加速特定計算任務的執(zhí)行。隨著AVX－512指令單元的加入,，Sunny Cove為大數(shù)運算增加了IFMA（帶符號熔加算法）,，也可用于加解密。
同時還有矢量AES加密（支持更多AES指令并行執(zhí)行）,、矢量乘（Vector Carryless Multiply）,、伽羅瓦域（Galois Field）,、SHA／SHA－NI安全算法等,，其中不少都是密碼學的一些基本元素。
在緩存方面,，Sunny Cove后端擁有48KB一級數(shù)據(jù)緩存,，比現(xiàn)在的32KB增加了50％。一般來說,，緩存的非命中率和容量增加幅度的平方根成反比,，也就是說Sunny Cove的一級數(shù)據(jù)緩存命中錯誤率將會降低22％。
Sunny Cove的二級緩存也更大了,，但具體容量暫未披露,。目前酷睿是每核心256KB二級緩存，至強則是1MB,。
另外,，微操作（uOp）緩存也比現(xiàn)在的2048－entry設計要更大，只不過具體數(shù)字暫時也沒有公開,。
二級TLB同樣增大到未知數(shù),，這有助于機器歷史地址轉換。通常情況下,，需要保持和存儲更多輪詢的時候才會這么做,，這意味著英特爾已經發(fā)現(xiàn)，在部分應用環(huán)境中,，最近的機器地址還沒有用上就被收回了,。
這張圖顯示了更多變化,，包括執(zhí)行端口從8個增至10個，可以讓調度器一次釋放更多指令,，其中端口4,、端口9連接著循環(huán)數(shù)據(jù)存儲，帶寬加倍,，AGU（地址生成單元）存儲能力加倍,，更大的一級指令緩存也在其中起到了一定作用。
之前的Skylake架構上存在一個瓶頸,，當全部三個AGU嘗試存儲的時候,，帶寬就會明顯不足，每個時鐘周期只能執(zhí)行一個,。
載入性能不變,，而寬度調度從4個增至5個，這意味著記錄緩沖區(qū)的分派每時鐘周期可以命中5個指令,，但是實際效果如何仍有待觀察,。
Sunny Cove、Skylake架構的執(zhí)行端口發(fā)生了根本性的變化,。
可以看到,，英特爾為核心的整數(shù)部分配備了更多LEA（有效地址載入）單元，用來進行內存尋址計算,，可能在需要頻繁內存計算的情況下,，通過安全更新來緩解性能損失，或者通過恒定的偏移,，有助于高性能陣列代碼,。
MUL（乘法）單元從Skylake的端口5轉移到了端口1，可能是出于平衡設計的目的,，同時還增加了一個iDIV整數(shù)除法單元,。
這個變化并不大，10nm Cannon Lake也有一個64位的IDIV,，可以將64位證書出發(fā)從97個時鐘周期（混合指令）降低到18個,，Sunny Cove可能也與之類似。
INT整數(shù)運算方面,，Skylake端口5的乘法單元變成了MulHi單元,，但在新架構中的具體作用尚不明晰。
FP浮點運算方面,，Sunny Cove增加了重排資源,，因為英特爾收到客戶反饋，希望能消除代碼中的瓶頸。
英特爾沒有具體說明核心浮點部分FMA（熔加運算）單元的功能,，但我們知道,，核心內有一個AVX－512指令單元，所以至少會有一個FMA單元會與之交互,。
Cannon Lake架構只有一個512位FMA單元,，很可能延續(xù)到了這里，在至強上可能會有兩個,。
為了更明晰地對比Skylake,、Sunny Cove的后端執(zhí)行資源變化，外媒AnandTech還做了個對比表格如下：
英特爾列出的其他內核改進還有：分支預測器改進,、有效載入延遲降低（得益于TLB／L1D）等等,，但是英特爾也承認，這些改進不會讓每個人獲益,，需要新的算法在特定代碼中使用,。
另外，Sunny Cove還支持更大的內存,，主內存分頁表現(xiàn)在是5層設計（之前是4層）,，支持的線性尋址空間達到57位，物理尋址空間則是52位,。
這意味著,，至強服務器平臺理論上每顆處理器可以搭配最多4TB內存，而現(xiàn)在Skylake－SP架構的可擴展至強只有1．5TB,，AMD霄龍也不過2TB,。
事實上,，Sunny Cove是自從AMD 2003年引入x86－64 64位架構以來,，第一個對x64虛擬內存尋址做出重大變革的架構。
這十幾年來,，雖然虛擬內存尋址都支持64位,，但實際上只有前48位有用，后邊的16位只是前邊簡單的拷貝而已,，這就將虛擬尋址空間限制在256TB,。
這些虛擬內存通過分頁表映射到物理內存，使得物理內存內存尋址也被限制在48位,，導致整個系統(tǒng)的最大物理內存不能超過256TB,。
現(xiàn)在，Sunny Cove將有效的虛擬內存尋址擴展到了57位,，物理尋址則是最多52位,，結果就是虛擬內存、物理內存最多分別可以支持到128PB、4PB,。
根據(jù)英特爾之前給出的路線圖,，Ice Lake－SP家族的新一代至強將在2020年上市，屆時內存擴展能力將得到前所未有的提升,。