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球探指数开户送体验金50元:X86架构的SOC化有什么困难和期待

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  在八月份,英特尔架构日活动上,英特尔发布了全新一代的酷睿处理器,在这新一代的酷睿处理器上,采用了大小核心(能效核心和性能核心)的异架构模式,那么这一个异架构模式让很多人直呼:X86架构的SOC化已经来了。但是事实是这样的吗?未来X86架构的发展还有什么困难和期待吗?本期内容就让我们一起了解。

  01/从CPU谈起

  我们现阶段所说的处理器或者说CPU在现阶段已经不再是单纯的一个中央处理器,只不过由于一直以来为了更好的描述使用内容和范围,而一直沿用至今。

  CPU是中央处理器(central processing unit,简称CPU)作为计算机系统的运算和控制核心,是信息处理、程序运行的最终执行单元。在最开始诞生的时代中,CPU只负责对于数据进行运算处理,并且给出运行的结果,执行相对应的程序。但是在此后的发展中,随着半导体工业制程的进步发展。半导体的物理大小不断缩小,处理器也进入到了微处理器的时代。

  但是在物理体积大小进一步减少得同时,CPU已经不再是单纯的只是处理信息的运行程序的部件。例如在此前,我们的主板上还配备了北桥这一个芯片,曾经的北桥芯片负责电脑上内存的控制、PCIe通道的信息沟通、甚至是负责显示信号的输出。而在南桥部分,则进行一系列的IO控制,例如SATA接口、USB接口、网卡接口等。

  在现阶段,我们早已不见现在的主板上还存在北桥这一个芯片,原因就是北桥芯片的功能,已经被处理器内进行集成,现阶段的处理器具备了对内存的控制,PCIe的控制等一系列的功能。在能对内存等功能进行控制后,CPU已经不再是纯粹的中央运算处理器,而是在此之外承担了更多的功能

  目前我们所常见的处理器上,除了北桥的集成之外,还有包括显核(核显)的集成,例如英特尔上所配备的HDxxx、UHDxxx系列核显,而AMD方面则推出了带有图形核心的APU。而南桥等芯片,在AMD最新的锐龙系列上,也被进行了集成,现阶段AMD的大部分IO是由处理器进行支持,主板上的南桥更多的是起到IO Hub的拓展功能提供更多的通道,核心通道是由处理器提供支持。而英特尔也在处理器方面进行了更进一步的提升,例如第11代酷睿的雷电和PCIe 4.0通道就是由处理器出来的通道进行连接。

  02/进击的X86处理器

  而在近几年的X86指令集处理器上,当年的中央处理器(CPU)已经和现阶段的我们指代的CPU有非常大的差别。

  除了一系列功能的集成,让处理器不在只是一个单一执行功能的单元。而在X86指令集系列处理器上也进行了了一系列的发展,首先就是从单核心向多核心的转变,这意味着在处理器中的任务处理需要进更进一步的调配,进行动态的分配调节。随着多核心的进一步发展,各家都在转向不一样的处理器生产和调度方案,例如在AMD的锐龙系列Zen系列架构上,就采用了多Die的解决方案,在其中的核心单元不再是集成于一个单一的Die上,而是分布在不同的Die,每一个Die上有不同的CCX组成,而在不同的CCX之间的沟通则有一个在核心中负责和不同CCX沟通和分配的IO Die进行。不同的CCX共享三级缓存等核心内容,由一个统一的IO Die进行分配。

  不同的Die可以在不同要求的技术工艺下进行制造,通过分开的制造,能降低单一Die中多核心生产过程中出现不良产品的几率。而在不同Die上如若出现不良核心,也可以通过屏蔽的方式和其他Die上的CCX通过统一的IO Die进行多核的组成。依靠这一个策略,AMD近几年在处理器方面取得了一系列的进展,在消费级市场上凭借多核心等一系列的优势带来了不错的市场占有率。

  我们可以注意到,AMD的锐龙系列处理器目前是采用的多个统一规格的核心进行组成,在调度方面和传统的多核心处理器并没有很多的逻辑差异,更主要的是在于处理器内部的IO能否进行更好的调度。在锐龙一代推出的时候,处理器内部CCX之间的调度就存在一些不足,例如三级缓存和核心的调度等问题,直到后来的新产品的进一步更新才有了一系列的改善。

  英特尔的第十二代酷睿处理器——Alder Lake则是更加激进,Alder Lake采用了全新的异架构混合,相比于AMD锐龙系列,Alder Lake更是采用了不对称的多个Die和核心组成,并且还集成了一系列的IO、内存等功能的控制,集成相比传统的处理器更是提升了一个等级,以至于英特尔在宣传时直接称之为客户端SOC。

  03/SOC化的X86有什么困难和期待?

  上面我们说到过,在AMD锐龙一代推出的时候,处理器内部CCX之间的调度就存在一些不足,例如三级缓存和核心的调度等问题。而在进一步SOC化的Alder Lake上,则面临着更多的问题,例如多颗不同性能的核心、两款核心间的不对称数量、任务的调度分配。

  所以为了解决这一系列的问题,英特尔加入了英特尔硬件线程调度器进行SOC的内部分配调度。英特尔给出的信息显示,硬件线程调度器会让处理器看到性能核和能效核现在的情况,以及整个处理器的电源和功耗状态,然后去提供硬件线程调度器的信息给到系统,让系统来做调整。硬件线程调度器会根据实时的监控内核状态然后做出一个动态和智能的反应,让软件不需要为这样的策略去重新写代码。如果是固定线程调配,软件就需要考虑把哪些线程放到更高性能的核上,哪些线程要放到更追求能耗的核上面,而通过硬件线程调度器这种实时动态智能调整,软件不需要做这样的适配和调优。

  英特尔也提到,已经和微软进行了深度的合作,确保在Windows 11上多了一系列的相对应优化,让这一全新的混合架构能发挥出更好的优势。从在一个信息中我们可以了解到,英特尔混合架构想要发挥出更好的优势,需要处理器内部进一步的深度调度,并且还需要和操作系统进行进一步的深入适配。此外也有消息指出,AMD在未来也将会采用全新的混合架构,如何进行合理的调度加上一系列的操作系统优化,是X86指令集在迈向更进一步的SOC化中需要不断解决的问题。

  英特尔此次的采用性能核(P-Core)和能效核(E-Core),并不是和我们手机一样单纯的大小核设计,而是在能效核心上也有不错的性能,但是会因为能效比的需求从性能核切换到能效比更高的能效核罢了,其实英特尔其中的能效核也是具有非常高的性能。

  在未来X86指令集处理器方面在进一步的SOC化后,能更进一步的在更多的设备上进行使用,例如笔记本、嵌入式终端、甚至是平板电脑等产品。在性能和功耗上找到一个更进一步的平衡点。为整个市场带来全新的选择,或许就是X86进一步集成化、SOC化后能为我们带来的更多惊喜。

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