英特尔发布新款CPU微架构：基于10nm工艺 明年上市

12月13日消息，据Ars Technica报道，英特尔今天发布了新的CPU微架构Sunny Cove，该公司将于明年推出基于该架构的Core和Xeon品牌芯片。这些芯片将添加诸多新指令，以提高通用计算任务下每时钟计算性能和降低功耗，并包含了可加速人工智能和加密等专用计算任务的新功能，它们的压缩性能比上一代部件提高了75%。

自2015年以来，英特尔Core和Xeon品牌下的主流处理器始终围绕Skylake架构构建。英特尔最初的意图是在其14nm工艺制程上发布Skylake，然后在其10nm工艺制程上发布Cannon Lake。Cannon Lake将增加许多新功能(例如更多AVX指令)，但在其他方面与Skylake完全相同。

然而，英特尔在10nm工艺制程方面的延迟，迫使其在比预期更长的时间内坚持使用14nm工艺制程。因此，继Skylake（在用户系统中最多有四核）之后，英特尔又开发了Kaby Lake(具有更高的每时钟计算速度和更高的现代视频编解码器硬件加速)、Coffee Lake(多达8核)和Whiskey Lake(改进的集成芯片组)。Skylake核心架构在这些变化中没有改变，这意味着尽管它们的时钟速度不同，但每周期指令(IPC)的数量基本相同。

英特尔表示，相比之下，Sunny Cove是个增强的微架构，将建立在该公司10nm制程基础之上。虽然仍然来自Skylake的痕迹，但它已经得到了改进，可以并行执行更多指令，延迟时间更低，某些缓冲区和缓存也得到了扩展。一级数据缓存比Skylake大50%，解码微操作的缓存和二级缓存(具体大小取决于市场定位)也是如此。

Skylake有两个预订站，在8个接口之间发送指令，每个周期最多发送4条指令。而Sunny Cove有4个预订站，10个接口，每个周期最多发送5条指令。执行单元也进行了重建，Sunny Cove有两个额外的单元能够处理LEA指令(通用的x86指令，可以执行各种算术操作，以及计算内存地址)，还有一个单元用于向量置换。这将为无序的机器提供更多的选项，以了解如何调度指令，从而获得更高的并行性。

Skylake每个周期可以执行两个工作负载和一个存储，而Sunny Cove将其提升为两个工作负载和两个存储。重新排序缓冲区更大，可以快速执行更多无序指令，加载和存储缓冲区也更大，可以执行更多内存操作。

此外，Sunny Cove支持AVX-512指令。AVX-512跨越了许多不同的扩展和功能，有些是通用向量算法，另一些则是专门用于工作负载(如神经网络)的。除此之外，Sunny Cove还将包含加速加密和数据压缩工作负载的新指令，正是这些新指令使其性能提高了75%。

Sunny Cove还对x64虚拟内存支持进行了重大改进，这是自2003年AMD将其x86-64位扩展引入x86以来的首次。虽然这些系统上使用的虚拟内存地址需要64位来存储，但是它们实际上只包含48位有用的信息。这将虚拟地址空间限制为256TB。这些虚拟地址使用页表结构映射到物理地址，页表结构有四个级别，物理内存地址也限制在48位。这意味着，这些系统最多可以支持256TB的物理内存。

自2003年以来，英特尔和AMD都在这方面受到了限制，不过这种情况将被改变。Sunny Cove将虚拟地址扩展到57个有意义的位，物理内存地址最多达到52位。要处理这个问题，需要在页表结构中设置第5个级别。新的限制允许虚拟地址空间达到128PB，物理内存达到4PB。

Skylake的各种迭代给了我们更好的时钟速度和更大的核心计数。但是，他们没有做到的是改进单线程代码的IPC。这是Sunny Cove自2015年以来首次这样做，它将使每个工作负载更快，而不仅仅是那些可以扩展到更多线程的工作负载。

英特尔承诺将在2019年下半年推出Core品牌Sunny Cove CPU。到2020年，Willow Cove将紧随其后推出。Willow Cove是拥有重新设计缓存的Sunny Cove，它引入了新的安全功能，并进行了晶体管优化。到2021年，该公司将发布Golden Cove，同样具有更多的安全特性，但也承诺将改进单线程性能，提供更好的机器学习性能、更好的网络和5G性能。

Sunny Cove也将进入Xeon品牌。英特尔在这方面的计划比较模糊，该公司没有提供任何数据，但我们将在2019年早期看到Cascade Lake，它将为神经网络带来新的AVX-512指令，多达48核。接下来是Cooper Lake，它将支持bfloat16数据，即在神经网络中使用的减少精度的浮点格式。这之后将是Sunny Cove在Xeon品牌下的重头戏——Ice Lake。“下一代”处理器将从那里开始。