响也就越大,比如一个指令在最后一级出错,那么可能在后续流水线中的所有指令都要被清除,Northwood核心处理器要浪费20级工序的时间,而Prescott核心处理器就要浪费31级工序的时间!
流水线深度一直是影响处理器效率的重要因素,流水线深度的增加可以让处理器时钟频率进一步提高,但是在有些实际应用中, 已经被证明了处理器流水线的长度与性能成反比。同时容易产生分支预测等问题,Prescott核心的P4达到的31级流水线长度,要比当年的Pentium III和Athlon处理器高出许多,Netburst微架构已无法解决这一问题, 原本计划使基于Netburst微架构的下一代处理器Tejas突破5GHz, 但最终止步于3.8GHz。Prescott最终走上失败之路。
最后Intel公司不得不放弃Pentium IV,频率至上的CPU理论也被推翻。 随后就进入了Core架构,也就是多核时代,多个CPU封装在一个芯片中,协调工作,来达到更高的性能,Netburst架构和Prescott架构被完全抛弃,流水线的深度再次回到了Pentium III时代的3段12级。
四、 提高流水线性能及CPU性能的方法、相关技术
1. 采用超标量双流水线结构 2. 分支预测技术 3. 优化指令流水线
4. 将指令划分为更细的阶段 5. 加流水线深
6. 智能内存访问技术 7. 宽位动态执行技术
五、 展望Intel CPU提高流水线性能的技术方向
1. CPU线程的提高
CPU线程会越来越多,多线程的使用,使CPU的流水线效率和速度得到了很大的提高,所以未来CPU可能会出现一个CPU8个、16个、32个甚至64个线程的情况。
2. 更多条数的流水线
就像GPU那样已经发展到32条流水线并行工作,流水线条数的增加,使CPU在相同的时间内完成更多的工作,相当于提高了CPU的性能。
3. 提供更新的Cache搜索算法和轮换算法
Cache不是越大越好,因为CPU性能和Cache的大小呈负指数二项式增长。当Cache大小达到一定水平后,如果不及时更新Cache的搜索算法和Cache的轮换算法,CPU的性能没法得到本质的提高。
4. 一定量地减少流水线深度
后PC时代,是移动运算高发展的时代,所以CPU应该向低功率,高性能的方向发展,所以流水线深度可能更小,但CPU采用更好的架构以及更高的工艺来制造,达到和长流水线一样甚至更高的性能。
5. 异步架构流水线的使用
个人认为异步架构的使用是未来的一个必然趋势。同步架构的使用已经开始限制芯片的发展,基于时钟的芯片设计,只有在系统所有部分同时得到时钟才能
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正确操作,这只有在时钟线上的延时可以忽略时才可以做到。然而随着工艺的进步系统越来越大,从而使时钟线上的延时不再可以忽略不计。对于芯片设计者来说,时钟歪斜已经成为了一个瓶颈,不跨越这个瓶颈,可以说未来的CPU发展很难有质的飞跃。
六、 感想
经过学习和查找资料,我大致了解了CPU的发展历程,以及CPU发展过程中遇到的问题与挑战,也了解了IntelBug史上的10大Bug。从CPU的发展可以得到——灵感来源于生活与生产实际,以及人类需求带动科技的发展。就如刚开始的CPU的流水线设计就是借鉴了工业的流水线制造思想。
其次流水线技术的不断完善,也告诉我们一个技术的发展要与时俱进,在应用过程中发现问题,并解决问题,在此基础上更好地使之趋于成熟,让它成为一个趋于完美的技术。
再者,计算机的发展速度很快,我们这些还在大学里学习的孩子们,学习的都是很旧的知识,以后到了社会上要面对的更多未知面,所以在现在正在学习的阶段,除了学好基础知识,也要适当了解当前新新技术,最好是能够古往今来,融会贯通。
承接前辈们的遗产,创造自己的财富,扎实地走好每一步。在未来的IT路上越走越远。
七、 资料来源
【1】计算机系统结构教程,张晨曦、王志英,清华大学出版社 【2】百度百科--流水线技术
http://baike.http://m.njliaohua.com//link?url=_gyknID5Twf2EEv2iAKyC6FBjfk5XbnubzxsgAIxI58nPvMtQ52syrt7-qj2SdfM
【3】百度文库--CPU芯片的发展历程
http://wenku.http://m.njliaohua.com//link?url=KFFKIcAlu7BDHNZdShpRd7DkIMaJMMtirshLI4TaZyj8yCY601NKA0-rvI25ejOx0hXGgYgtdA3PhEiogBe65dSWuhUmTj_2aa9075at_Fi
【4】百度文库--CPU发展历程
http://wenku.http://m.njliaohua.com//view/0dbd7b5e804d2b160b4ec092.html 【5】百度文库--Intel系列CPU的流水线结构与性能分析
http://wenku.http://m.njliaohua.com//link?url=zrmHjCKm2XBqoHSGR_tOYBt8-10TSC-toutGjH9co9GSXwqurGwXTugdEMHftjjUmbfKRsOQXOGX4EzVYwGW4zVtMSIhV5UElTTRI7S3Le7
【6】百度文库--Intel系列CPU的流水线结构与性能分析 http://wenku.http://m.njliaohua.com//view/4a95ba59312b3169a451a44f.html 【7】百度文库--Intel系列CPU的流水线的发展和展望 http://wenku.http://m.njliaohua.com//view/030f6cc80c22590102029d1e.html
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