E1ce848a88e2d45b7a489db14a7720f9 NehalemSandy BridgeIvy BridgeHaswellBroadwell 算起,目前  Intel 最新的處理器微架構已是第六代產品。不過這次一反常態地,沒有在上市日期同時公布微架構改進,反而是先行上市後,再於 IDF 上公布詳細資訊。

算一算,Intel 的 Core 微架構已經發展到了第六代的 Skylake,中間還經歷換湯不換藥的 Haswell Refresh,以及在桌上型電腦市場相當無感的 Broadwell。Skylake 先前僅釋出關於整合的繪圖核心資料,對於其它部分幾乎是毫無所悉。

近日在舊金山舉行的 IDF15 開發者論壇,終於釋出有關於 Skylake 微架構資訊。首先就是為何 Skylake 取消了 Haswell 和 Broadwell 所使用的 FIVR 設計,原因是 FIVR 在 TDP 4.5W 的 Skylake-Y 型號效率不彰,於是整個 Skylake 微架構就把 FIVR 移除。但 Intel 正在研究更適合低 TDP 型號處理器使用的 FIVR,預計將在 2017 年 Ice Lake 重新加入。


▲綜觀 Skylake 進步之處。

上面這張圖片展示出 Skylake 的改進之處,除了已知的晶片組 I/O 部分有重大改變之外,核心部分沒有意外地朝向每個時脈更多指令、提升效率的方向進行。負責連結核心內部各處功能的 Ring 和 LLC 部分,也提升了吞吐量性能,鏡頭捕捉影像後負責處理的 ISP 也內建在核心之中。

其它部分就是已知的規格,記憶體部分升級 DDR4 雙通道支援能力,繪圖核心支援 DirectX 12、部分產品會採用 GT3+eDRAM 以及 GT4+eDRAM 的封裝形式。超頻能力因為 BCLK 基本參考時脈獨立,而能夠大幅超頻不影響其它如 PCIe 的運作。


▲處理核心進步之一。

接下來的簡報中,可以看見 Skylake 強化了前端部分,分支預測器的容量和準確度皆有提升,更深的緩衝區提供更寬的指令支援性,以及更快的預取速度。亂序執行緩衝區也提升容量,能夠提取更多指令加強平行化處理。

處理單元部分加入更多的單元,同時減少處理延遲,當單元不處理時就關閉省電,AES-GCM 和 AES-CBC 加密演算法可分別提升 17% 和 33%。載入與儲存頻寬也因為緩衝區的加大跟著變大,也換了更好的演算法處理 page miss 和 L2 快取失誤,將執行結果回寫和移除微指令的引退單元也有提升,增強了超執行緒效能。


▲處理核心進步之二。

簡單來說 Skylake 加寬加深了指令暫存區,除 In-Flight Loads 和 FP Register File 不變之外,In-Flight Stores 提升了 33%,Scheduler Entries 更是提升 60%以上。其它像是 AVX2 硬體線路也可在不需要時關閉,節省耗電量。


▲Skylake 與 Sandy Bridge 和 Haswell 的比較。

內部 Ring 匯流排負責交換資料的部分,吞吐量提升 1 倍,耗電量不變僅多了 50% 的電晶體數量,LLC(L3 快取)在處理失誤時的吞吐量也提升 1 倍。此外就是 eDRAM 的變更部分,在先前的微架構中,LLC 需要有 25%(512KB)的容量花在 eDRAM 的存取標記,而且 eDRAM 也無法和處理核心、繪圖核心以外的區域直接溝通。

到了 Skylake 微架構,eDRAM 的控制器接在 System Agent,能夠快取處理器封裝內部的所有資料,也不須再沖刷掉內部資料以維持快取一致性。改接在 System Agent 之後,對於降低耗電量也有好處,顯示螢幕更新不必再喚醒部分核心。


▲Skylake 之前的微架構使用 eDRAM 需耗損 512KB LLC 容量。


▲Skylake 將 eDRAM 改由 System Agent 管理,快取一致性獲得保障的同時還有降低耗電量的功用。

Intel 在 Skylake 中還加入了 Intel Speed Shift Technology,處理核心能夠自行在不同的 P-State 中切換,延遲僅為 1ms。過去舊款的處理器由作業系統控制,延遲約為 30ms,不過新款的切換方式還需要作業系統協助才行(Windows 10 已支援)。


▲省電效率加強機制。


▲Duty Cycle Control 以核心的啟閉替代過往的低時脈運作。

Duty Cycle Control 則是以核心的啟閉,模擬過去時脈比較低的 P-State,直接避免低時脈電晶體的漏電問題,換取更有效率的運作。SpeedStep Techonology 現在也不僅僅是支援處理核心,System Agent、DDR、eDRAM I/O 也包含在內。其它像是內部用來連接各區塊的線路,也能夠在工作完成時分別進入省電狀態。

資料來源

IDF 2015: Tablets de reden dat geïntegreerde voltage controller bij Skylake ontbreekt

Intel Skylake Processor Architecture Overview - Scaling from tablets to servers

Intel Skylake Architecture Preview Quick Take From IDF 2015

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fanatsy
1.  fanatsy (發表於 2015年8月21日 15:34)
語音喚醒技術
Reverse Hyper-Threading

這兩樣東西 IDF15 會上又有提到些什麼嗎(⊙ˍ⊙)

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