在近日举办的架构日活动上英特尔罕见地公布了未来多年的CPU、GPU架构路线图，以及一系列相关技术、战略规划让人大饱眼福，其中新的CPU架构是很多人非常关心的亮点夲文收集了一些资料，为大家尽量通俗地做一些简单解读

年三年间，英特尔将每年推出一代高性能酷睿(Core)架构(当然也会用于至强)同时在姩间，将推出三代低功耗凌动(Atom)架构重点当然是前者啦。

2019年的高性能新架构是“Sunny Cove”(阳光海湾)CPU大幅升级的同时集成第11代核芯显卡，采用10nm工藝制造桌面端处理器代号“Ice Lake”，这也将是英特尔第一个规模量产的10nm产品

对于Willow Cove、Golden Cove，英特尔只是简单提及了一些主要特性而对于近在眼湔的Sunny Cove，英特尔则是毫不吝啬地公布了不少架构技术细节

首先说，这应该是英特尔历史上第一次在新品发布之前N个月就大方地公布路线圖和技术细节，再加上将会第一次大规模应用10nm新工艺因此10nm Sunny Cove一经宣布，就吸引行业乃至普通用户的广泛关注

而每当一代新的CPU架构公布时，了解它的原理、它的变革都让人很兴奋英特尔这一次提前公布一系列猛料也值得鼓掌，值得细细品味

但略有遗憾的是，英特尔目前給出的信息还不完整主要只是介绍了Sunny Cove架构的后端设计细节，不涉及指令分派、指令队列等前端部分

Sunny Cove的架构更新可以分为两部分，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过架构增强，改进大量应用的性能和能效几乎所有人在日常使用中都能体验到，其本质上就是原始IPC(每时钟周期指令数)吞吐量的变化或者运行频率的提高。

无论什么工艺节点只要这两点有一个提升，整体性能就会随之上升至少在涉及计算的方面会有直接体现。

频率通常取决于工艺和优化IPC则可以来自更宽、更深、更智能的内核，或者专业点说分别就是每个时钟周期执行更多指令、每时钟周期更多并行、通过前端更好地传输数据

而特定目的性能的提升，是针对特定使用场景、算法进行架构上的扩展包括新的指令集、新的软件编译器/库等。

这种变化只有在专门的场合才能体会到比如说英特尔宣传Sunny Cove架构通过新加入的指令集，可以让7-Zip软件的压缩解压性能提升多达75％就是一个典型例子，只有用这款软件或者针对其他针对相应指令優化的软件才能获得如此明显的提升。

特殊目的性能提升虽然应用范围有限但是只要给它发挥的空间，效果就是极为显著的幅度远超通用性能提升。

Sunny Cove也在这方面做了大量的改进涉及人工智能/机器学习、加解密、压缩/解压、通信/网络、通用SIMD(单指令多数据流)/矢量处理、特殊SIMD/矢量处理、多线程与多代理处理等等。

如果你有这些方面的应用Sunny Cove带来的变化会非常可观。

上边说的都是一些大的应用范围具体到烸个领域还有更确切的应用场景，新指令的引入可以大大加速特定计算任务的执行随着AVX-512指令单元的加入，Sunny Cove为大数运算增加了IFMA(带符号熔加算法)也可用于加解密。

在缓存方面Sunny Cove后端拥有48KB一级数据缓存，比现在的32KB增加了50％一般来说，缓存的非命中率和容量增加幅度的平方根荿反比也就是说Sunny Cove的一级数据缓存命中错误率将会降低22％。

Sunny Cove的二级缓存也更大了但具体容量暂未披露。目前酷睿是每核心256KB二级缓存至強则是1MB。

另外微操作(uOp)缓存也比现在的2048-entry设计要更大，只不过具体数字暂时也没有公开

二级TLB同样增大到未知数，这有助于机器历史地址转換通常情况下，需要保持和存储更多轮询的时候才会这么做这意味着英特尔已经发现，在部分应用环境中最近的机器地址还没有用仩就被收回了。

这张图显示了更多变化包括执行端口从8个增至10个，可以让调度器一次释放更多指令其中端口4、端口9连接着循环数据存儲，带宽加倍AGU(地址生成单元)存储能力加倍，更大的一级指令缓存也在其中起到了一定作用

之前的Skylake架构上存在一个瓶颈，当全部三个AGU尝試存储的时候带宽就会明显不足，每个时钟周期只能执行一个

载入性能不变，而宽度调度从4个增至5个这意味着记录缓冲区的分派每時钟周期可以命中5个指令，但是实际效果如何仍有待观察

Sunny Cove、Skylake架构的执行端口发生了根本性的变化。

可以看到英特尔为核心的整数部分配备了更多LEA(有效地址载入)单元，用来进行内存寻址计算可能在需要频繁内存计算的情况下，通过安全更新来缓解性能损失或者通过恒萣的偏移，有助于高性能阵列代码

MUL(乘法)单元从Skylake的端口5转移到了端口1，可能是出于平衡设计的目的同时还增加了一个iDIV整数除法单元。

这個变化并不大10nm Cannon Lake也有一个64位的IDIV，可以将64位证书出发从97个时钟周期(混合指令)降低到18个Sunny Cove可能也与之类似。

INT整数运算方面Skylake端口5的乘法单元变荿了MulHi单元，但在新架构中的具体作用尚不明晰

FP浮点运算方面，Sunny Cove增加了重排资源因为英特尔收到客户反馈，希望能消除代码中的瓶颈

渶特尔没有具体说明核心浮点部分FMA(熔加运算)单元的功能，但我们知道核心内有一个AVX-512指令单元，所以至少会有一个FMA单元会与之交互

Cannon Lake架构呮有一个512位FMA单元，很可能延续到了这里在至强上可能会有两个。

为了更明晰地对比Skylake、Sunny Cove的后端执行资源变化外媒AnandTech还做了个对比表格如下：

英特尔列出的其他内核改进还有：分支预测器改进、有效载入延迟降低(得益于TLB/L1D)等等，但是英特尔也承认这些改进不会让每个人获益，需要新的算法在特定代码中使用

另外，Sunny Cove还支持更大的内存主内存分页表现在是5层设计(之前是4层)，支持的线性寻址空间达到57位物理寻址空间则是52位。

这意味着至强服务器平台理论上每颗处理器可以搭配最多4TB内存，而现在Skylake-SP架构的可扩展至强只有1.5TBAMD霄龙也不过2TB。

事实上Sunny Cove昰自从AMD 2003年引入x86-64 64位架构以来，第一个对x64虚拟内存寻址做出重大变革的架构

这十几年来，虽然虚拟内存寻址都支持64位但实际上只有前48位有鼡，后边的16位只是前边简单的拷贝而已这就将虚拟寻址空间限制在256TB。

这些虚拟内存通过分页表映射到物理内存使得物理内存内存寻址吔被限制在48位，导致整个系统的最大物理内存不能超过256TB

现在，Sunny Cove将有效的虚拟内存寻址扩展到了57位物理寻址则是最多52位，结果就是虚拟內存、物理内存最多分别可以支持到128PB、4PB

根据英特尔之前给出的路线图，Ice Lake-SP家族的新一代至强将在2020年上市届时内存扩展能力将得到前所未囿的提升。

顺带说在安全方面，Sunny Cove支持多密钥全内存加密、用户模式指令预防

至于Sunny Cove前端部分的变化，我们期待英特尔公布更多信息

阳咣海湾充满意境：虽然此图中的天空不算很Sunny，但的确Cove很美

注：本文部分文字、图片参考了外媒、的报道