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简述PC X86处理器上的单核心性能提升历史

 金刚光 2023-07-21 发布于辽宁

Bluebear
有问题请私信或者在相关回答下评论,勿用值乎。

因为懒所以可能忽略好多东西,甚至忽略某几代和一些主流产品线。

第一颗X86处理器是intel1978年发布的8086,8MHz版本性能约0.8MIPs,为了方便大家了解 E3 1230 V2大约13w DMIPS也就是单核9DIPs/1hz,而8086则是0.1DIPs/hz,也就是提升了90倍(DMIPS对超标量,流水线貌似有很大加分),当然性能还要考虑不同指令所占的时钟(实际IPC较低,所以IPS也比较低),还有浮点性能(用Flops衡量)等。

80186中提升频率并加入更多微码(改善指令所需时钟数)提升性能。

80286,引入pipeline,提升了性能,使IPC比80806提高一倍,AMD还进一步提高了频率。 

80386,引入32位架构,i386开端。

80486,支持SRAM缓存,流水线更加紧凑,集成FPU,改进内存管理,加入一些新的指令原子操作。多嘴说句,这货在2007年才停止生产。

AMD于1982年得到授权也开始制造8086处理器了,在486(含)之前AMD通过逆向(山寨)intel产品,然后用更低的价格出售。所以其实也没啥很厉害的提升。还有别的以后不玩了的或者像VIA那样不在PC上玩的厂商也就不提了。

80586/奔腾,第一代超标量(最早在Seymour Cray CDC 6600中使用)X86处理器,2pipelines,允许指令级并行。数据总线扩展为64bit,代码缓存和数据缓存分离,超流水线FPU,四输入加法器,减少寻址时间,硬件乘法器。引入RISC设计,不再是纯CISC。Larrabee或者说是Knights其实也是堆586。

K5,在29000基础上改进而来,通过分支预测提高管线性能,并加入投机执行和寄存器重命名。

Pentium Pro ,使用指令池的12级流水线,加入二级缓存为有利于乱序执行,投机执行和寄存器重命名。还有不太重要的PAE。4-1-1格局。主要影响了除了P4和PD之外的产品。

Pentium MMX,引入MMX SIMD。

K6(1.2.3)加入 MMX和3D Now! SIMD。

Pentium 2,三发射,消费级产品,把L2分离出来。

Pentium 3 三发射 卡特迈,加入SSE,改进缓存控制,L2回归处理器。

Pentium 3铜矿,改善管线延迟。

Pentium 3图拉丁,试验品,但是较短的管线比奔四同频有优势。

K7 Athlon ,三发射,融合21264设计,加入DDR,改进分支预测,使长管线的效率提高,增强超级流水线浮点运算单元(AMD贱贱的锁定频率,不过于是有了经典的金手指)。随后的雷鸟使用了铜互连技术。

Pentium 4 Willamette,PD和P4都是Netburst架构(同时期P6仍在发展Banias-dothan-yonah),三发射,使用前端总线,超长流水线,增加一级追踪缓存,增加SSE2,快速执行引擎(ALU通过双泵浦达到双倍速率)。

Northwood,引入HT,提高核心利用率。

Athlon XP Palomino,改进转译后备缓冲器和预读机制。

Athlon XPThoroughbred ,改进工艺。 巴顿是K7的极限了。

Prescott,31级管线,更高的频率,改进分支预测器,加入SSE3,部分加入EMT64。

K8 Athlon 64,宏内核 支持AMD64和SSE3, 使用SOI工艺,使用HT总线,将内存控制器放到核心上。(后来版本支持双通道)

PD与P4差距不大。

A64X2 加入SSE4A。K8L本来打算出四发射的结果死掉了。

Yonah(Core),奔三的延续,较短的流水线,单一总线控制,仍是三发射。不过指令所要时钟降了很多。

Core 2 (Merom之后)Core架构,四发射(四路超标量),四解码器(三简单一复杂),四微操作发送,七路乱序执行,大乱序缓冲区,集中式保留,三调度口,三整数单元(二简单一复杂),乘除加减分离的双浮点单元,改进SSE,加入宏融合和微融合,更强的乱序执行能力更大的指令Throughout和更短的指令Latency。

K10 Phenom,512路的间接分支预测与更大的回归堆栈与分支目标缓冲,改善部分指令时间与延迟,提高取指令能力,改进浮点单元,SSE执行单元宽度加倍到128bit,共享L3。

Phenom2,增加三缓并改进缓存延迟,解决TLB,内存控制等bug。

Core i一代,Nehalem架构,QPI总线,增强乱序执行,增加 TLB,增加宏融合指令,加入睿频,HT回归,整合内存控制器,加入L3。

Core i SNB,环形联通架构,DMI总线,加入译码微操作高速缓存(L0),全新分支预测,加入乱序群集,加入AVX AES等SIMD,加入Anaphase逆向超线程技术),投机加速。

推土机/压路机,加入AVX FMA4 XOP等SIMD,加入硬件除法器。单模块四发射,优化效率,对于每核心“二发射”拥有不错的IPC,每核心4个整数计算管线,但是浮点单元两个核心共享一个。

Core i IVYBridge,改进工艺,改进了I/A核心和ISA指令集,使用3D晶体管。

Core i Haswell,比前代多了两个分派端口,每时钟可多执行两个操作加入AVX2 FMA3等SIMD(乱序窗口从Nehalem的128个扩展到192个,差不多只是在增强CPU的指令级并行能力)。


额,最后就是凑合写的,因为实在没耐心了。

不过作为A饭,最后要好好预测下挖掘机,(因为压路机很有可能被略过了),挖掘机单核心四发射,很多部件数量翻倍,浮点性能起码增强60%,如果异构投机加速就更恐怖了。


嘛 由于本人并不是微电子专业,对于架构的分析仅停留在门外汉状态,so 仅供娱乐。


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