CPUはどのように進化しますか?


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免責事項:これを入れるための適切なSEがわからないので、スーパーユーザーが間違った場所である場合、私は謝罪します。これは非常に幅広く、おそらく非常に複雑な答えだと思いますが、毎年、2年ごとにCPUとコンピューターエンジニアがこの部分のパフォーマンスを向上させることができるのはどうですか?今日、パフォーマンスの向上は、生のメガヘルツよりも効率の方が高いと思いますが、それでも効率はどのように向上しますか?それについて私を混乱させる主なことは、新しいデザインがどれほど迅速に作られるかです。効率を向上させるアイデアを手に入れるのは難しいと思いますが、どうして人々は新しい世代をできるだけ早くリリースするのに十分なのでしょうか?

回答:


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簡単な答えは、前年比の改善は見られないということです。そのため、前提はまったく正しくありません。

リリースケイデンスは技術的なものではなくビジネス上の理由によるものであることに注意してください。大幅な改善はないかもしれませんが、消費者は年間リリースを期待しているので、それが彼らの仕事です。


より複雑な答えは、CPUパフォーマンスには多くの側面があるということです。

  • 以下に影響するマイクロアーキテクチャ:
    • 命令ごとに異なる特定の命令(サイクルごとの命令)を処理できる速度
    • 命令のシーケンス(パイプライン処理、分岐予測、キャッシュなど)を処理できる速さ
    • サポートされている特殊な命令(暗号化を大幅に高速化するAES-NIなど、画像処理などの大規模データタスクを大幅に高速化するSIMD [SSE、AVXなど)など)
    • 詳細:https : //superuser.com/a/906227/117590
  • クロック速度。1秒あたりのサイクル数に影響します。これは大部分が行き詰っていますが、CPUを揚げたり、過度の冷却を必要とせずに、より高いクロックを取得するための効率を考えています。
  • コアの数。一度に処理できる独立した命令ストリームの数に影響します。これも効率によって制限されます。参照:https : //superuser.com/a/797486/117590

旧式のティックトックモデルは、これが過去にどのように処理されたかを示しています。1年で、マイクロアーキテクチャの改善が見られ、次に、「ダイの縮小」が見られ、プロセスサイズを小さくすることで効率が向上します。ダイの収縮は以前のマイクロアーキテクチャで起こっていましたが、次世代のマイクロアーキテクチャも同時に取り組むことができました。最近では、アーキテクチャとプロセスサイズの両方の面で絞り出すための改善がほとんど行われていないため、これは遅くなっています。

例えば、最近のインテルコーヒー湖の発生が持っていた、最小限の改良自体が持っていたKaby湖の上に、最小限の改良 Skylakeマイクロアーキテクチャオーバー。アーキテクチャ自体は多かれ少なかれ同じままで、SIMD命令の若干の改良とメモリコントローラのような側面の改良が行われています。ヘッドラインの変更は、もしあれば、製造プロセスの効率向上からわずかに速いクロック速度になります。Coffee Lakeの見出しの変更は、コアカウントの増加であり、主にマーケティング目的(AMDとの競合)のためです。

まれに、古いIntel Coreおよび最近のAMD Zenアーキテクチャのように、大きなジャンプも見られます。多くの設計チームがさまざまなアーキテクチャに並行して取り組んでおり、ときどき主要なものが進歩すると、異なるアイデアを使用して別のアーキテクチャが「引き継ぐ」ことができます(コアはNetburstに置き換わり、ZenはExcavatorシリーズに置き換わりました)。

そして、デスクトップCPUの世界の外では、ラップトップやタブレットのようなバッテリー駆動デバイスの電力効率の大きな推進力が見られます。これは多くの新しいアーキテクチャの主な機能です。それらは必ずしも高速ではありませんが、より効率的であるため、バッテリーが長持ちします。


しかし、明らかにパフォーマンスの改善があるか、毎年少なくとも効率の改善があります。さもないと、7700kと8700kは同じになります。公平を期すために、違いはごくわずかですが、まだ1つあるため、それが私の質問の前提です。
Corsair64

@ Corsair64より適切な比較は、Kaby Lake対Skylake世代である可能性があります。これは、(ほとんど)アーキテクチャが改善されていないことで広く非難されました。ヘック、あなたが言及したコーヒー湖の世代でさえ、まだ主にSkylake IPCです...彼らはそこにもっと多くのコアを詰め込みました。答えの3つの主要な箇条書きを参照してください。
ボブ

私は今それのビジネスコンポーネントを見ていますが、私はまだ物事のマイクロコード側に興味があります。上記のコードは長い間取り組んできましたが、2年ごとにどのように改善されますか?(とはいえ、変更は比較的小さいとはいえ)
-Corsair64

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@ Corsair64 CPUはめちゃくちゃ複雑な獣だからです。適用できるマイナーな調整は多数ありますが、それらの多くは他の場所でもマイナスの影響を及ぼします。完璧は事実上不可能です。彼らはすべてを微調整するのに時間をかけることができ、10年ごとに1つの大きなリリースを行いますが、それがビジネスの側面が出てくるところです。(実際、それはAMDのZenがやったこととほぼ同じです。Zenで完全な再設計に取り組んでいる間、Excavatorに微調整します。)また、その一部はソフトウェア要件の変化に対応する新しい指示です。マルチメディア。
ボブ

@ Corsair64 AES-NI、ハードウェアアクセラレーションAESは、AESが一定の人気レベルに達した後にのみ価値がありました(2001年の標準化、長年の普及、AESを備えたHTTPSの普及...命令セットの設計と検証に数年新しいアーキテクチャで... 2010年に導入されたAES-NI。)。パイプライン処理と分岐予測とキャッシング以外の改善の大部分は、現代のソフトウェアで(かなり)一般的に必要とされる非常に特殊化された命令によるものです。これらの改善も不足しています。
ボブ
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