掃描電鏡的裝卸搬運(yùn)安裝維修的亞瑟報(bào)道：半‍導(dǎo)‌體‍設(shè)‌備‍搬‌運(yùn)‍在所有的芯片品類中，處理器CPU一直是核心的類型，可能沒(méi)有之一。它驅(qū)動(dòng)著各種各樣的電子設(shè)備，小到我們的手機(jī)、電腦，大到數(shù)據(jù)中心里成千上萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，它們的控制半‍導(dǎo)‌體‍設(shè)‌備‍搬‌運(yùn)‍和大腦都是CPU。CPU主要的優(yōu)勢(shì)就是通用性，半‍導(dǎo)‌體‍設(shè)‌備‍搬‌運(yùn)‍適應(yīng)各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)盡可能保持高性能和低功耗，這其實(shí)是一件非常復(fù)雜的事情。常看我文章的朋友肯定都知道我是個(gè)吃貨，我們就拿吃來(lái)舉個(gè)例子。如果我們把設(shè)計(jì)芯片比作開(kāi)飯店，那么設(shè)計(jì)那些針對(duì)特定應(yīng)用的專用芯片就好比是開(kāi)個(gè)火鍋店，或者拉面館，只需要專注于做好幾道看家菜就可以了。而設(shè)計(jì)CPU就好比是開(kāi)個(gè)大酒樓，各大菜系都得整明白，煎炒烹炸也得樣樣精通，甚至西餐甜點(diǎn)也得配齊。相比于開(kāi)火鍋店來(lái)說(shuō)，這個(gè)難度就大多了所以為了實(shí)現(xiàn)和完善這種通用性，現(xiàn)代CPU的設(shè)計(jì)思路也在不斷進(jìn)化。除了不斷升級(jí)微架構(gòu)，做到性能和功耗的迭代優(yōu)化外，CPU還在不斷集成一些專用的加速單元，用來(lái)處理像人工智能這樣非常重要或者流行度越來(lái)越高的應(yīng)用。這種以通用性能升級(jí)為主，并兼顧部分專用應(yīng)用加速技術(shù)的思路，就成為了現(xiàn)代CPU設(shè)計(jì)的主旋律。在之前的文章里，我們專門介紹過(guò)英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器對(duì)人工智能應(yīng)用提供的優(yōu)化支持。今年四月，英特爾發(fā)布半‍導(dǎo)‌體‍設(shè)‌備‍搬‌運(yùn)‍面向單路和雙路服務(wù)器的第三代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器，代號(hào)為Ice Lake。這篇文章我就想以Ice Lake為例，和大家一起來(lái)看下現(xiàn)代CPU的這種通用+專用的整體設(shè)計(jì)思路，包括微架構(gòu)、系統(tǒng)架構(gòu)、IO和存儲(chǔ)這些單元模塊的設(shè)計(jì)方法，以及如何圍繞CPU來(lái)構(gòu)建整體的生態(tài)系統(tǒng)。CPU微架構(gòu)的本質(zhì)，其實(shí)是對(duì)某種指令集架構(gòu)的具體實(shí)現(xiàn)，常見(jiàn)的指令集架構(gòu)包括x86、ARM、RISC-V等。不過(guò)即便是相同的指令集架構(gòu)，不同公司的實(shí)現(xiàn)方式也不盡相同。但是通常來(lái)說(shuō)，CPU微架構(gòu)都需要實(shí)現(xiàn)四個(gè)主要的操作，分別是取指、解碼、執(zhí)行和寫(xiě)回。也就是說(shuō)，CPU會(huì)從內(nèi)存中取出一條指令，然后通過(guò)半‍導(dǎo)‌體‍設(shè)‌備‍搬‌運(yùn)‍把它分解成若干個(gè)部分，并識(shí)別出來(lái)這條指令的功能，比如算術(shù)運(yùn)算、跳轉(zhuǎn)、比較等等。解碼分解之后的指令和數(shù)據(jù)就會(huì)被送到執(zhí)行階段。執(zhí)行完的結(jié)果被寫(xiě)回到寄存器或者存儲(chǔ)器里。這個(gè)過(guò)程周而復(fù)始，直到整個(gè)程序執(zhí)行完畢。