掃描電鏡的裝卸搬運(yùn)安裝維修的亞瑟報道：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，可能沒有之一。它驅(qū)動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)中心里成千上萬臺服務(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)用場景，同時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。?？次椅恼碌呐笥芽隙ǘ贾牢沂莻€吃貨，我們就拿吃來舉個例子。如果我們把設(shè)計(jì)芯片比作開飯店，那么設(shè)計(jì)那些針對特定應(yīng)用的專用芯片就好比是開個火鍋店，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就好比是開個大酒樓，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。相比于開火鍋店來說，這個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，用來處理像人工智能這樣非常重要或者流行度越來越高的應(yīng)用。這種以通用性能升級為主，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，我們專門介紹過英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器對人工智能應(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，代號為Ice Lake。這篇文章我就想以Ice Lake為例，和大家一起來看下現(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和存儲這些單元模塊的設(shè)計(jì)方法，以及如何圍繞CPU來構(gòu)建整體的生態(tài)系統(tǒng)。CPU微架構(gòu)的本質(zhì)，其實(shí)是對某種指令集架構(gòu)的具體實(shí)現(xiàn)，常見的指令集架構(gòu)包括x86、ARM、RISC-V等。不過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。但是通常來說，CPU微架構(gòu)都需要實(shí)現(xiàn)四個主要的操作，分別是取指、解碼、執(zhí)行和寫回。也就是說，CPU會從內(nèi)存中取出一條指令，然后通過半‍導(dǎo)‌體‍設(shè)‌備‍搬‌運(yùn)‍把它分解成若干個部分，并識別出來這條指令的功能，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)就會被送到執(zhí)行階段。執(zhí)行完的結(jié)果被寫回到寄存器或者存儲器里。這個過程周而復(fù)始，直到整個程序執(zhí)行完畢。