L'alba dei microprocessori: la rivoluzione degli anni '70

I primi anni '70 segnarono un cambiamento sismico nel calcolo. Prima che il microprocessore, i computer si affidassero a transistor discreti e a circuiti di integrazione su piccola scala, riempissero interi ambienti. L’invenzione del microprocessore a singolo chip consolidava l’unità di elaborazione centrale (CPU) su un liscio di silicio, rendendo i computer convenienti, compatti e accessibili.

Nel 1974, Intel ha pubblicato la 80], un processore a 8 bit che ha alimentato i primi microcomputer come l'Altair 8800. Con 6.000 transistor e una velocità di clock di 2 MHz, l'8080 potrebbe affrontare 64 KB di separazione del concetto, consentendo programmi più complessi.

Le caratteristiche architettoniche chiave di questa era includono ] esecuzione del singolo ciclo] (anche se spesso microcodificato), supporto diretto di accesso alla memoria (DMA) e gestione interrotta per le periferiche. Il conteggio limitato del transistor significa unità di controllo semplici e nessuna cache. Le prestazioni sono state misurate in migliaia di istruzioni al secondo (KIPS).

Gli anni '80: CISC Dominance e la ribellione RISC

Nel 1980, il paesaggio del microprocessore si divide in due campi concorrenti: CISC (Complex Istruzione Set Computer legacy) e RISC (Reduced Istruzione Set Computer)]. La famiglia x86 di Intel, a partire dalle istruzioni 8086]

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Il progetto di ricerca di un sistema di monitoraggio dei dati è stato sviluppato in modo da consentire ai ricercatori di utilizzare i dati di un'analisi di dati e di fornire informazioni e informazioni.

Gli anni '90: Superscalar, Out-of-Order, e la gara per GHz

Il processore di elaborazione di XLT II ha portato un'esplosione di prestazioni guidata da esecuzione di superscalari – la capacità di emettere più istruzioni per ciclo di clock.

Il progetto di un'analisi di un'analisi di dati è stato pubblicato in un'analisi di dati e di un'analisi di dati.

[FLT] [FLT] [Creazione di un'architettura] [FLT] [FLT] [FLT:] [Cfr.] [FLT]] [Più]] [L1, L2, spesso fuori-die L2 su una cartuccia]

2000: Multi-Core, Power Wall e la Chirurgia Mobile

[TLT], i progettisti hanno raggiunto la potenza wall[FLT:]. La dissipazione del potere è aumentata come cubo di frequenza, rendendo ulteriormente GHz aumenta senza raffreddamento esotico. L'industria ha orientato verso multi-core le prestazioni, mettendo più core della CPU su un unico dio

ARM[FLT1], con i suoi progetti RISC a bassa potenza, divenne la principale ISA per smartphone e tablet.

[LT] Ipertestazione [FLT] [FLT] [Fine]] [FLT]] [Intel, Pentium 4), che ha presentato due core logici per nucleo fisico, e Turbo Boost (Intel Core i7, 2008), permettendo il overclock dinamico sotto i limiti termici

2010 a oggi: Eterogeneità, Chiplets e AI Acceleration

Il sistema di elaborazione multiprocesso di xLT (XT) è stato utilizzato in un nuovo paradigma: eterogeneo di calcolo. Piuttosto che core uniformi, processori combinati core “grande” ad alte prestazioni con core “piccoli” a basso consumo energetico.

[LT] [FLT]] [[FLT]]] microarchitettura (2017) ha segnato un ritorno, utilizzando un chip istruzioni di estensione], invece di un grande monolitico die, processori Zen confezionati più piccoli (chiplets) su un unico substrato utilizzando Infinity yield

La domanda di intelligenza artificiale ha spinto l'inclusione di acceleratori di AI specifici. Motore neurale di Apple, unità di elaborazione Tensore di Google (TPU), e core di Huawei Da Vinci tutti i componenti hardware dedicato neurale-network. GPU, già massicciamente paralleli, si evolvono in motori di calcolo general-purpose (CUDA, OpenCL) e sono stati abbinati con le piattaforme di CPU

RISC-V è emerso come ISA standard aperto, ottenendo trazione per l’utilizzo embedded e di ricerca. La sua modularità consente ai progettisti di scegliere le estensioni, dal processo vettoriale alla crittografia, senza pagare le tasse di licenza. La legge CHIPS U.S. e l’interesse globale nello sviluppo aperto di RISC-V accelerato.

Caching e Memoria Gerarchia Evoluzione

Grazie alla cache 486, i processori moderni hanno tre livelli: L1 (32–64 KB per core), L2 (256 KB per core), L3 (diverse MB a 128 MB condivisi).

Gestione e progettazione termica

La gestione dinamica della tensione e della frequenza (DVFS), i P-states per core e gli stati del sonno più sottili (C-states) hanno permesso ai processori di far crollare istantaneamente durante l’idle. L’efficienza di trasmissione] è diventata un obiettivo di progettazione: terminare i compiti e poi dormire.

Tecnologie emergenti che modellano il futuro

Come la legge di Moore rallenta, il futuro dell'architettura del microprocessore si trova in specializzazione] e nuove modalità di calcolo.

Neuromorphic computing[] mimetica reti neurali biologiche, utilizzando reti neurali di spiking (SNN) e elaborazione di eventi-driven. Intel Loihi 2 e IBM’s ]] NorthPole riconoscimento dimostra l’efficienza degli ordini di massa

Altre tendenze includono in-memory computing (elaborazione dei dati dove si siede), interconnessioni fotoniche per i centri di dati, e per i carichi di lavoro evoluti come il riconoscimento dell'immagine.

Per un'analisi completa delle direzioni future, vedere l'edizione speciale di IEEE sul futuro dei microprocessori[.

Conclusioni

Dal meager 4 bit di Intel 4004 le operazioni di Apple M1 miliardi di transistor unificato architettura, l'evoluzione del microprocessore ha seguito una traiettoria incessante di maggiore complessità, prestazioni ed efficienza. Ogni decennio ha portato idee fondazionali: RISC vs. CISC, superscalar out-of-order calcola esecuzione, multi-core parallelismo, integrazione eterogenea e acceleratori di scala specifici.