Kompleks Öğretim Setleri Bilişim (CISC) mikroişlemciler, üretim maliyeti ve hesaplama performansı arasındaki hassas bir dengeyi içerir. Bu ticaret-offları, tasarımlarını optimize etmeyi ve çeşitli piyasa taleplerini karşılamak için hedef alan yarı zamanlı sunuculardan, yüksek performanslı sistemleri tanımlayan mühendisler için önemlidir.
CISC Mimarisi Temelleri Anlamak
CISC mikroişlemciler zengin öğretim setleri tarafından ayırt edilir, bu tasarım her bir öğretimin birden düşük seviyeli işlemleri gerçekleştirmesine izin verir - hafızadan yükleme, bir aritik işlem gerçekleştirmek ve sonucu depolamak - tek, kompakt makine eğitimi. Bu tasarım felsefesi, program başına birkaç talimatları azaltır, kod depolama için derleyici tasarım ve daha düşük hafıza gerekliliklerini basitleştirir. Tarihsel olarak, CISC mimarisi, Intel'in x86 talimatı ile, Intel'in kişisel bilgisayarlar ve sunucular için de facto standart haline gelmek.
CISC'nin temel avantajı, bu çok adımlı talimatları kullanarak karmaşık görevleri yerine getirme yeteneğinde yatıyor.Eğitim ayarlı karmaşıklığı ve donanım basitliği formlarının temelleri arasında yer alan bilgi birikimini kullanarak, bu karmaşık kontrol mantığını içeren donanımlar, sık sık sık sık mikrokolay kullanarak uygulanmalıdır.
CISC Mikroişlemci Prodüksiyonunda Maliyet Faktörleri
Bir CISC mikroişlemci üretimi maliyeti birkaç bağımsız kategoriye ayrılabilir. Her faktör son fiyat etiketini ve çipin performans tavanını etkiler.
Tasarım ve Geliştirme Expenses
CISC mimarlıkları kapsamlı tasarım çaba gerektirir, çünkü öğretim seti, potansiyel tehlikelere karşı dikkatli bir şekilde belirtilmelidir ve ortak kullanım davalarına karşı optimize edilmelidir. Mikroarşistler, önbellekler ve kontrol mantığı - Intel'in Altın Cove gibi yüksek seviyeli bir x86 çekirdeğinin oluşturulması, basitleştirilmesi ve modern bir CISC çekirdeğinin dağıtılması, büyük bir sunucu sınıfı işlemcisi için birçok yüz milyon doları aştı. Örneğin, Intel'in Altın Cove gibi yüksek bir x86 çekirdeğinin geliştirilmesi, Intel'in ilk elden çıkarılması gibi yüksek seviyeli bir x86 çekirdeğinin maliyetinin arttırılması.
Üretim Süreci Intrikacies
Gelişmiş süreçteki CISC işlemcileri önemli sermaye harcamalarını içerir. Modern yarı iletken bir fab ( TSMC veya Samsung tarafından işletilenler gibi) inşa etmek için 15- $ 20 milyar dolara mal olabilir. per-wafer maliyeti ölçekler ve daha karmaşık bir mantık ve daha büyük önbellekleri paketler, per-unit maliyetinin sayısını azaltır.
Test ve Kalite Güvence
CISC işlemcileri, tüm olası operand kombinasyonlarında binlerce talimatların doğru uygulanması için titiz bir teste geçmelidir. doğrulama çabası muazzam; x86 işlemciler, örneğin, milyarlarca simülasyon döngüsü gerektirir. Fonksiyonel testler, tarama testleri ve yerleşik kendi testleri (BIST) devreleri tasarım maliyetine eklenir ve ölü alana kadar otomatik test ekipmanı kullanarak otomatik test cihazı (ATE) milyonlarca dolara mal olabilir.
Kumaş sırasında su fiyatlarını
Ürünlerin yüzdesi bir wafer'den ölür - maliyeti doğrudan bir etkiye sahiptir. CISC işlemciler genellikle büyük CISC'nin önde gelen düğümleri için 400-800 mm2, üretim kusurlarına daha duyarlı hale getirirler.Tek bir kritik hata, özellikle de kırmızı yedek parçalar (daha düşük gecikmeli çizgiler gibi) daha düşük gecikmeli bir şekilde çalışır.
CISC Süreçors'da Performansı
CISC mikroişlemcilerindeki performans, eğitim set karmaşıklığıyla etkileşime giren mimari seçimlerden çok boyutludır.
Öğretim Set Kompleksi ve Execution Verimliliği
CISC talimatları, gecikme süresine göre değişebilir. Tek bir talimat, uzun süre boyunca boru hattını durdurmaksızın her yere götürebilir (örneğin, basit bir kayıt kaydı- kayıt hareketi) düzinelerce döngüye (örneğin, tekrarlanan bir kopya) göre, bu değişkeni ortadan kaldırabilecek bir teknik, ortalama tüketimleri gider.
Kompleks Talimatların Gerçek Hızı
Bazı karmaşık CISC talimatları ( polinomik multiplikasyon veya şifreleme ilkelleri gibi) belirli iş yüklerini hızlandırabilir, mikrokratılış sıralarının verimliliklerine bağlıdır.Eğer karmaşık bir talimat nadiren kullanılırsa, bu donanım kaynaklarını hızlandırmaya adanmıştır. Örneğin, aFLTORT:0) Öğretim, mikrokratınlıkta hızlı bir şekilde büyük hafıza blokları aktarabilir.
Mikroaritekture Design Verimliliği
Boru hattı derinliği, şube tahmin doğruluk, önbellek hiyerarşisi ve dış sipariş pencere büyüklüğü doğrudan performansa olanak sağlar. Daha derin bir boru hattı daha yüksek saat hızlarına izin verir, ancak kodlanmış talimatları azaltır, ancak gecikme alanı ve gücü azaltır, eğitim dekod tasarımları için, komut decode'un karmaşıklığı - özellikle x 15'e kadar x-düşük gecikmeli talimatları (1'e kadar) yönlendirir.
Önbellek ve Memory Subsystem Performans
CISC işlemcileri genellikle büyük, çok seviyeli önbellekli anahtarlamalara erişim sağlar. ancak daha büyük önbellekliler ölüm boyutunu ve maliyeti artırır.Rektör büyüklüğü ve frekansı arasındaki ticaret genellikle kritiktir: daha uzun süre giriş süreleri daha uzun süreler için yavaşlayabilir, daha küçük bir önbellekli önbellekleme performansın sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık
Core Trade-offs: Cost vs. Performans
Üreticiler temel bir ticaretle karşı karşıya: artan performans genellikle daha karmaşık tasarımlar nedeniyle daha yüksek maliyetler içerir, daha büyük ölü alanlar ve gelişmiş üretim teknikleri. Tersine, maliyetleri azaltmak bazı performans yeteneklerini feda eden basitleştirilmiş mimarilere yol açabilir.Bu ilişki doğrusal değildir; tasarım veya teknolojideki küçük ek yatırımlar bazen verimsizliği azaltabilir, daha da artırabilir.
Die Dimension ve Cost-Performance Scaling
Daha büyük bir ölüm daha temellere, daha büyük önbelleklere ve uzman hızlandırıcılara sahip olabilir, bunların hepsi çok yoğun ve veri yoğun iş yüklerine kadar performans artırmaktadır.Ancak, ölüm büyüklüğü dört kata kadar (bölge açısından) ve lineer olarak (bölgede) ve sabit olarak, doubling alanından elde edilen performans sadece% 40 mm2 ila 400 mm2 yarıküre kadar maliyetle azalır.
Fabrication Node Selection
Daha küçük bir süreç düğümü taşıma (örneğin, 7nm'den 5nm'ye kadar) transistör boyutunu azaltır, daha yüksek transkript yoğunluğuna izin verir ve potansiyel olarak daha yüksek saat hızlarına kıyasla daha ileri bir node maliyeti, daha yüksek bir büyüme nedeniyle, daha yüksek bir süre boyunca daha yüksek olabilir.
Mikroarjitolojik Özellikler vs. Kompleksity
Paralel olarak çoklu kullanım (SMT) gibi özellikler eklemek, daha büyük reorder buffers veya sofistike bir şube tahmincisi,% 10-30 oranında performans geliştirebiliyor ancak tasarım zamanı ve transistör sayısı için% 20-40 ekleyebilir.For CISC işlemcileri bu özellikler genellikle düşük maliyetlidir, daha düşük fiyat puanları için performans çıkarma sağlar.
Güç tüketimi ve ısı Maliyetleri
Yüksek performans genellikle yüksek enerji tüketimi anlamına gelir, bu da daha düşük enerji için maliyetleri artırır ve güç teslimatı. Server-class CISC işlemcileri performansları azaltabilir (TDP) Bu nedenle karmaşık ısı bataklığı ve sıvı soğutma çözümlerinin veri merkezleriyle ilgili maliyetlerin ötesine geçebilir. Daha düşük enerji için tasarım, daha az çekirdek, daha düşük saat frekansı veya özel düşük ücretli düşük ücretli transistörler, performansları azaltabilir.
Maliyet-Performance Optimizasyonları için Stratejiler
Maliyet ve performans dengelemek için, şirketler çeşitli mühendislik ve iş stratejileri kullanıyor, farklı pazar segmentlerini hedef alıyor.
modüler Tasarım Yaklaşımları
Modüler çiplet tabanlı tasarımları, AMD tarafından Zen mimarisi ile popülerleştirildi, üreticilerin bir pakette karıştırmasına ve maç ölmesine izin verdi. Karmaşık bir CISC işlemcisi, daha küçük, daha basit bir çiplerden inşa edilebilir - aynı paket içinde pahalıya bağlı olarak - ve yüksek hızlı bağlantılarla bağlantı kurmak için bağlantı kurmak için.Örneğin, bir CPU, daha küçük bir I / ürün hatlarıyla hiçbir şekilde optimize edilmemiş bir işlemden ve yüksek performanslı ve maliyetle karıştırılabilir.
Gelişmiş Üretimin Stratejik Olarak Kullanılması
Tüm ürünler için en gelişmiş düğümlere acele etmek yerine, üreticiler 10nm'ye kadar önde gelen düğümleri rezerve edebilir ve düşük maliyetli türevler için olgun düğümleri kullanabilir. Intel, örneğin, ürün yığınına karşı genel kârı artırmaya devam eder.
Öğretim Set Mimarisi (ISA) Özelleştirme
x86-64 gibi tam bir CISC ISA geri uyumlu kalmalı olsa da, üreticiler hedef pazarlar için hangi uzantıları uygulamayı tercih ederek, yüksek performanslı diskler için yük devretmelerini hızlandırabilir.
Mikroaritekture Verimliliği İyileştirmeler
Artan ölüm alanı yerine, tasarımcılar genellikle saat döngüsü boyunca öğretimi geliştiren mimari yeniliklere odaklanır (IPC). makro-füzyon (tek bir μop) gibi teknikler, öncelikle mikro ağ tabanlı tahminörler yoluyla gelişmiş, ve verimli önbellekleme politikaları, büyük ölçüde artan maliyet olmadan performans arttıramaz. Örneğin, Intel'in Skylake mikroaritecture, önceki Haswell'in öncelikle mikrokarları üzerinde 10-15 artış elde etti.
Hasat ve Die-Binning
Her bir wafer'den gelir elde etmek için, üreticiler performans özelliklerine göre işlevsel ölümleri sınıflandırır. Hafif saymalarla (örneğin, bir önbellekli blok engelli) veya daha düşük maksimum frekanslar, daha düşük fiyatlama seçenekleri için satılan test ve binme maliyeti, aksi takdirde eksik cipsler tarafından iyi bir şekilde azalır.
Cilt Fiyatlama ve Ölçeği
Yüksek hacimli üretim, yılda milyonlarca birimden faydalanıyor, birçok çipin tasarımını ve işlem optimizasyonunu haklı çıkarmanızı sağlar.In contrast, CISC işlemcileri PC ve sunucu piyasalarında kullanılan yüksek hacimli maliyetlere yol açabilir (yılda milyonlarca birim), bir niş uygulamanın performans koşullarını daha yüksek maliyetle haklı çıkararak veya bir RISC veya mikro kontrol tasarımları daha pahalıya mal olabilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Maliyet performans ticaretlerinin CISC mikroişlemci üretiminin etkili analizi, rekabetçi ürünler geliştirmek için hayati öneme sahiptir. Üreticiler, karmaşık bir kararın bir kombinasyonunu kullanmalıdır: Doğru üretim düğümü seçmek, mikrobiyal tasarımları seçmek ve tüm piyasa segmentlerine uymak gibi; En iyi mikro denge, hedef performans seviyelerini, hacmi ve fiyat duyarlılığına bağlıdır.