Bagaimana cara CPU berevolusi?

Penafian: Saya tidak yakin SE yang tepat untuk memasukkan ini, jadi jika Pengguna Super adalah tempat yang salah saya minta maaf. Saya menyadari ini adalah jawaban yang sangat luas dan mungkin sangat kompleks, tetapi bagaimana mungkin setiap tahun / dua tahun CPU dan insinyur komputer secara umum dapat meningkatkan kinerja bagian tersebut? Hari ini, peningkatan kinerja lebih pada efisiensi daripada megahertz mentah, saya mengerti, tetapi bahkan kemudian, bagaimana efisiensi dikatakan meningkat? Hal utama yang membingungkan saya adalah seberapa cepat desain baru dibuat. Saya akan berpikir bahwa ide peningkatan efisiensi sulit didapat, jadi bagaimana mungkin orang memiliki cukup untuk melepaskan generasi baru secepat yang mereka lakukan?

cpu

— Corsair64
sumber

Jawaban sederhananya adalah bahwa kami tidak melihat peningkatan dari tahun ke tahun, jadi premisnya kurang tepat.

Perlu diingat bahwa irama rilis adalah untuk alasan bisnis, bukan teknis: mungkin tidak ada peningkatan yang signifikan, tetapi konsumen mengharapkan rilis tahunan, jadi itulah yang mereka lakukan.

Jawaban yang lebih kompleks adalah bahwa ada banyak aspek kinerja CPU:

Arsitektur mikro, yang mempengaruhi:
- Seberapa cepat dapat memproses instruksi spesifik ( instruksi per siklus ), yang bervariasi berdasarkan instruksi.
- Seberapa cepat dapat memproses urutan instruksi (hal-hal seperti pipelining, prediksi cabang, caching, dll.)
- Instruksi khusus yang didukung (hal-hal seperti AES-NI, yang sangat mempercepat enkripsi, SIMD [SSE, AVX, dll.], Yang sangat mempercepat tugas data besar seperti pemrosesan gambar, dll.)
- Lihat lebih lanjut: https://superuser.com/a/906227/117590
Kecepatan jam, yang memengaruhi berapa banyak siklus yang Anda dapatkan per detik. Ini sebagian besar terhenti, tetapi kami masih berusaha mencari efisiensi untuk mendapatkan jam yang lebih tinggi tanpa menggoreng CPU atau membutuhkan terlalu banyak pendinginan.
Jumlah inti, yang mempengaruhi berapa banyak aliran instruksi independen dapat diproses sekaligus. Ini, sekali lagi, dibatasi oleh efisiensi. Lihat juga: https://superuser.com/a/797486/117590

Model tick-tock sekarang-lama menunjukkan bagaimana ini ditangani di masa lalu: satu tahun, Anda akan melihat peningkatan arsitektur mikro, maka berikutnya Anda akan melihat "mati menyusut", meningkatkan efisiensi dengan menggunakan ukuran proses yang lebih kecil. Sementara die shrink terjadi pada mikroarsitektur sebelumnya, generasi berikutnya dapat dikerjakan pada saat yang sama. Baru-baru ini hal ini melambat, karena kami kehabisan perbaikan kecil untuk menekan pada bagian arsitektur dan ukuran proses.

Misalnya, generasi Intel Coffee Lake baru-baru ini memiliki peningkatan minimal di atas Kaby Lake, yang dengan sendirinya memiliki sedikit peningkatan dibandingkan Skylake. Arsitekturnya sendiri kurang lebih tetap sama, dengan beberapa perbaikan kecil dalam instruksi SIMD dan peningkatan samping seperti pada pengontrol memori. Perubahan judul, jika ada, akan menjadi kecepatan clock sedikit lebih tinggi ... dari keuntungan efisiensi dalam proses manufaktur. Perubahan headline Coffee Lake adalah peningkatan jumlah inti, kemungkinan besar untuk tujuan pemasaran (persaingan dengan AMD).

Jarang, kita juga melihat lompatan besar , seperti dengan Intel Core lama dan arsitektur AMD Zen baru-baru ini. Ada banyak tim desain yang bekerja pada arsitektur yang berbeda secara paralel, dan kadang-kadang ketika kemajuan utama menghentikan arsitektur lain menggunakan ide yang berbeda dapat "mengambil alih" (Core menggantikan Netburst, Zen menggantikan seri Excavator).

Dan kemudian di luar dunia CPU desktop, kami melihat dorongan besar untuk efisiensi daya untuk perangkat bertenaga baterai seperti laptop dan tablet. Itu adalah fitur utama dari banyak arsitektur baru: mereka tidak selalu lebih cepat, tetapi lebih efisien sehingga baterai Anda bertahan lebih lama.

— Bob
sumber

Tetapi jelas ada peningkatan kinerja, atau setidaknya peningkatan efisiensi setiap tahun, atau jika tidak, 7700k dan 8700k akan sama. Agar adil, perbedaannya cukup kecil, tetapi masih ada satu, jadi itu adalah premis dari pertanyaan saya.

— Corsair64

@ Corsair64 Perbandingan yang lebih tepat mungkin adalah generasi Kaby Lake vs Skylake, yang secara luas dikecam karena kurangnya perbaikan arsitektur. Heck, bahkan generasi Danau Kopi yang Anda sebutkan masih sebagian besar Skylake IPC ... mereka hanya menjejalkan lebih banyak core di sana. Lihat tiga poin utama dalam jawabannya.

— Bob

Saya melihat sekarang komponen bisnisnya, namun saya masih penasaran di sisi mikrokode. Bagaimana cara ditingkatkan setiap beberapa tahun meskipun kata kode telah dikerjakan untuk waktu yang lama? (Meskipun perubahan tersebut relatif kecil)

— Corsair64

@ Corsair64 Karena CPU adalah binatang yang sangat kompleks. Ada banyak perubahan kecil yang dapat Anda terapkan ... tetapi banyak dari mereka juga akan memiliki dampak negatif di tempat lain. Kesempurnaan secara efektif tidak mungkin. Mereka dapat meluangkan waktu untuk men-tweak semuanya melakukan satu rilis besar setiap 10 tahun, tetapi di situlah aspek bisnis masuk ke dalamnya. (Sebenarnya, itu hampir seperti apa yang dilakukan AMD Zen. Tiny melakukan tweak ke Excavator saat mengerjakan desain ulang lengkap dengan Zen.) Juga, sebagian dari itu adalah instruksi baru untuk mengikuti perubahan persyaratan perangkat lunak - mis. SIMD / SSE sebagian besar terikat pada awal multimedia.

— Bob

@ Corsair64 AES-NI, AES yang dipercepat perangkat keras, hanya menjadi bermanfaat begitu AES mencapai tingkat popularitas tertentu (standardisasi pada tahun 2001, bertahun-tahun menyebar, HTTPS dengan AES menjadi lebih populer ... bertahun-tahun untuk merancang set instruksi dan memvalidasinya dalam arsitektur baru ... AES-NI diperkenalkan pada 2010.). Sebagian besar perbaikan, di luar perpipaan dan prediksi cabang dan caching, berasal dari instruksi yang sangat khusus yang kebetulan (secara wajar) biasa dibutuhkan oleh perangkat lunak modern. Kami juga kehabisan perbaikan.

— Bob