国产毛片a精品毛-国产毛片黄片-国产毛片久久国产-国产毛片久久精品-青娱乐极品在线-青娱乐精品

摩爾定律還能走多遠?—— CPU 的內(nèi)存瓶頸

發(fā)布時間:2016-8-9 09:59    發(fā)布者:designapp
關(guān)鍵詞: 摩爾定律 , CPU
在2002年之前,隨著芯片密度的增加, CPU的時鐘頻率也一直不斷增加。 對于普通消費者而言,CPU 的頻率就代表計算機的快慢。 1981年最早出廠的 IBM PC, CPU 的頻率是 4.77 兆赫, 相當于一秒鐘四百七十七萬個時鐘周期。 假設(shè) CPU 一個時鐘周期可以運行一條指令, 頻率越高, 就算得越快。

1995年的奔騰芯片,時鐘頻率達到了 100 兆赫, 是 1980年的二十倍還多。

而到了 2002年, 英特爾新型奔騰芯片時鐘頻率第一次突破 3000 兆赫 (3 GHz)。

限制時鐘頻率的第一個主要物理約束條件是: 信號在晶體管之間傳輸?shù)倪t滯。 這也是為什么晶體管密度越大,時鐘頻率可以越高。

2002年之后, CPU 時鐘頻率增加遇到了第二個技術(shù)瓶頸: 能量消耗。

簡單說, CPU的能量消耗和時鐘頻率的三次方近似成正比, 在 3 Ghz 之后, 頻率的繼續(xù)提高會使芯片過熱而面臨被燒毀的風(fēng)險。

實際上, 2002 年之后, 英特爾CPU 的時鐘頻率大多一直在 2 GHz - 4 GHz 之間, 十四年來沒有本質(zhì)提高。





但時鐘頻率不再增長, 并不意味著 CPU 性能的停滯不前。 就像人類的大腦, 過去二十萬年沒有本質(zhì)變化, 但并不意味著人類文明不會發(fā)生開天辟地的進步。

這時候,最有用的思路,是尋找新的維度,去進攻解決問題。

(2)

如果說, CPU的時鐘速度好比人腦的計算速度, 那么 CPU 的內(nèi)存讀取速度就好比人獲取信息的速度。 這是提升 CPU 性能的第一個不同的維度。

有過基本工作或者研究經(jīng)驗的人,都會有這樣的體會:

大多數(shù)時候,限制工作效率的瓶頸是: 查資料,找東西。

找不到就只能干著急。

二十年前的科研者,查資料要去圖書館,小圖書館沒有資料就要去更大的圖書館,沒有計算機檢索之前需要一張張翻卡片查。 查找資料的時間,動輒就是幾個小時甚至更多,超過了真正研究分析的時間。 這和今天,十秒鐘內(nèi)就可以在互聯(lián)網(wǎng)上,精準搜索和下載世界上大部分論文資料,完全不可同日而語。

電腦的內(nèi)存架構(gòu),實際上要細分為 Register (寄存器), Cache (高速緩存), Memory(內(nèi)存), Disk (硬盤)。 而緩存又可以細分為一級緩存 (Level 1 Cache), 二級緩存, 三級緩存, 甚至四級緩存。




打個比方, 寄存器上的數(shù)據(jù),好比你手中那張紙上寫的信息, 信息量很少,但立等可取。

一級緩存, 好比桌面上的書, 信息量多一些, 伸一下手可以拿到;

二級緩存, 好比抽屜里的書,打開抽屜后仍然很快可以拿到;

內(nèi)存, 好比書架上的書, 要站起來去查找;

硬盤, 就是圖書館的資料,需要花幾個小時到外面跑一趟才可以查到了。

研究者,如果無法迅速獲取需要的資料,天天要往圖書館跑,即使牛頓/愛因斯坦再世, 聰明的腦瓜也只能像高速的 CPU 一樣, 無效地空轉(zhuǎn), 痛苦地在來去圖書館的道路上等待。

以 Intel 的 i7-4770 CPU 為例, 其時鐘頻率 3.4 GHz. 一級和二級緩存,讀取數(shù)據(jù)的延遲一般在 5 - 12個時鐘周期,相當于約 2-4 納秒。如果要到內(nèi)存讀取數(shù)據(jù), 遲滯則約 70 納秒, 等價于200多個時鐘周期。 如果內(nèi)存找不到, 不幸地要去硬盤搜索,延遲超過 4 毫秒 (等價于四百萬納秒),再快的 CPU 時鐘頻率, 此時也然并卵矣。
               
(3)

摩爾定律的發(fā)展,對于 CPU 的時鐘速度,和普通內(nèi)存 (DRAM) 的讀取延遲上,進步速度是不一樣的。其差距每年以 50%的速度增長。





為了緩解這個矛盾,高速緩存 (Cache) 最早是以外置的形式出現(xiàn)在1985年的英特爾的 386的處理器上。

真正的芯片上的內(nèi)置的緩存,最早是在1989年的 486處理器上出現(xiàn),當時容量只有 8 KB, 到九十年代容量提高到 16 KB.

緩存容量過大,會影響搜尋速度,所以又出現(xiàn)了二級, 三級緩存。 這里有很多微妙的設(shè)計細節(jié),此處不表。

緩存, 本質(zhì)上就是以 SRAM (靜態(tài)隨機存儲器)為基礎(chǔ)的內(nèi)存。 而SRAM, 本質(zhì)上就是六個晶體管結(jié)構(gòu)組成的邏輯單元, 如下圖。





隨著晶體管的小型化,芯片設(shè)計者就不斷在 CPU 芯片上增加更多的內(nèi)置的高速緩存。

以 2015年九月英特爾出品的 14 納米 i7-6560U 處理器為例, 它有兩個內(nèi)核 (core), 每個內(nèi)核有 64 KB 的一級緩存, 256 KB 的二級緩存, 并共享一個 4 MB的三級緩存。

用于緩存的晶體管占整個CPU 芯片上的晶體管的比例,也從 486時代的 40%左右,到今天許多CPU上接近 90%. (數(shù)據(jù)出處來自威斯康辛大學(xué) Doug Burger 的論文, “Syetem-level Implication of Processor Memory Integration” )

換句話說,計算的管理,將近90%的內(nèi)涵, 實際上是對內(nèi)存記憶的管理。

不管在什么行業(yè),如果做到了高效地搜尋和存儲海量的數(shù)據(jù), 你可能就已經(jīng)成功了90%.
本文地址:http://m.qingdxww.cn/thread-171620-1-1.html     【打印本頁】

本站部分文章為轉(zhuǎn)載或網(wǎng)友發(fā)布,目的在于傳遞和分享信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責(zé);文章版權(quán)歸原作者及原出處所有,如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題,我們將根據(jù)著作權(quán)人的要求,第一時間更正或刪除。
您需要登錄后才可以發(fā)表評論 登錄 | 立即注冊

廠商推薦

  • Microchip視頻專區(qū)
  • 利用SAM E54 Xplained Pro評估工具包演示CAN轉(zhuǎn)USB橋接器以及基于CAN的主機和自舉程序應(yīng)用程序
  • 使用SAM-IoT Wx v2開發(fā)板演示AWS IoT Core應(yīng)用程序
  • 使用Harmony3加速TCP/IP應(yīng)用的開發(fā)培訓(xùn)教程
  • 集成高級模擬外設(shè)的PIC18F-Q71家族介紹培訓(xùn)教程
  • 貿(mào)澤電子(Mouser)專區(qū)
關(guān)于我們  -  服務(wù)條款  -  使用指南  -  站點地圖  -  友情鏈接  -  聯(lián)系我們
電子工程網(wǎng) © 版權(quán)所有   京ICP備16069177號 | 京公網(wǎng)安備11010502021702
快速回復(fù) 返回頂部 返回列表
主站蜘蛛池模板: 韩国免费播放一级毛片 | 97免费在线观看视频 | 香蕉啪啪| 国产偷倩视频 | 99er精品 | 伊人四虎| 免费日韩在线观看 | 天堂网www在线资源网 | 最近韩国高清免费观看视频大全 | 人成免费在线视频 | avtt香蕉 | 日本久久久久久久中文字幕 | 中文字幕一区二区三区在线播放 | 六月婷婷网视频在线观看 | 国产成人精品福利网站在线观看 | 麻豆精品一区二区三区免费 | 欧美日本亚洲国产一区二区 | 国产永久福利 | 欧美性一级交视频 | 成人国产激情福利久久精品 | 久久久这里有精品999 | 香蕉精品视频在线观看入口 | 日本在线观看中文字幕 | 四虎在线观看视频 | 国精产品一区 | 美女胸又大又黄又www小说 | 婷婷激情综合五月天 | 99久久99这里只有免费的精品 | 四大菩萨谁最厉害排第一位 | jav008.app| 日本亚洲欧美 | 99久久免费国产精品 | 日韩视频在线观看一区二区 | 日韩一级免费视频 | 国产成人一区二区三区在线视频 | 在线人成精品免费视频 | 4虎 影视 免费 | 成人欧美一区二区三区视频 | 99久久国内精品成人免费 | 丁香婷婷影音先锋5566 | 久久国产免费一区 |