Intel新架构Sunny Cove解析：10nm工艺 15年来的首次变革

　　在近日举办的架构日活动上，英特尔罕见地公布了未来多年的CPU、GPU架构路线图，以及一系列相关技术、战略规划，让人大饱眼福，其中新的CPU架构是很多人非常关心的亮点。本文收集了一些资料，为大家尽量通俗地做一些简单解读。

　　2019-2021年三年间，英特尔将每年推出一代高性能酷睿(Core)架构(当然也会用于至强)，同时在2019-2023年间，将推出三代低功耗凌动(Atom)架构，重点当然是前者啦。

　　2019年的高性能新架构是“Sunny Cove”(阳光海湾)，CPU大幅升级的同时集成第11代核芯显卡，采用10nm工艺制造，桌面端处理器代号“Ice Lake”，这也将是英特尔第一个规模量产的10nm产品。

　　2020年是“Willow Cove”(柳树海湾)，几乎肯定还是10nm工艺，但应该会像14nm+、14nm++那样优化改进，2021年则是“Golden Cove”(金色海湾)，不知道能不能用上7nm。

　　对于Willow Cove、Golden Cove，英特尔只是简单提及了一些主要特性，而对于近在眼前的Sunny Cove，英特尔则是毫不吝啬地公布了不少架构技术细节。

　　首先说，这应该是英特尔历史上第一次在新品发布之前N个月，就大方地公布路线图和技术细节，再加上将会第一次大规模应用10nm新工艺，因此10nm Sunny Cove一经宣布，就吸引行业乃至普通用户的广泛关注。

　　而每当一代新的CPU架构公布时，了解它的原理、它的变革都让人很兴奋，英特尔这一次提前公布一系列猛料也值得鼓掌，值得细细品味。

　　但略有遗憾的是，英特尔目前给出的信息还不完整，主要只是介绍了Sunny Cove架构的后端设计细节，不涉及指令分派、指令队列等前端部分。

　　Sunny Cove的架构更新可以分为两部分，一是通用目的性能提升，二是特定目的性能提升。

　　通用目的性能的提升，就是通过架构增强，改进大量应用的性能和能效，几乎所有人在日常使用中都能体验到，其本质上就是原始IPC(每时钟周期指令数)吞吐量的变化，或者运行频率的提高。

　　无论什么工艺节点，只要这两点有一个提升，整体性能就会随之上升，至少在涉及计算的方面会有直接体现。

　　频率通常取决于工艺和优化，IPC则可以来自更宽、更深、更智能的内核，或者专业点说分别就是每个时钟周期执行更多指令、每时钟周期更多并行、通过前端更好地传输数据。

　　而特定目的性能的提升，是针对特定使用场景、算法进行架构上的扩展，包括新的指令集、新的软件编译器/库等。

　　这种变化只有在专门的场合才能体会到，比如说英特尔宣传Sunny Cove架构通过新加入的指令集，可以让7-Zip软件的压缩解压性能提升多达75％，就是一个典型例子，只有用这款软件或者针对其他针对相应指令优化的软件，才能获得如此明显的提升。

　　特殊目的性能提升虽然应用范围有限，但是只要给它发挥的空间，效果就是极为显著的，幅度远超通用性能提升。

　　Sunny Cove也在这方面做了大量的改进，涉及人工智能/机器学习、加解密、压缩/解压、通信/网络、通用SIMD(单指令多数据流)/矢量处理、特殊SIMD/矢量处理、多线程与多代理处理等等。

　　如果你有这些方面的应用，Sunny Cove带来的变化会非常可观。

　　上边说的都是一些大的应用范围，具体到每个领域还有更确切的应用场景，新指令的引入可以大大加速特定计算任务的执行。随着AVX-512指令单元的加入，Sunny Cove为大数运算增加了IFMA(带符号熔加算法)，也可用于加解密。

　　同时还有矢量AES加密(支持更多AES指令并行执行)、矢量乘(Vector Carryless Multiply)、伽罗瓦域(Galois Field)、SHA/SHA-NI安全算法等，其中不少都是密码学的一些基本元素。