Intel新架构Sunny Cove解析：10nm工艺 15年来的首次变革

　　在缓存方面，Sunny Cove后端拥有48KB一级数据缓存，比现在的32KB增加了50％。一般来说，缓存的非命中率和容量增加幅度的平方根成反比，也就是说Sunny Cove的一级数据缓存命中错误率将会降低22％。

　　Sunny Cove的二级缓存也更大了，但具体容量暂未披露。目前酷睿是每核心256KB二级缓存，至强则是1MB。

　　另外，微操作(uOp)缓存也比现在的2048-entry设计要更大，只不过具体数字暂时也没有公开。

　　二级TLB同样增大到未知数，这有助于机器历史地址转换。通常情况下，需要保持和存储更多轮询的时候才会这么做，这意味着英特尔已经发现，在部分应用环境中，最近的机器地址还没有用上就被收回了。

　　这张图显示了更多变化，包括执行端口从8个增至10个，可以让调度器一次释放更多指令，其中端口4、端口9连接着循环数据存储，带宽加倍，AGU(地址生成单元)存储能力加倍，更大的一级指令缓存也在其中起到了一定作用。

　　之前的Skylake架构上存在一个瓶颈，当全部三个AGU尝试存储的时候，带宽就会明显不足，每个时钟周期只能执行一个。

　　载入性能不变，而宽度调度从4个增至5个，这意味着记录缓冲区的分派每时钟周期可以命中5个指令，但是实际效果如何仍有待观察。

　　Sunny Cove、Skylake架构的执行端口发生了根本性的变化。

　　可以看到，英特尔为核心的整数部分配备了更多LEA(有效地址载入)单元，用来进行内存寻址计算，可能在需要频繁内存计算的情况下，通过安全更新来缓解性能损失，或者通过恒定的偏移，有助于高性能阵列代码。

　　MUL(乘法)单元从Skylake的端口5转移到了端口1，可能是出于平衡设计的目的，同时还增加了一个iDIV整数除法单元。

　　这个变化并不大，10nm Cannon Lake也有一个64位的IDIV，可以将64位证书出发从97个时钟周期(混合指令)降低到18个，Sunny Cove可能也与之类似。

　　INT整数运算方面，Skylake端口5的乘法单元变成了MulHi单元，但在新架构中的具体作用尚不明晰。

　　FP浮点运算方面，Sunny Cove增加了重排资源，因为英特尔收到客户反馈，希望能消除代码中的瓶颈。

　　英特尔没有具体说明核心浮点部分FMA(熔加运算)单元的功能，但我们知道，核心内有一个AVX-512指令单元，所以至少会有一个FMA单元会与之交互。

　　Cannon Lake架构只有一个512位FMA单元，很可能延续到了这里，在至强上可能会有两个。

　　为了更明晰地对比Skylake、Sunny Cove的后端执行资源变化，外媒AnandTech还做了个对比表格如下：

　　英特尔列出的其他内核改进还有：分支预测器改进、有效载入延迟降低(得益于TLB/L1D)等等，但是英特尔也承认，这些改进不会让每个人获益，需要新的算法在特定代码中使用。

　　另外，Sunny Cove还支持更大的内存，主内存分页表现在是5层设计(之前是4层)，支持的线性寻址空间达到57位，物理寻址空间则是52位。

　　这意味着，至强服务器平台理论上每颗处理器可以搭配最多4TB内存，而现在Skylake-SP架构的可扩展至强只有1.5TB，AMD霄龙也不过2TB。

　　事实上，Sunny Cove是自从AMD 2003年引入x86-64 64位架构以来，第一个对x64虚拟内存寻址做出重大变革的架构。

　　这十几年来，虽然虚拟内存寻址都支持64位，但实际上只有前48位有用，后边的16位只是前边简单的拷贝而已，这就将虚拟寻址空间限制在256TB。

　　这些虚拟内存通过分页表映射到物理内存，使得物理内存内存寻址也被限制在48位，导致整个系统的最大物理内存不能超过256TB。

　　现在，Sunny Cove将有效的虚拟内存寻址扩展到了57位，物理寻址则是最多52位，结果就是虚拟内存、物理内存最多分别可以支持到128PB、4PB。

　　根据英特尔之前给出的路线图，Ice Lake-SP家族的新一代至强将在2020年上市，届时内存扩展能力将得到前所未有的提升。

　　顺带说，在安全方面，Sunny Cove支持多密钥全内存加密、用户模式指令预防。

　　至于Sunny Cove前端部分的变化，我们期待英特尔公布更多信息。

阳光海湾充满意境：虽然此图中的天空不算很Sunny，但的确Cove很美