CPU/GPU真融合！Intel新酷睿權(quán)威評(píng)測(cè)

第三章/第五節(jié) SandyBridge架構(gòu)解析：新增物理寄存文件

    Physical Reg File（PRF，物理寄存文件）的引入是SandyBridge微架構(gòu)的一大特色，這是Nehalem架構(gòu)所不具備的。當(dāng)然AMD新一代的推土機(jī)和山貓架構(gòu)也會(huì)支持，AMD很早之前就公布了架構(gòu)細(xì)節(jié)，現(xiàn)在Intel首次將其應(yīng)用在了實(shí)際產(chǎn)品當(dāng)中。

    在Core 2和Nehalem架構(gòu)中，每個(gè)微指令需要的每個(gè)操作數(shù)都有一份拷貝，這就意味著亂序執(zhí)行硬件(調(diào)度器/重排序緩存/關(guān)聯(lián)隊(duì)列)必須要非常大，以便容納微指令和相關(guān)數(shù)據(jù)。Core Duo時(shí)代是80-bit，加入SSE指令集后增至128-bit，現(xiàn)在又有了AVX指令集，按照趨勢(shì)會(huì)翻番至256-bit。

    PRF在寄存器文件中存儲(chǔ)微指令操作數(shù)，而微指令在亂序執(zhí)行引擎中只會(huì)攜帶指向操作數(shù)的指針，而非數(shù)據(jù)本身。這就大大降低了亂序執(zhí)行硬件的功耗(轉(zhuǎn)移大量數(shù)據(jù)很費(fèi)電的)，同時(shí)也減小了流水線的核心面積，數(shù)據(jù)流窗口也增大了三分之一。

    核心面積的精簡(jiǎn)正是AVX指令(SNB最主要革新之一)集得以實(shí)現(xiàn)并保證良好性能的關(guān)鍵所在。以最小的核心面積代價(jià)，Intel將所有SIMD單元都轉(zhuǎn)向了256-bit。AVX支持256-bit操作數(shù)，相當(dāng)消耗晶體管與核心面積，而RPF的使用加大了亂序執(zhí)行緩沖，能夠很好地滿足更高吞吐量的浮點(diǎn)引擎。

Nehalem架構(gòu)中有三個(gè)執(zhí)行端口和三個(gè)執(zhí)行單元堆棧 

    SandyBridge允許256-bit AVX指令借用128-bit的整數(shù)SIMD數(shù)據(jù)路徑，這就使用最小的核心面積實(shí)現(xiàn)了雙倍的浮點(diǎn)吞吐量，每個(gè)時(shí)鐘可以進(jìn)行兩個(gè)256-bit AVX操作。另外執(zhí)行硬件和路徑的上位128-bit是受電源柵極(Power Gate)控制的，標(biāo)準(zhǔn)128-bit SSE操作不會(huì)因?yàn)?56-bit擴(kuò)展而增加功耗。

    AMD推土機(jī)架構(gòu)對(duì)AVX的支持則有所不同，使用了兩個(gè)128-bit SSE路徑來合并成256-bit AVX操作，即使八核心(四模塊)推土機(jī)的256-bit AVX吞吐量也要比四核心SNB少一半，不過實(shí)際影響完全取決于應(yīng)用程序如何利用AVX。

    SandyBridge的峰值浮點(diǎn)性能翻了一番，這就對(duì)載入和存儲(chǔ)單元提出了更高要求。Nehalem/Westmere架構(gòu)中有三個(gè)載入和存儲(chǔ)端口：載入、存儲(chǔ)地址、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

    SandyBridge架構(gòu)中載入和存儲(chǔ)地址端口是對(duì)稱的，都可以執(zhí)行載入或者存儲(chǔ)地址，載入帶寬因此翻倍。SNB的整數(shù)執(zhí)行也有了改進(jìn)，只是比較有限。ADC指令吞吐量翻番，乘法運(yùn)算可加速25％。