论文--Intel系列CPU的流水线技术的发展(2)

响也就越大，比如一个指令在最后一级出错，那么可能在后续流水线中的所有指令都要被清除，Northwood核心处理器要浪费20级工序的时间，而Prescott核心处理器就要浪费31级工序的时间！

流水线深度一直是影响处理器效率的重要因素，流水线深度的增加可以让处理器时钟频率进一步提高，但是在有些实际应用中, 已经被证明了处理器流水线的长度与性能成反比。同时容易产生分支预测等问题，Prescott核心的P4达到的31级流水线长度，要比当年的Pentium III和Athlon处理器高出许多，Netburst微架构已无法解决这一问题, 原本计划使基于Netburst微架构的下一代处理器Tejas突破5GHz, 但最终止步于3.8GHz。Prescott最终走上失败之路。

最后Intel公司不得不放弃Pentium IV，频率至上的CPU理论也被推翻。 随后就进入了Core架构，也就是多核时代，多个CPU封装在一个芯片中，协调工作，来达到更高的性能，Netburst架构和Prescott架构被完全抛弃，流水线的深度再次回到了Pentium III时代的3段12级。

四、 提高流水线性能及CPU性能的方法、相关技术

1. 采用超标量双流水线结构 2. 分支预测技术 3. 优化指令流水线

4. 将指令划分为更细的阶段 5. 加流水线深

6. 智能内存访问技术 7. 宽位动态执行技术

五、 展望Intel CPU提高流水线性能的技术方向

1. CPU线程的提高

CPU线程会越来越多，多线程的使用，使CPU的流水线效率和速度得到了很大的提高，所以未来CPU可能会出现一个CPU8个、16个、32个甚至64个线程的情况。

2. 更多条数的流水线

就像GPU那样已经发展到32条流水线并行工作，流水线条数的增加，使CPU在相同的时间内完成更多的工作，相当于提高了CPU的性能。

3. 提供更新的Cache搜索算法和轮换算法

Cache不是越大越好，因为CPU性能和Cache的大小呈负指数二项式增长。当Cache大小达到一定水平后，如果不及时更新Cache的搜索算法和Cache的轮换算法，CPU的性能没法得到本质的提高。

4. 一定量地减少流水线深度

后PC时代，是移动运算高发展的时代，所以CPU应该向低功率，高性能的方向发展，所以流水线深度可能更小，但CPU采用更好的架构以及更高的工艺来制造，达到和长流水线一样甚至更高的性能。

5. 异步架构流水线的使用

个人认为异步架构的使用是未来的一个必然趋势。同步架构的使用已经开始限制芯片的发展，基于时钟的芯片设计，只有在系统所有部分同时得到时钟才能

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正确操作，这只有在时钟线上的延时可以忽略时才可以做到。然而随着工艺的进步系统越来越大，从而使时钟线上的延时不再可以忽略不计。对于芯片设计者来说，时钟歪斜已经成为了一个瓶颈，不跨越这个瓶颈，可以说未来的CPU发展很难有质的飞跃。

六、 感想

经过学习和查找资料，我大致了解了CPU的发展历程，以及CPU发展过程中遇到的问题与挑战，也了解了IntelBug史上的10大Bug。从CPU的发展可以得到——灵感来源于生活与生产实际，以及人类需求带动科技的发展。就如刚开始的CPU的流水线设计就是借鉴了工业的流水线制造思想。

其次流水线技术的不断完善，也告诉我们一个技术的发展要与时俱进，在应用过程中发现问题，并解决问题，在此基础上更好地使之趋于成熟，让它成为一个趋于完美的技术。

再者，计算机的发展速度很快，我们这些还在大学里学习的孩子们，学习的都是很旧的知识，以后到了社会上要面对的更多未知面，所以在现在正在学习的阶段，除了学好基础知识，也要适当了解当前新新技术，最好是能够古往今来，融会贯通。

承接前辈们的遗产，创造自己的财富，扎实地走好每一步。在未来的IT路上越走越远。

七、 资料来源

【1】计算机系统结构教程，张晨曦、王志英，清华大学出版社 【2】百度百科--流水线技术

http://baike.http://m.njliaohua.com//link?url=_gyknID5Twf2EEv2iAKyC6FBjfk5XbnubzxsgAIxI58nPvMtQ52syrt7-qj2SdfM

【3】百度文库--CPU芯片的发展历程

http://wenku.http://m.njliaohua.com//link?url=KFFKIcAlu7BDHNZdShpRd7DkIMaJMMtirshLI4TaZyj8yCY601NKA0-rvI25ejOx0hXGgYgtdA3PhEiogBe65dSWuhUmTj_2aa9075at_Fi

【4】百度文库--CPU发展历程

http://wenku.http://m.njliaohua.com//view/0dbd7b5e804d2b160b4ec092.html 【5】百度文库--Intel系列CPU的流水线结构与性能分析

http://wenku.http://m.njliaohua.com//link?url=zrmHjCKm2XBqoHSGR_tOYBt8-10TSC-toutGjH9co9GSXwqurGwXTugdEMHftjjUmbfKRsOQXOGX4EzVYwGW4zVtMSIhV5UElTTRI7S3Le7

【6】百度文库--Intel系列CPU的流水线结构与性能分析 http://wenku.http://m.njliaohua.com//view/4a95ba59312b3169a451a44f.html 【7】百度文库--Intel系列CPU的流水线的发展和展望 http://wenku.http://m.njliaohua.com//view/030f6cc80c22590102029d1e.html

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