如果你關注過英特爾Atom家族演進歷史的話，你就會發(fā)現(xiàn)英特爾對其微架構不斷創(chuàng)新，從45nm推進到32nm制程工藝。但其內核代碼 為Saltwell、制程為32nm架構平臺沿用了此前的Bonnell設計——仍然采用順序執(zhí)行，也就是采用犧牲性能來獲得低功耗的優(yōu)勢。

英特爾Atom產品路線圖

而如今，Silvermont微架構摒棄了過去的做法，采用亂序執(zhí)行體系，在不犧牲性能的基礎上同時確保低功耗。英特爾對此新架構信心滿滿，“能夠做任何事”，并承諾每年對其進行更新(通過英特爾制造工藝優(yōu)勢，在22nm基礎上提升至14nm Airmont并不斷推進。)

Silvermont微架構新特性

其實我們可以將英特爾此次微架構升級看做是對Atom在以下三大領域的創(chuàng)新：性能提升;大幅降低能耗;處理器技術的優(yōu)化。相比傳統(tǒng)的性能提高能耗降低，此次架構升級并不具有排斥性通過犧牲某些功能或者性能來滿足其他需求。接下來，我們將全方面為大家介紹Silvermont微架構以及其能耗管理、發(fā)展展望等。

剛才我們提到，Silvermont采用了亂序執(zhí)行引擎，能夠在Saltwell的基礎上獲得更大的性能提升(Saltwell目前的設計在其他SoC市場上仍具有強大競爭力)。此外，英特爾將繼續(xù)采用宏操作以更有效地處理某些x86指令集。

Saltwell流水線示意圖

32nm的Saltwell流水線分為16個周期，由于它采用的是順序執(zhí)行，即使某些宏操作不需要訪問緩存也需要逐一經歷這些周期。因此，分支流水線就會浪費13個周期。而在Silvermont架構下，宏操作可以繞過這些不必要的訪問和執(zhí)行階段，因此分支流水線只需要經歷10個周期。

Silvermont流水線示意圖

在Silvermont架構中其每個內核都得到改進，包括更大的分支預測、改進的執(zhí)行單元和更大的緩存支持。Silvermont進一步減少時延、提高吞吐量。采用了革命性的3-D三柵極晶體管的英特爾22納米系統(tǒng)芯片制程進行了設計與共同優(yōu)化。全新的IA指令和技術提高了性能、虛擬化和安全管理能力，能夠為更加廣泛的產品提供支持。

Silvermont Atom架構圖

對于Atom來說其首批產品采用的是單核心設計。但沒多久英特爾發(fā)布45nm的Atom就采用了雙核心設計。而此次發(fā)布的Silvermont可擴展最多至八個內核。

L2高速緩存對于內核性能的發(fā)揮起著至關重要的作用，低延遲、高帶寬。英特爾沒有采用在多個內核上共享L2緩存的做法，而是改為使用模塊的設計理念。也就是每個模塊都包括一對內核和1MB的L2緩存(前一代產品為每核心512KB的L2緩存)。每個核心、L2緩存和內核緩存之間的接口都由電源接口控制。這樣設計可以實現(xiàn)每個模塊中不同內核分別以不同頻率運行。

Silvermont模塊化設計示意圖

模塊之間的通信采取點對點獨立的讀寫通道，完全取代了前端總線拓撲結構。而在Nehalem和Westmere英特爾將IDI視作其模塊化通信的關鍵，這也是此次新架構與以往不同的地方。

Silvermont架構新特點

與此同時，英特爾也優(yōu)化了單線程性能，從原來的基礎上新增了兼容ISA的指令集架構。SSE4.1, SSE4.2和POPCNT(整數(shù)寄存器)。另外，AES-NI加速和安全密鑰(包括RDRAND指令和數(shù)字隨機數(shù)發(fā)生器)也被添加進來。

Nehalem處理器上采用的VT-X以支持虛擬化加速的第二代技術，也被引入Silvermont架構，同時也支持虛擬處理器ID以及不受限制的訪問(允許KVM客戶端訪問分頁和未分頁模式代碼)。

為了最大化提高32nm制程設計的Saltwell的時鐘頻率，英特爾在可用熱功耗設計范圍內采用了P狀態(tài)智能調節(jié)的技術。也就是類似于根據(jù)熱、功率和電能等測量值進行睿頻加速。相比提升性能更為重要的是，還可以應對突發(fā)情況。

在移動設備領域，由于采用的架構和工藝不同，移動端的芯片往往都是“開足馬力”、“油門踩到底”的全速運行，直到設備死機、重啟，然后周而復始。對此，英特爾此次推出的Silvermont架構將從根本上改變這種現(xiàn)狀，在設備出現(xiàn)這些問題之前就通過智能調節(jié)主頻來避免問題的發(fā)生。

不同能耗管理對比

SoC片上系統(tǒng)的電能可以在內核和晶圓上的其他IP(Intellectual Property)之間共享，當然也包括第三方的IP。下面的圖片展示了內核可共用電源，內核也可以從GPU臨時調用，也就說內核可以動態(tài)隨需擴展性能。這種設計理念來自睿頻加速，但采取的算法和執(zhí)行機制并不相同。

不同電能狀態(tài)下的內核、IP模塊工作機制示意圖

從上面介紹的我們不難看出，英特爾已經實現(xiàn)了很多在企業(yè)級平臺才有的根據(jù)電能狀態(tài)調整模塊運行的功能。Silvermont基于模塊化設計，子狀態(tài)能夠支持基于策略的軟件控制(L2緩存)。

能耗與性能

基于每個內核和模塊化設計對于Atom來說又邁出了一大步。由于Atom是SoC(并不是單個處理器)，英特爾可以充分利用多個版本的22nm新品來最大化提升性能、提高計算密度。因此，英特爾芯片優(yōu)勢、架構優(yōu)勢和系統(tǒng)優(yōu)化會帶來功耗的控制問題。也就是英特爾提出的“寬動態(tài)”運行。

采用Silvermont平臺與其他平臺平板電腦功耗性能對比

長期以來，英特爾在移動端的表現(xiàn)往往受制于高能耗而失去大片江山。但此次新推出的Silvermont微架構，增進了在更廣范圍動態(tài)內對性能和能效進行無縫升降的支持，可以更好地滿足從智能手機到數(shù)據(jù)中心等細分市場對于低功耗的要求。

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