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¿Qué tipo de técnicas más recientes se utilizan en nuevos procesadores?

2012/1/24
Los procesadores modernos utilizan una gran cantidad de técnicas avanzadas para mejorar el rendimiento, la eficiencia y las capacidades. Aquí están algunos de los últimos:

Innovaciones arquitectónicas:

* Chiplets: En lugar de un solo dado monolítico, los procesadores se construyen a partir de múltiples troqueles más pequeños (chiplets) conectados a través de interconexiones de alto ancho de banda. Esto permite una fabricación más fácil, escala a recuentos de núcleo más grandes y mezcla diferentes tipos de chiplets (por ejemplo, CPU, GPU, acelerador de IA). Ryzen de AMD y Foveros de Intel son ejemplos.

* Integración heterogénea: Construyendo procesadores de diversos componentes más allá de solo núcleos de CPU, incluidos aceleradores de hardware especializados para IA (como núcleos de tensor en GPU NVIDIA o núcleos de matriz en GPU AMD), aprendizaje automático y otras tareas. Esto permite un rendimiento optimizado en cargas de trabajo específicas.

* Arquitecturas avanzadas de caché: Sistemas de caché más grandes y más sofisticados con una mejor gestión de datos y técnicas de captación previa para reducir la latencia de acceso a la memoria. Esto incluye técnicas como el intercambio de caché de último nivel (LLC) entre núcleos y algoritmos de almacenamiento de almacenamiento inteligente para predecir las necesidades de datos.

* Predicción mejorada de ramas: Unidades de predicción de ramas más precisas y sofisticadas para minimizar los puestos de tubería y mejorar la eficiencia de la ejecución de la instrucción. Estos utilizan técnicas de aprendizaje automático para aprender el comportamiento del programa.

* Mejoras de ejecución fuera del orden: Algoritmos y hardware sofisticados para reordenar las instrucciones dinámicamente en tiempo de ejecución para maximizar el paralelismo y reducir los ciclos inactivos.

* Arquitecturas centradas en datos: Arquitecturas optimizadas para mover y procesar datos de manera eficiente, a menudo utilizando subsistemas de hardware y memoria especializados. Esto es crucial para aplicaciones intensivas en datos como AI y Big Data.

Fabricación y materiales:

* Litografía EUV (extremo ultravioleta): Permite la creación de transistores increíblemente pequeños, lo que permite una mayor densidad de transistores y un menor consumo de energía. Esto es crucial para impulsar la ley de Moore.

* transistores de Finfet y Gaafet: Las arquitecturas de transistores 3D (FINFET se reemplazan gradualmente por FETS de compuerta de todos los gaafets) que ofrecen un control mejorado sobre el flujo de corriente, la fuga reducida y un mayor rendimiento a menor potencia.

* Técnicas avanzadas de embalaje: Técnicas más allá de los chiplets, incluido el apilamiento 3D de troqueles, para aumentar aún más la densidad y el rendimiento. Los ejemplos incluyen la tecnología Foveros y TSV de Intel (A través de Silicon VIA).

Gestión de energía:

* Escala de voltaje y frecuencia adaptativa (AVF): Ajuste dinámicamente el voltaje y la frecuencia de los diferentes componentes del procesador en función de la carga de trabajo, maximizando el rendimiento al tiempo que minimiza el consumo de energía.

* activación de potencia: Apagando completamente las partes inactivas del chip para ahorrar energía.

* Estados de energía inteligente: La gestión de energía sofisticada establece que equilibran el rendimiento y el consumo de energía en función de los patrones de uso.

El software y el hardware codiseño:

* Virtualización asistida por hardware: Soporte mejorado para tecnologías de virtualización, lo que permite una ejecución eficiente de múltiples máquinas virtuales simultáneamente.

* Características de seguridad a nivel de hardware: Las características de seguridad integradas, como los entornos de ejecución de confianza (TEE), para proteger los datos confidenciales del acceso no autorizado.

Estos son algunos de los avances más significativos. Las técnicas específicas utilizadas varían según el fabricante, el mercado objetivo (por ejemplo, computación de alto rendimiento, dispositivos móviles) y los objetivos de diseño del procesador específico. El campo evoluciona constantemente, con nuevos avances que surgen regularmente.

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