摩尔定律还能走多远?—— CPU 的内存瓶颈
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本文引用地址:https://www.eepw.com.cn/article/201608/294834.htm摩尔定律的发展,对于 CPU 的时钟速度,和普通内存 (DRAM) 的读取延迟上,进步速度是不一样的。其差距每年以 50%的速度增长。

为了缓解这个矛盾,高速缓存 (Cache) 最早是以外置的形式出现在1985年的英特尔的 386的处理器上。
真正的芯片上的内置的缓存,最早是在1989年的 486处理器上出现,当时容量只有 8 KB, 到九十年代容量提高到 16 KB.
缓存容量过大,会影响搜寻速度,所以又出现了二级, 三级缓存。 这里有很多微妙的设计细节,此处不表。
缓存, 本质上就是以 SRAM (静态随机存储器)为基础的内存。 而SRAM, 本质上就是六个晶体管结构组成的逻辑单元, 如下图。

随着晶体管的小型化,芯片设计者就不断在 CPU 芯片上增加更多的内置的高速缓存。
以 2015年九月英特尔出品的 14 纳米 i7-6560U 处理器为例, 它有两个内核 (core), 每个内核有 64 KB 的一级缓存, 256 KB 的二级缓存, 并共享一个 4 MB的三级缓存。
用于缓存的晶体管占整个CPU 芯片上的晶体管的比例,也从 486时代的 40%左右,到今天许多CPU上接近 90%. (数据出处来自威斯康辛大学 Doug Burger 的论文, “Syetem-level Implication of Processor Memory Integration” )
换句话说,计算的管理,将近90%的内涵, 实际上是对内存记忆的管理。
不管在什么行业,如果做到了高效地搜寻和存储海量的数据, 你可能就已经成功了90%.
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