硬科技:簡報王與他們的產地:Intel CPU入門教學篇

2020.09.01 03:50PM
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照片中提到了What is a Microprocessor?、Microprocessor is a computer Central Processing Unit (CPU)、on a single chip.,包含了電腦、微處理器、線、產品、儀表

簡報時代背景:除了「有字天書」般的技術行銷簡報,像Intel這種有頭有臉的大公司,也會因為舉辦某些老少咸宜的活動,製作「科普」類的入門內容。

外頭赤炎炎,大腦須降溫。

休息是為了走更長更遠的路,吸收新知亦故如是,長期沉浸於琳瑯滿目的尖端科技名詞的科科,偶爾也需要看點比較輕鬆的內容,不僅有助於放空腦袋,更能夠理清思緒。最近因某位國外友人替Intel寫了篇介紹處理器的科普文,讓筆者想起硬碟裡某份2010年10月2日的Intel簡報,值得分享給各位站在時代浪頭的科科們。

在1946年發表、美國陸軍彈道研究實驗室用來計算彈道表的ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer,電子數值積分計算機)是世界上第一台通用計算機,當時的50萬美元造價,考量通貨膨脹,換算成2019年則相當於655.25萬美元,將近新台幣2億元。光從17468根真空管、150kW功耗、佔地72平方公尺、重量27公噸、平均每隔6小時故障1次,就不難想像今日我們使用的電腦,在當時有多麼的天方夜譚。

照片中提到了Electrical Numerical Integrator and Calculator、Glen Beck and Betty Snyder program the ENIAC、in BRL building 328. (Picture: U.S. Army),包含了第一台大型計算機、電腦鼠標、電腦、ENIAC、數字電子計算機

第一個電晶體則創造於1947年。曾經開發了世界上第一款商用積體電路(略微領先於德州儀器)、由8個「壞孩子」創立的Fairchild,則是矽谷眾多半導體公司的搖籃,Intel和AMD的創辦人都曾經任職於此。

照片中提到了The First Transistor was Created in 1947、Used germanium、Created by a team lead,包含了第一晶體管、晶體管、半導體、飛兆半導體、微處理器

照片中提到了The First Integrated Circuit was Created、in 1959、Proposed independently by Bob Noyce at Fairchild,包含了第一集成電路、集成電路、德州儀器、電腦、微處理器

Intel在1971年發表世上首款商用微處理器4004,擁有和1946年那台天價的ENIAC同等的運算效能。但簡報裡面沒提的是,Intel長期堅持自己是源自於「嵌入式應用」這件事。(Intel有另一份簡報專門講這個主題,但筆者暫時找不到)

照片中提到了Intel Created the First Commercial、Microргосessor、Introduced the 4004 in 1971, contained 2,300 transistors,包含了英特爾4004、微處理器、英特爾4004、英特爾、晶體管

IBM在1981年發布採用Intel 8088處理器和微軟MS-DOS作業系統的原始個人電腦,也埋下了Wintel(即微軟Windows與Intel)的種子。

照片中提到了IBM Introduced its Original PC in 1981、Used the Intel 8088 processor containing 29,000 transistors、Used operating system (MS-DOS) designed by Microsoft,包含了媒體、莫斯科物理技術研究所、英特爾、微處理器、微軟公司

摩爾定律可謂Intel的登山寶訓。但電晶體倍增的時間卻眾說紛紜,Intel官方文件最早宣稱是12個月(筆者曾在Intel總部親眼見過白紙黑字的文宣大大的印著12個月),後來官網內容和相關宣傳卻改成24個月,而今日約定俗成的是取其中間值18個月。

也有人曾經這樣戲稱:其實摩爾定律真正的存在目的,在於保障半導體產業工程師的生活品質,如果沒有這個「本質上根本就是願望」的「定律」,搞不好大家都拼死拼活沒日沒夜,半導體產業的進步會更快。

筆者對此不做評論,但還有個由Arthur Rock提出的「摩爾第二定律」卻鮮為人知:晶圓製造工廠的成本呈現出指數式增長,大約每隔4年就會翻倍,台積電則是此定律最大的實踐者與受益者。至於過去5年多來,耗費好幾百億美元四處併購「人工智慧概念」公司的Intel,不知公司高層會不會悔不當初,應該把這些錢都乖乖的投入製程研發。

照片中提到了Moore's Law、-

現今我們耳熟能詳的多階層記憶體架構,象徵著「靠的越近,走得越快」的大道理。但隨著Optane(3D XPoint)之類的高效能非揮發性記憶體的問世,以及原生PCI-E介面SSD的普及,這座金字塔的結構也將有所改變。

照片中提到了Memory Hierarchy、~1kB、Register File,包含了數、線、字形、網頁、產品

要填補處理器和記憶體的速度差距,就得仰賴大型多層化的快取記憶體了,也吃掉了大半的處理器晶片面積。曾有人這樣開玩笑:Intel最大的業務不是銷售處理器,而是「生產快取記憶體」,想想也好像蠻有道理的。

照片中提到了Processor-Memory Performance Gap、1000、60% рег уеаг,包含了氣體負荷限制抽空、中央處理器、電腦內存、微處理器、英特爾

這裡簡介了從386到第一世代Core i7(Nehalem世代的Bloomfield)的快取記憶體階層架構,但筆者在此非得挑出1個小毛病:圖中的Core i7,DRAM控制器已經整合在處理器內部,而不是外部的系統晶片組。

照片中提到了Memory Hierarchy Evolution、CPU、СPU,包含了圖、內存層次、微處理器、中央處理器、CPU緩存

簡化後的處理器內部功能方塊,但怎麼看那個L2 Cache應該改成L1 I-Cache才對,或著這張圖參考Intel Pentium 4(NetBurst沒有傳統定義的L1指令快取,Trace Cache誤失就得從L2擷取指令再解碼)。

照片中提到了Simplified Microprocessor、Fetch Unit gets、the next instruction from the cache.,包含了數、微處理器、英特爾、集成電路、摩爾定律

指令管線的歷代沿革,從未管線化的386(嚴格說來,其預先擷取佇列算是某種程度的管線化雛型)、管線化循序執行的486、超純量管線的Pentium(P5)、一路到非循序指令執行的Pentium II(P6)。

照片中提到了Sequential Processing (386)、Сydle、1,包含了網頁、中央處理器、亂序執行、超標量處理器、分支預測器

照片中提到了Pipelined Processing (486)、Сycle、1,包含了網頁、中央處理器、亂序執行、超標量處理器、微處理器

照片中提到了In-Order Pipeline (486)、Сycle、1,包含了亂序執行、亂序執行、中央處理器、超標量處理器、微處理器

照片中提到了Superscalar Issue (Pentium)、Сydle、1,包含了數、英特爾、奔騰、超標量處理器、產品

請問各位科科有沒有感覺到腦袋變涼快一點了?假若想要收藏此簡報、日後用來推己及人,請至以下網址觀看,並可用LinkedIn帳號登入下載。祝各位科科有個科科的一天。

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