相關概念:多核隔盛、超線程已亥、NUMA俱笛、睿頻、功耗、GPU、大小核轿腺、分支預測趣些、cache_line失效功茴、加鎖代價、IPC等各種指標
幾個重要概念
Wafer
晶圓吕漂,一片大的純硅圓盤犬钢,新聞里常說的12寸混滔、30寸晶圓廠說的就是它愿伴,光刻機在晶圓上蝕刻出電路Die
從晶圓上切割下來的CPU(通常一個Die中包含多個core怎诫、L3cache肉津、內(nèi)存接口、GPU等帽氓,core里面又包含了L1、L2cache),Die的大小可以自由決定浴滴,得考慮成本和性能, Die做成方形便于切割和測試炕倘,服務器所用的Intel CPU的Die大小一般是大拇指指甲大小涨醋。封裝
將一個或多個Die封裝成一個物理上可以售賣的CPU路
就是socket、也就是封裝后的物理CPUnode
同一個Die下的多個core以及他們對應的內(nèi)存檩淋,對應著NUMA
CPU實物
一般是40mm X 50mm大小孙乖、可以看出一個CPU比一個Die大多了
硅晶柱
直徑為 300 毫米的純硅晶圓(從硅柱上切割下來的圓片)消痛,俗稱 12 寸晶圓,大約是 400 美金空入。
但尺寸并不是衡量硅晶圓的最重要指標,純度才是。日本的信越公司可以生產(chǎn) 13 個 9 純度的晶圓掠廓。
高純硅的傳統(tǒng)霸主依然是德國Wacker和美國Hemlock(美日合資)蟀瞧,中國任重而道遠子巾。
太陽能級高純硅要求是99.9999%,低純度的硅全世界超過一半是中國產(chǎn)的抱虐,但是不值錢。
而芯片用的電子級高純硅要求99.999999999%椰弊,幾乎全賴進口许溅,直到2018年江蘇鑫華公司才實現(xiàn)量產(chǎn),目前年產(chǎn)0.5萬噸秉版,而中國一年進口15萬噸贤重。
芯片設計
主要依賴EDA,EDA工具是電子設計自動化(Electronic Design Automation)的簡稱清焕,從計算機輔助設計(CAD)并蝗、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助測試(CAT)和計算機輔助工程(CAE)的概念發(fā)展而來的秸妥,是IC基礎設計能力滚停。利用EDA工具,工程師將芯片的電路設計粥惧、性能分析键畴、設計出IC版圖的整個過程交由計算機自動處理完成。
EDA軟件三大巨頭:Synopsys、Cadence起惕、Mentor涡贱;國內(nèi)IC設計公司幾乎100%采用國外EDA工具
光刻
使用特定波長的光,透過光罩(類似印炒里面的母版)惹想,照射在涂有光刻膠的晶圓上问词,光罩上芯片的設計圖像,就復制到晶圓上了嘀粱,這就是光刻激挪,這一步是由光刻機完成的,光刻機是芯片制造中光刻環(huán)節(jié)的核心設備草穆。你可以把光刻理解為灌灾,就是用光罩這個母版,一次次在晶圓上印電路的過程悲柱。
光刻是最貴的一個環(huán)節(jié),一方面是光罩越來越多些己,越來越貴豌鸡,另一方面光刻機也很貴。光刻機是半導體制造設備中價格占比最大段标,也是最核心的設備涯冠。2020 年荷蘭公司 ASML 的極紫外光源(EUV)光刻機每臺的平均售價是 1.45 億歐元,而且全世界獨家供貨逼庞,年產(chǎn)量 31 臺蛇更,有錢也未必能買得到。
北橋和南橋
早期CPU core和內(nèi)存硬盤的連接方式(FSB 是瓶頸):
現(xiàn)代CPU的基本架構
Core的典型結構
Intel skylake 架構圖
多核和多個CPU
如果要實現(xiàn)一臺48core的計算能力的服務器赛糟,可以有如下三個方案
方案1:一個大Die集成48core:
方案2:一個CPU封裝8個Die派任,也叫MCM(Multi-Chip-Module),每個Die 6個core
方案3:四個物理CPU(多Socket)璧南,每個物理CPU(Package)里面一個Die掌逛,每個Die12個core: