人類無法繼續提高CPU性能？DARPA準備重新設計晶元架構

本文由騰訊數碼獨家發布

在過去幾年裡，通用計算機性能提升相當緩慢，這已經不是什麼秘密。

現在美國國防部高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，簡稱DARPA）制定一套計劃，準備從根本上改變CPU設計，提升性能，採用新設計之後，至少可以在幾個方面給晶元帶來巨大提升。

在DARPA計劃中提到這樣一個想法：從根本上改變我們對CPU架構的看法。DARPA提出的一個概念早在5年前就有人討論過，我們先來看看是怎樣的。

英特爾、AMD、ARM設計的處理器實際上由兩大部分組成：一是用緩存包圍的通用處理器塊，二是支持圖形運算的特定處理器。用這種方法設計處理器，隨著製程的進步，Dark Silicon（暗硅）也會增加。

所謂暗硅，意思就是說由於功耗的限制，一個很高端的處理器，比如多核的，其實同一時刻只能有很少一部分門電路能夠工作，大部分處於不工作的狀態，這部分不工作的門電路，就叫做「暗硅」。

你沒有辦法一次打開整個晶元的所有門電路，完全發揮晶元的潛力。在任意給定時間，CPU核心只有很小的一部分真正激活。

怎麼辦？可以讓特定功能在硬體內執行，這樣就能大大提升性能。用這種方法可以解決暗硅問題。摩爾定律不斷提高晶體管密度，但是我們沒有辦法一次打開所有部分。如果能夠讓特定功能映射到晶元的某部分，就可以在後台運行，這樣運行效率就會大大提高。

GreenDroid 架構的目的就是用專用、特定協處理器來完成多個任務。

在架構設計方面，還有一種方法叫作「軟體定義硬體」，意思就是分析你所做的工作，然後硬體自我配置，優化執行效率。科學家還在研究「晶元域專用系統」，要讓晶元高效、靈活、瞬間完成配置，到底需要在晶元上安裝哪種類型的通用構建塊呢？需不需要安裝專用加速快？任務能否用其它方法完成？這些都是該研究的重點。

DARPA為了發明新晶元，除了研究CPU架構，還在其它方面努力。例如，DARPA設立Craft項目，它的目標是幫助小設計團隊開發更大的硬體，當行業向新節點轉移時可以把難度降低80%。DARPA還設立了「Idea and Posh」項目，這個項目關注半導體設計，希望能在電子設計自動化（EDA）和機器智能兩大領域的交叉點取得突破。當你設計晶元時，設計軟體會變得越來越智能，越來越能幹，這就是Idea的初衷。至於Posh，它的目標是打造開源硬體，創建基礎構建塊，它可以成為未來項目的基石。

通過這些項目可以看出，我們不應該對CPU的未來感到悲觀，人類已經找到好辦法提升性能。不過新創意真的能成功嗎？我們還不知道，比如，人類真的能開發出新CPU，通過硬體就可以查看郵件、執行應用程序嗎？不是很確定。照推測，開發軟體硬體，讓它們結合更加緊密，也許是未來提升CPU性能的最佳捷徑。

在COMPUTEX 2018展前發布會上，英特爾帶來一款紀念版第八代酷睿處理器Intel Core i7-8086K特別版，以紀念8086處理器推出40周年。Core i7-8086K處理器隸屬於第八代酷睿處理器家族，6核心12線程，擁有4GHz的基準頻率；同時也是第一顆出廠Turbo Boost頻率達到5GHz的處理器。

DARPA之前曾說過，自1978年至今，因為CPU架構改進，CPU性能提升50倍，CPU頻率提升1000倍。現在CPU頻率卡在5GHz無法前進，在近期之內，也看不到有什麼技術能打破瓶頸，找到辦法利用好時鐘頻率，對CPU進行配置，也許才是提升CPU性能的最好選擇。

來源：extremetech

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