Bus到Mesh网络-CPU片内总线的退化之路-从Ring-破茧化蝶

文章编号：8965 更新时间：2024-02-20 分类：互联网资讯 阅读次数：次

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在大少数普通用户眼里，CPU兴许就是一块顶着铁盖子的电路板而已。但是假设咱们揭开顶盖，深化正中那片小小的集成电路，咱们会发现这里有着人类科技史上，最平凡的奇观。几十亿个晶体管层层叠叠，密密层层挤在一同，占据着这个仅有一点几个平方厘米的狭小环球。晶体管们在上帝之手的布置下，组成了各个配置模块。而这些配置模块之间，则是开阔无比的超高速公路。这条超高速公路如此关键，以致于它的距离、速度和塞车与否，会大大影响这个小小环球的效率。这些模块就是CPU外部的配置模块，例如内存管理器、L3/L2Cache、PCU、PCIerootcomplex等等，而这条高速公路，就是咱们当天的主角，片内总线了。

为什么要求片内总线？

片内总线衔接Die外部的各个模块，是它们之间消息交换的必定途径。它的设计高效与否，会大大影响CPU的性能。假设咱们把各个模块看做一个个节点，那么它们之间相互衔接相关普通可以有以下几种：

而咱们CPU片内总线衔接就教训了从星型（Star）衔接-->环形总线（RingBus）-->Mesh网络的环节。

星型衔接

早期CPU外部模块数目较少，结构繁多，星型连结不失是一个繁难高效的方法。

咱们尊贵的Core无可争议的被放在核心的位置，各个模块都和它衔接，而彼此并不间接交互，必定要Core中转。这种设计繁难高效，被经常使用了相当长的期间。

疑问随着多core的出现而浮现进去，这个多进去的core放在哪里适合呢？一种星型衔接的变种被应用起来。它相似一种双星结构，两边的节点仿佛启动了有丝决裂，一分为二，各自主持着自己的权利范畴。同时为了高效，每个Core又伸出了些触手，和别的Core的小弟出现了些不清不楚的相关。疑问被暂时处置了，这种凌乱的相关被固定上去，环球又复原了些许敌对，直到Core数目标进一步参与。

环形总线（RingBus）

Intel的主机产品线是第一个受不了这种暂时布置的。至强CPU必定提供更多的CPU，而低效的变种星形连结限度了内核数目标参与，加上各个模块之间通信的需求越来越多，一种新的总线便孕育而出。

在NehalemEP/EX这个划时代的产品中，很多新技术被引入出去，Intel也由此确定了上游的位置。而RingBus就是其中关键的一个。

咱们可以看到，RingBus实践上是两个环，一个顺时针环和一个逆时针环。各个模块一视同仁的经过RingStop挂接在RingBus上。如此设计带来很多好处：

真是个绝妙的设计！但是，摩尔定律是有情的，方案能经常使用良久的设计往往很快就过期了，这点在计算机界简直变成了广泛法令。RingBus的缺陷也很快随着内核的极速参与而暴显露来。由于每加一个Core，ringbus就长大一些，提前就变大一点，很快ringbus性能就随着core的增多而重大降低，多于12个core后会重大连累系统的全体提前。和星型衔接一样，一种变种发生了：

在至强HCC(HighCoreCount,核很多版)版本中，又参与了一个ringbus。两个ringbus各接12个Core，将提前管理在可控的范畴内。俩个RingBus间接用两个双向PipeLine衔接，保障通信顺畅。于此同时由于Ring0中的模块访问Ring1中的模块提前显著高于本Ring，亲缘度不同，所以两个Ring分属于不同的NUMA（Non-UniformMemoryAccessArchitecture）node。这点在BIOS设计中要特意留意。

痴呆的同窗或许要问了，假设Core比12个多，比24个少些呢？是不是对付塞到第一个ring里拉倒呢？其实还有个1.5ring的奇葩设计：

左边的是至强的LCC（LowCoreCount）SKU，只要单Ring，而左边的MCC(MiddleCoreCount)则是一个半Ring的设计！

核大战的硝烟远远尚未停息，摩尔定律带来的晶体管更多的都用来参与内核而不是提高速度（为什么CPU的频率止步于4G?咱们触到频率天花板了吗？）24个Core的至强也远远不是终点，那么更多的Core怎样办呢？三个Ring设计吗？多于3个Ring后，它们之间怎样互联呢？这些艰巨促使Intel寻觅新的方向。