CPU

物理 CPU

一个 CPU Socket 里可以由多个 CPU Core 和一个 Uncore 部分组成。每个 CPU Core 内部可以有多个 Thread。

可以通过 lscpu 命令查看。

CPU 的物理拓扑图

  • Socket
    • Core
      • 算术逻辑单元 (ALU)
      • 浮点运算单元 (FPU)
      • L1 Cache
      • L2 Cache
      • Hyper Threads
      • 寄存器（以 x86 架构为例）
        • 通用寄存器
          • 数据寄存器
            • AX (Accumulator): 累加寄存器，也称之为累加器
            • BX (Base): 基地址寄存器
            • CX (Count): 计数器寄存器
            • DX (Data): 数据寄存器
          • 指针寄存器
            • SP (Stack Pointer): 堆栈指针寄存器
            • BP (Base Pointer): 基指针寄存器
          • 变址寄存器
            • SI (Source Index): 源变址寄存器
            • DI (Destination Index): 目的变址寄存器
        • 段寄存器
          • CS (Code Segment): 代码段寄存器
          • DS (Data Segment): 数据段寄存器
          • SS (Stack Segment): 堆栈段寄存器
          • ES (Extra Segment): 附加段寄存器
        • 控制寄存器
          • IP (Instruction Pointer): 指令指针寄存器
          • FLAG: 标志寄存器
    • Uncore
      • L3 Cache
      • QPI 控制器
      • 高速 PCI Express 控制器
      • DMI 控制器
      • 内存控制器 (iMC: Integrated Memory Controller)
      • CBox (负责缓存一致性)

解释：

  • Uncore: 是英特尔用来描述CPU中，功能上为非处理器核心（Core）所负担，但是对处理器效能的发挥和维持有必不可少的作用的组成部分。
  • Socket: 一个 Socket 是主板上的一个 CPU 插槽。Socket 数量就是物理 CPU 的数量。
  • Core: CPU 的运算核心单元。一个物理 CPU 里可以有多个 Core。

iMC

Hyper Threads

超线程（HT, Hyper-Threading）是 Intel 研发的一种技术。一个 x86 的物理 CPU 中提供多个逻辑处理单元 (Thread)。每个 Thread 都是操作系统可见的逻辑 CPU。

超线程 AMD 也有，早在 1999 年申请了 SMT(Simultaneous Multithreading) 的技术专利，而 Intel 发布 HT 是在 2002 年。SMT 与 HT 技术大致一样。本文以 Intel x86 架构为代表。

不过 ARM CPU 没有普遍应用 SMT，直到 2018 年出的 CORTEX-A65AE。 目前大部分 CPU 是 SMT-2 的（即每个物理 CPU 有 2 个 HT）。但也有 SMT-4（比如 IBM Power 7）和 SMT-8（IBM Power 8）。

Ring Interconnect

快速通道互联 (QPI: QuickPath Interconnect)，用来支持 NUMA Node 之间的互联。

TLB

详见这篇

CPU DIE

裸晶 (die)，也称裸芯片、裸芯片或裸片，是以半导体材料制作而成未经封装的一小块集成电路本体。

逻辑 CPU

逻辑 CPU 数量 = 物理 CPU 数 × CPU 核数 × 每个 CPU 核的线程数

可以通过 lscpu 命令查看。

多处理器架构

  • AMP (Asymmetric Multi-Processing): 非对称多处理器
  • SMP (Symmetric Multi-Processor): 对称多处理器
  • UMA (Uniform Memory Access): 一致存储访问
  • NUMA (Non-Uniform Memory Access): 非一致存储访问
  • MPP (Massive Parallel Processing): 大规模(海量)并行处理

详见《SMP、NUMA、MPP体系结构介绍》。

SMP

对称多处理器 (Symmetric Multi-Processor)。各 CPU 共享相同的物理内存，每个 CPU 访问内存中的任何地址所需时间是相同的，因此 SMP 也被称为一致存储器访问结构 (UMA: Uniform Memory Access) 。

NUMA

NUMA 最大的特点是 CPU 直接连接内存。

NUMA 架构解决了 CPU 核上限的瓶颈，通过加 Node 实现多核扩展。 一个 Node 包含一个或者多个 Socket。

AMD 公司提出了 Hypertransport 技术。取代前端总线，让 CPU 通过这个传输技术访问内存，而不是直接访问内存。在 AMD 的锐龙处理器架构中，Infinity Fabric 取代了 Hypertransport。

MPP

海量并行处理结构