Microarkitektur

Microarkitektur, eller mikroarkitektur, betegner hvordan en prosessorens maskinvare er organisert for å implementere en gitt instruksjonssettarkitektur (ISA). Den omfatter datapath og registre, cacheminne, minnehierarki, pipeline-steg, utførelsesenheter og kontrolllogikk som kobler ISA-instruksjoner til fysiske kretser.

Hensikten med mikroarkitektur er å beskrive hvordan ISA implementeres i maskinvaren, og dessuten at flere mikroarkitekturer kan implementere samme ISA med ulike ytelsesprofiler og egenskaper.

Typiske egenskaper ved moderne mikroarkitekturer inkluderer pipelining, superscalar utførelse (flere instruksjoner kjøres samtidig), ut-av-orden utførelse, grenforutsigelse og minnehierarki med flere nivåer, samt minneoversettelse og forhåndslasting av data (prefetch).

Designmålene innebærer ytelse, gjennomstrømning, latens, energiforbruk og areal på silisiumet, samt kostnader ved produksjon. Det er ofte en avveining mellom høy klokkefrekvens, dyp pipeline og store interne ressurser som cacheminne og utførelsesenheter.

Innenfor utviklingen av mikroarkitekturer følger trender ISA-utvidelser og krav til bedre ytelse, med dype pipeliner og OoO-utførelse som sentrale virkemidler; sikkerhetsutfordringer som spekulativ utførelse (for eksempel Spectre/Meltdown) har også påvirket senere designvalg.

Eksempler på mikroarkitekturer inkluderer Intels Core-, AMDs Zen- og Arm Cortex-familier, som alle har utviklet seg gjennom flere generasjoner for både stasjonære, bærbare og integrerte systemer.

---