Mikroarkitekturer

Mikroarkitektur är den del av en processor som beskriver hur en given instruktion uppsättning (ISA) implementeras i hårdvaran. Den fokuserar på den detaljerade organisationen av datapathen, styrningen, exekveringsenheterna och minneshierarkin. Mikroarkitektur skiljer sig från ISA, som definierar vilka instruktioner som finns och deras beteende, samt från makroarkitekturen som omfattar kärnantal, energibudget och kommunikation mellan komponenter.

En typisk mikroarkitektur innehåller en djup pipeline, superskalär exekvering och ofta out-of-order exekvering där instruktioner omordnas för att utnyttja parallellism. Den använder tekniker som registerrenaming, grenförutsägelse och spekulativ exekvering samt en minneshierarki med L1, L2 och ofta L3-cache. Instruktioner från ISA översätts ibland till mikrokod eller mikrosinstruktioner som styr den inre datapathen.

Olika mikroarkitekturer kan implementera samma ISA men ge olika prestanda, energianvändning och area. Exempel inkluderar Intels Core-serie genom historien (t.ex. Sandy Bridge, Skylake), AMD:s Zen-arkitektur och Arms Cortex‑A‑serier. Viktiga designval inkluderar pipeline-djup, antal exekveringsenheter, cache-struktur och mekanismer för förförhandsladdning och grenförutsägelse.

Betydelsen av mikroarkitektur ligger i hur den påverkar IPC, kärnprestanda och energieffektivitet. Den utvecklas kontinuerligt för att möta krav på högre prestanda, lägre effektförbrukning och stöd för nya tillämpningar såsom maskininlärning och grafik.