Mikroarkkitehtuureja

Mikroarkkitehtuureja tarkoittaa prosessorin sisäisiä toteutustapoja, jotka määrittävät, miten käskyt käsitellään ja suoritetaan laitteistossa. Ne ovat eri tasoinen kuin käskykanta (ISA): sama ISA voidaan toteuttaa monella eri mikroarkkitehtuurilla, jotka eroavat suorituskyvyn, energiatehokkuuden ja kustannusten suhteen.

Tyypillisiä mikroarkkitehtuurin osia ovat käskyputki, rekisterit, ALU- ja FPU-yksiköt, välimuistit, haarauksen ennustus, rinnakkaisten suoritusyksiköiden ohjaus sekä järjestely- ja palautusrakenteet (esim. reorder buffer). Arkkitehtuurit voivat olla in-order tai out-of-order, superskalarisia, VLIW-tyyppisiä, tai hyödyntää hyperthreadingiä/SMT:ää ja moniytimistä suunnittelua. Suunnittelussa tasapainotetaan suorituskykyä, viivettä, tehonkulutusta ja piipinta-alaa.

Tunnettuja esimerkkejä ovat eri valmistajien x86- ja ARM-mikroarkkitehtuurit (esim. Intelin ja AMD:n sarjat, ARM Cortex -perhe), sekä avoimen RISC-V-ekosysteemin toteutukset. Mikroarkkitehtuurit vaikuttavat merkittävästi ohjelmien todelliseen suorituskykyyn ja energiatehokkuuteen.

Turvallisuus on noussut keskeiseksi, koska mikroarkkitehtuurin optimoinnit voivat aiheuttaa sivokanavahyökkäyksiä (esim. Spectre, Meltdown), minkä vuoksi laitteisto- ja ohjelmistopäivitykset sekä suunnittelumuutokset ovat tärkeitä. Mikroarkkitehtuurien kehitys jatkuu kohti paremmin skaalautuvia, energiaa säästäviä ja turvallisempia ratkaisuja.