大家好，我是飛哥！

在 10 月 16 號的時候，Intel 正式發布了第 14 代的酷睿處理器。但還有很多同學看不懂這種發布會上發布的各種 CPU 參數。借著這個時機，我給大家深入地講講 CPU 的型號規則、代際架構與微架構方面的知識。

CPU 在整個計算機硬件中、技術體系中都算是最最重要的東西了。但很遺憾的是，80%以上的開發同學對 CPU 并不是很了解。所以在前面的文章中，我帶領大家深入地學習了很多內核中管理和調度 CPU 資源相關的文章。在今天，我從 CPU 硬件相關的技術細節切入，帶領大家更好地認識 CPU。

在本文中，我以手頭有一臺之前用過的 ThinkPad x270 的筆記本電腦舉例。在這臺電腦中的 CPU 型號是 Intel(R) Core(TM) i5-7200U CPU @ 2.50GHz 2.71 GHz。那么這個型號字符串中都隱含了哪些技術信息呢？今天，就讓我們以這個型號為切入點，深入地了解個人 PC 電腦中 CPU 硬件相關的技術點。

一、Intel 的 CPU 型號規則

無論是哪家 CPU 廠商，為了更好地管理自己生產的眾多型號的產品，也為了能更好地讓消費者對自己家的產品快速地了解。都會定義一套產品規則。對于 Intel 來說，它的命令規則大致如下：

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Intel 把 CPU 的編號分成了品牌標志、品牌修飾符、代際編號、SKU、產品線后綴五個部分。接下來我們分別展開對這五個部分來了解。

第一部分是品牌標志。最最常見的 x86 CPU 品牌包括 Intel 和 AMD 兩家公司。而 Intel 又面向不同的市場需求，包括凌動、賽揚、奔騰、酷睿、至強等多個子品牌。

• 酷睿（CORE）、賽揚（CELERON）、奔騰（PENTIUM）都是應用在家用 PC 電腦上的品牌。其中奔騰和賽揚這兩個品牌已經算作是歷史了。奔騰在 1992 年推出，之后在很長一段時間里是 PC 家用電腦的主流。賽揚是 1998 年時為了和 AMD 競爭低價市場推出的產品，可以理解為縮水版的奔騰。酷睿是 2006 年推出，直到現在仍然是 PC 電腦里的主流品牌。
• 志強（Xeon）是企業級的CPU，多用于服務器和工作站。大家在工作中使用的線上服務器，基本都是這個子品牌旗下的產品。
• 凌動（Atom）主打省電和低功耗，主要用在手機平板等設備上。是的，Intel 也是做過手機 CPU 的，但因為功耗問題在競爭中被 arm 架構各家處理器廠商打敗，在 2016 年后逐漸退出市場。

第二部分是品牌修飾符。這個部分是為了區分處理器的市場定位的，一般來說同一年代生產的 CPU 中， i3 i5 i7 i9 的性能是依次遞增的。分別代表著低端、中端和高端的定位。

第三部分是 CPU 的代際編號。這一部分有可能是一位數字，也有可能是兩位的數字。在我們舉例的這顆 CPU 上，代際編號是“7”。這個代際編號對應的是 Intel 于 2016 年推出的內部代號為“Kaby Lake” 的 CPU架構。一般來說，CPU 代際編號越大，則代表架構推出的時間點越新。單核的性能也會更好。關于“Kaby Lake” 后面我們還會單獨介紹。

第四部分是 SKU 編號。這是 CPU 廠商為了方便對所有的產品進行庫存管理而制定的編號。這類似于超市里商品的條形碼、圖書的 ISBN 號，方便查詢和管理產品的庫存量。一般來說，這個值也是越大性能越好，但不絕對。

第五部分是產品線后綴。在筆記本電腦中，H代表的是高性能、U系列代表的是較低功耗、Y系列代表的是極低的功耗。在臺式機中，X代表的是最高性能、K代表的是高性能、T代表的是功耗優化。

關于型號規則大家也可以參考 Intel 的官網介紹（https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/processors/processor-numbers.html）。

現在我們再回頭來看一下我們開頭提到的 CPU，Intel(R) Core(TM) i5-7200U CPU。這里面包含的含義就是，這是一個Intel 的酷睿子品牌的 CPU，i7代表著中高端，代際編號是7，這個代際的處理器架構是 2016 年發布的采用的 Kaby Lake 架構生產的。SKU 編號是 200。產品線后綴的 U 代表的是低功耗，比較省電，同時也就代表著性能并不是最強的。

在看最新的發布的酷睿 CPU 型號有，Intel(R) Core(TM) i9-14900K、Intel(R) Core(TM) i7-14700K、Intel(R) Core(TM) i5-14600K 等幾款 CPU。這里面也表示了還是屬于 Intel 酷睿 子品牌下的產品。i9、i7、i5分別代表著每個 CPU 的檔次。14 代表的是代際。900、700、600 屬于 SKU 編號。

二、CPU 的代際

前面在看到 Kaby Lake 的時候，肯定很多小伙伴都會表示看不懂這是什么意思。所以這里專門準備一個小節來解釋下。前面我們提到每個 CPU 型號中都包含了一個代際編號。比如第 7 代、第 8 代，就在剛剛 2023 的 10 月 16 日，已經更新到了第 14 代。

這個代際代表的 CPU 的生產年份不同、生產工藝不同、架構設計的不同。各個代際除了這個數字的編號外，還會有一個英文代號。比如第 7 代的代際編號就是 Kaby Lake。最新的第 14 代的代際編號是 Raptor Lake Refresh。下表是我搜集整理到的各個代際的信息（在手機上看需要往右拖動一下表格才能夠看全）。

在上面的表中，我列出了每一代 CPU 發行的時間、代數、代際編號、制程工藝，還有最后一列是微架構。因為我的老電腦中的 CPU 是 Kaby Lake，所以我把 Kaby Lake 的詳細的資料給大家翻出來。

我們這顆 CPU 是雙核四線程的。所以對應的 CPU 的 die 圖（CPU芯片的內部物理結構）就是下面這個

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在 Die圖中，最上方的Memory Controller 是內存控制器。當前 CPU 能支持什么樣規格的內存，以及能支持多大的內存，都是由 CPU 中的內存控制器來決定的。其中 Kaby Lake 的內存控制器相比上一代 Skylake 來說，將支持的內存頻率從 DDR4-2133 提升到了 DDR4-2400。

下方中間位置是兩個物理核，這是 CPU 中最重要的部分。還有兩塊 L3 Cache，要注意的是雖然在硬件上是有兩塊 L3，但不管有幾塊，所有的 L3 緩存都是所有核共享的。

在CPU 的下方最右側的 Gen9.5 是 CPU 中集成顯卡。因為我們不打算深入講顯卡，所以這里大家只要知道 PC 電腦的 CPU 里是包含一塊集成顯卡的就夠了。對這塊顯卡感興趣的同學可以移步 https://en.wikichip.org/wiki/intel/microarchitectures/gen9。

在 CPU 的下方最左側是 System Agent 模塊。在該模塊中主要包括外圍組件快速互聯（Peripheral Component Interconnect Express，簡稱PCIe） 通道、圖像處理單元（Image Processing Unit，IPU)等

在 Kaby Lake 中包含 20 個 PCIe 通道。其中有的通道是用于和顯卡通信，有的是通過南橋和硬盤、網卡等設備通信。

南橋芯片是用于幫助 CPU 和外圍設備交互的。固態硬盤、機械硬盤、網卡等 IO 設備一般來說都是通過南橋來和 CPU 相連的。南橋會收集好了這些設備上的數據再傳輸給 CPU 處理。另外現在有些高性能的固態硬盤也是直接通過 PCIe 通道和 CPU 通信，這樣的硬盤性能更好。

另外 IPU 的功能是支持視頻錄制成像、人臉檢測識別等圖像相關處理的硬件支持。

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以上就是 Kaby Lake 架構下 CPU 的主要物理結構。

另外從表中還可以看到 Kaby Lake 是2016年發布的，制程工藝是 14 nm。CPU 的制程工藝一直在進步，從 2013 年的 22 nm 逐步發展到了今天的 7 nm。制程工藝的進步帶來的好處主要是能效比的提升，單位面積上晶體管的數量增加了，但是需要的能耗卻變低了。（本文來自于公眾號「開發內功修煉」）

至于說其它的代際的架構中的內存控制器、PCIe 通道的變化情況，我們后面再單獨寫一篇文章。

三、物理核微架構設計

另外每個代際的 CPU 還有個非常不同的地方在于微架構的不同。微架構指的是每個物理核設計時采用的技術方案。不同的微架構對核的設計是不同的，比如 TLB、L1、L2 等各種緩存，再比如 CPU 核內部的運算單元都會有所不同。

通過上一節中的表格，可以看到我手頭的這顆Intel(R) Core(TM) i5-7200U CPU 代際編號為Kaby Lake，微架構的設計仍然沿用的是 Skylake 中的核設計。那么 Skylake 中的物理核是怎么設計的呢？我從官網站到了它的內部物理結構。

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上面的圖中大致可以根據顏色的不同分成三大塊區域。

第一塊區域是黃色部分的前端，也叫 Front End。

前端部分的作用是從內存中獲取指令并解碼，然后把解碼后的指令放到隊列中，等待 CPU 后端處理。還包括了 CPU 中的分支預測的實現 BPU。另外也還包含解析指令是需要用到的 L1 指令緩存和指令 TLB。

其中從上圖中也可以看到，Skylake 核中的 L1 指令緩存的大小是 32 KiB。

第二塊區域是綠色的后端，又叫 Execution Engine。

后端模塊的作用是從隊列中獲取前端解碼好了的指令開始運行。在后端中包括 Port0、Port1、...、Port7 等 8 個端口。每個端口都支持不同的微操作（uOP）的處理。

其中 Port0、Port1、Port5、Port6支持整數、浮點數的加法運算，Port2、Port3 用于地址生成和加載，Port4用于存儲操作。每個

因為有 8 個 Port，所以后端在一個時鐘周期內，是可以最多處理 8 個微操作的。

第三塊區域是紫色的存儲系統，又叫 Momory SubSystem。

在這里包括了 L1 級別的 Data 緩存區，圖中也展示了它的大小是 32KiB。還包括 L2 緩存，其大小是 256 KiB。另外還有 Data TLB 等緩存。這些緩存都是位于 CPU 核內部的。訪問它們的速度比訪問內存更快。（本文來自于公眾號「開發內功修煉」）

不同代際的 CPU 的微架構設計也是不同的，單核性能也會有變化，后面的文章里我們再講。

總結

今天借助我手頭的一枚老舊的 CPU Intel(R) Core(TM) i5-7200U CPU @ 2.50GHz 2.71 GHz。咱們深入地介紹了 Intel 的 CPU 命名規則。了解了命名規則有助于你快速判斷一顆 CPU 的大概的性能。不過如果你是一名發燒友，還是建議你搜索天梯圖來了解每個 CPU 的排名情況。

另外我們也找到了這顆 CPU 的硬件解剖圖 - Die 圖。從 Die 圖里我們直觀地看到了 CPU 內部的物理結構。在 i5-7200U 中包括了集成顯卡、包括了物理核、還看到了 L3 緩存的位置。另外內存控制器也是集成在 CPU 的，CPU 就是通過它來和內存通信的。還有就是 PCIe 通道，是 CPU 用來和硬盤、網卡、顯卡等設備通信的通路。

最后我們深入到了 Skylake 的物理核的內部。了解到了物理核中的三大組成部分：前端、后端和存儲模塊。其中前端負責指令的解析，后端負責指令解析后的微操作的運行處理。存儲系統為前端和后端提供了 L1、L2 等緩存，用于加速內存訪問。

看到這里，相信你對 CPU 會有更深刻的認識了。后面我們再來一篇文章介紹不同代際中都在哪些地方有進步。別猶豫，快把本文快分享給你的好基友吧！