High Performance Energy Efficient Microprocessor Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Oklobdzija, Vojin G. (EDT)/ Krishnamurthy, Ram K. (EDT)

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2006-6

价格:$ 213.57

装帧:HRD

isbn号码:9780387285948

丛书系列:

图书标签:

• Microprocessor Design
• Energy Efficiency
• High Performance
• VLSI
• Computer Architecture
• Low Power Design
• Digital Circuits
• Embedded Systems
• Hardware Design
• Processor Design

好的，这是一份关于一本名为《面向高性能与高能效的微处理器设计》的图书的详细简介，内容侧重于该领域的前沿技术、挑战与解决方案，但不涉及您提到的具体书名。 --- 图书简介：面向下一代计算范式的微处理器架构与实现 主题聚焦：突破功耗墙，驱动异构计算的未来 在当今数字时代，计算需求的指数级增长与传统功耗墙的矛盾日益尖锐。从超大规模数据中心到边缘智能设备，对更高性能和更低能耗的需求从未如此迫切。本书深入探讨了微处理器设计领域中，如何通过创新的架构、先进的工艺技术以及智能化的管理机制，实现性能与能效的协同优化，从而驱动下一代计算范式的变革。 本书旨在为高级研究人员、系统架构师以及资深硬件工程师提供一个全面、深入的知识框架，用以理解和解决现代处理器设计中的核心挑战。我们摒弃了对传统流水线和缓存理论的冗余回顾，而是将重点聚焦于当前技术前沿的瓶颈突破点。 第一部分：超越摩尔定律的挑战与机遇 随着特征尺寸的逼近物理极限，单一的频率提升已不再是主流解决方案。本部分首先构建了理解当前微处理器设计的宏观背景，分析了冯·诺依曼瓶颈在现代应用负载下的具体体现，并探讨了功耗密度、散热管理以及制造变异性（Variability）带来的系统级挑战。 重点内容包括： 1. 功耗与性能的量化模型： 深入分析动态功耗与静态漏电的复杂相互作用，建立适用于复杂多核系统的能效指标体系，超越简单的DMIPS/W，引入面向特定工作负载的“能效轮廓”分析方法。 2. 异构计算的系统级融合： 探讨如何从指令集架构（ISA）层面开始规划异构单元（如GPU、DSP、NPU）的协同工作机制，关注数据移动效率与一致性维护的开销。 3. 新兴工艺技术的影响： 分析FinFET、Gate-All-Around（GAA）晶体管结构对亚阈值斜率和开关速度的影响，以及新型存储器技术（如MRAM、RRAM）在近存计算（Processing-In-Memory, PIM）架构中的潜力与挑战。 第二部分：深度定制化的架构创新 本书的核心价值在于对超越通用指令集架构（GSA）的设计哲学的探讨。我们着重阐述了如何根据应用需求，定制化地设计处理器核心、内存子系统以及互连网络，以实现极致的能效比。 2.1 核心级微架构的能效优化 本节细致剖析了现代乱序执行（OoOE）引擎的能效瓶颈，并提出了精细化的控制与预测机制： 动态分支预测的能效权衡： 探讨如何设计更轻量级、但准确度更高的分支目标缓冲区（BTB）和分支历史表（BHT），降低预测错误时的回滚成本，同时减少预测单元本身的静态功耗。 精简的指令级并行（ILP）： 分析过度的超标量设计（Superscalar）在低负载场景下的资源浪费。介绍“可重构宽度”或“动态宽度”核心设计，允许处理器在不同能耗模式间平滑切换。 数据流与依赖管理： 深入研究非精确计算（Approximate Computing）在特定领域（如媒体处理、深度学习推理）的应用，探讨如何通过硬件机制实现可控的精度损失，以换取显著的性能和能效提升。 2.2 内存层次结构的重构 内存访问延迟和能耗已成为现代处理器设计中的主要瓶颈。本书提出了多层次的、面向数据的内存优化策略： 片上互连网络（NoC）的能效设计： 从拓扑结构选择（如Mesh、Torus、Fat-Tree）到路由算法（如自适应与流量感知路由）的优化，确保在保证低延迟的同时，最小化数据传输所需的能量。 最后一级缓存（LLC）的智能管理： 引入基于机器学习的缓存替换策略，实时预测哪些数据块最有可能被重用，优化了缓存的空间利用率，减少了标签（Tag）的查找能耗。 跨层级缓存的一致性协议优化： 探讨在多核或众核系统中，如何设计更低开销的缓存一致性协议，减少总线流量，特别是针对共享内存模型的优化。 第三部分：系统级能效管理与可靠性 仅有高效的硬件是不够的，系统级的软件协同设计和动态管理机制是实现持续能效优化的关键。 精细化的频率/电压调节（DVFS）： 突破传统的基于固定阈值的DVFS策略。本书介绍基于工作负载特征和系统热状态的预测性、多核感知的电压频率调节框架，实现更细粒度的性能-功耗控制。 睡眠状态与唤醒延迟的优化： 针对间歇性计算（Intermittent Computing）和事件驱动型应用，设计高效的深度睡眠模式（Deep Sleep Modes），并严格量化状态保存与恢复过程中的能耗开销。 可靠性、可恢复性与弹性设计（Reliability, Resilience, and Reconfigurability）： 探讨在接近阈值电压（Near-Threshold Voltage）下运行带来的软错误（Soft Errors）问题。引入硬件冗余、错误检测与恢复机制，确保在极限能效点附近依然维持系统级的可靠性。 面向未来：专用化与领域特定架构（DSA） 本书的最终部分展望了微处理器设计领域的下一波浪潮——领域特定架构的崛起。我们分析了如何从硬件描述语言（HDL）或高层次综合（HLS）工具流中，快速生成针对特定算法（如稀疏矩阵运算、Transformer模型）高度优化的处理器模块，实现超越通用CPU和GPU的能效比。 本书特色： 前沿性与深度并重： 覆盖了最近五年内国际顶级会议（如ISCA, MICRO, HPCA, VLSI Symposium）的突破性研究成果。 侧重于“如何做”： 提供了大量关于架构选择、性能建模和设计实现过程中的实用权衡分析。 面向复杂系统的视角： 强调了核心、内存、互连和软件栈之间的整体协同优化，而非孤立地看待某一个组件。 本书是希望在计算架构领域推动下一代技术创新的工程师和研究人员的必备参考资料。它提供了一张清晰的路线图，指导读者如何设计出既能满足严苛性能要求，又能适应日益严格的能耗约束的下一代微处理器系统。

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