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：

圖片

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?？犷Ｊ?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

圖片

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。

圖片

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。

圖片

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！