宁夏回族自治区2022届高三年级第四次月考 文科综合能力测试 注意事项： 1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。 2．作答时，务必将答案写在答题卡上。写在本试卷及草稿纸上无效。 3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 一、选择题：本题共35个小题，每小题4分，共140分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。 邮轮建造被誉为“造船皇冠上的明珠”，目前主要集中在欧洲。邮轮运营主要分布在欧美。表1为2013～2017年全球主要航区的邮轮旅游市场份额表。据此完成1～2题。 表1 1．欧洲目前为邮轮建造中心的主要优势是 ①产业链完整 ②交通网络发达 ③资金和技术密集 ④旅游市场份额增长快 A．①② B．①③ C．②④ D．③④ 2．加勒比海航区邮轮市场份额最高，最可能的原因是（ ） ①气候温和，景色优美 ②邻近美国，市场需求量大 ③航运便捷，热带海岛旅游资源丰富 ④亚太地区经济发展迅速，客源充足 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 野火是在自然状态下发生的火。近年来,世界各地野火频发,给人类生命财产安全和自然生态系统造成严重影响。蒙古东部地区(见图1)野火发生频率高且区域差异大。据此完成3～5题。 图1 3．该地区主要野火类型是 A．落叶林火 B．针叶林火 C．草原火 D．荒漠草原火 4．从可燃物及管理角度,推测下列区域野火发生频率最高的是 A．东方省 B．中央省 C．南戈壁省 D．色楞格省 5．该地区野火发生最活跃的年份以3~4年为周期。其最为可能的影响因素是 A．气温变化 B．降水变化 C．游牧活动 D．植被生物量 智利南北长4352千米，是世界上最狭长的国家。智利北部是著名的阿塔卡马沙漠，沙漠中的查赫南多尔高原（5000米）分布着世界著名的射电天文观测设备“ALMA”（阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜）。智利首都圣地亚哥位于中部地区，该地区附近是水果种植的主要集中区，水果主要销往美国和欧洲。图2示意智利、阿根廷局部位置。据此完成6～8题。 图2 6．与智利南部地区相比，中部水果种植的主要优势是 A．光照充足 B．土壤肥沃 C．雨热同期 D．降水较多 7．与以色列相比，智利水果销往欧洲的主要优势是 A．农业技术先进 B．交通便利 C．果质优良 D．季节相反 8．“ALMA”和分布在我国贵州喀斯特洼地的射电望远镜“天眼”在选址上共同的有利条件是 A．降水少，晴天多 B．远离城市，干扰少 C．海拔高，空气稀薄 D．地质环境稳定 雷尼尔山（46°51′N，121°45′W）位于美国西北部华盛顿州西雅图市东南85千米处，山体呈圆锥形，主峰海拔4391米。在秋冬季节多云的日出时分，山的影子有时会投映在天上。图3拍摄于2019年10月3日。据此完成9～11题。 图3 9．照片中山的影子投向山峰的 A．西北方 B． 东南方 C． 西南方 D． 正西方 10．投射有山影的大气和云层并不是完全黑暗的，主要是因为 A．大气逆辐射影响 B．地面长波辐射影响 C．大气的吸收作用 D．大气的散射作用 11．对雷尼尔山地理特征的推测，可信的是 A．山腰处的森林主要是落叶阔叶林 B．山顶夏季没有冰雪覆盖 C．冬季降雪量多 D．属褶皱－断块山 12．在环保、碳中和等背景下，2021年国内煤炭产量同比出现负增长，再加上疫情导致的工业需求和季节性用电需求增加，致使煤炭价格持续走高，出现“煤超疯”现象。不考虑其他因素，下列能正确反映“煤超疯”现象的图示(图4)（S、D分别代表供给和需求）是： 图4 13．2021年7月30日，中共中央政治局会议强调，积极的财政政策要提升政策效能，兜牢基层“三保”底线，合理把握预算内投资和地方政府债券发行进度，推动今年底明年初形成实物工作量。下列符合这一政策要求并能发挥预期作用的传导路径是： A．中国人民银行发行债券→收回货币→减少货币供应量→抑制通货膨胀→促进经济健康发展 B．降低企业贷款利率→缓解小微企业融资难→调动投资积极性→进一步实现经济基本面向好 C．财政资金贴息→企业贷款成本降低→助力小微企业发展→促进居民就业→以保障基本民生 D．发行地方政府债券→弥补财政缺口→增加地方可用财力→刺激社会总供给→保民生兜底线 14．2021年9月16日，《求是》杂志刊发国资委党委署名文章《坚持党的领导、加强党的建设是国有企业的“根”和“魂”》。文章要求：必须全面理解和落实“两个一以贯之”，确保国有企业党委（党组）把方向、管大局、促落实，董事会定战略、作决策、防风险，经理层谋经营、抓落实、强管理，各治理主体不缺位、不越位，不相互替代、不各自为政。该要求有利于： ①防范国有资产流失，提高国有资本在全社会的比重 ②在健全机制中更好促进各治理主体作用的有效发挥 ③明确党组织的法人地位，发挥党委的领导核心作用 ④坚持中国特色现代企业制度改革方向，发挥其优势 A．①③?????? B．①④??? C．②③???? D．②④ 15．2021年中央预算内投资安排6100亿元，继续支持促进区域协调发展的重大工程，推进“两新一重”建设，实施一批交通、能源、水利等重大工程项目，建设信息网络等新型基础设施，发展现代物流体系。这说明 ①国家发挥有效投资对经济发展的关键性作用 ②政府财政支出形成社会总供给，稳定经济发展 ③政府简化投资审批程序，提高财政投资回报率 ④积极财政政策有利于合理配置资源，扩大内需 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 16．2020年下半年以来，中国对互联网平台巨头的反垄断监管持续升温。随着《数据安全法》《个人信息保护法》的相继出台，互联网巨头们通过流量、数据、算法等方式限制竞争对手、大发利市，在互联网空间拥有的呼风唤雨般的“权力”，不断被限制。对此认识正确的是 ①垄断是市场调节的盲目性导致的后果 ②垄断会影响资源配置效率，导致资源浪费 ③应加强安全监管，保持宏观经济稳定运行 ④完善公平竞争制度，加强和改进反垄断和反不正当竞争 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 17．2021年中国国际服务贸易交易会(下称服贸会)于9月2日至7日在北京举办。本届服贸会把握数字经济、碳达峰碳中和等全球热点趋势，突出服务开放合作，促进世界经济复苏，主题为“数字开启未来，服务促进发展”。举办此次服贸会可以： ①扩大对外开放，坚持引进来和走出去并重 ②搭建国际交易平台，带动全球服务贸易发展 ③推动转换经济发展动能，深化供给侧结构性改革 ④优化对外贸易结构，加速服务贸易市场全面开放 A．①②???? B．②③????? C．①④????? D．②④ 18．在疫情面前，我们都是责任人；疫情防控，我们都是参与者。接种新冠疫苗，是私事，是个人权利；更是公事，是社会公共利益。作为公民应 ①树立“公民意识”，要努力提高疫苗的接种覆盖率 ②提升“参与能力”，积极维护公民的基本民主权利 ③增强“责任担当”，将履行义务与享受权利相统一 ④涵养“家国情怀”，将个人利益与国家利益相结合 A．①② B．②④ C．①③ D．③④ 19．在中共中央办公厅．国务院办公厅“双减”文件发布后，某居民发现一校外小学英语培训机构以组织秋游的方式在双休日开展英语培训．于是向市教育局长写了一封《谁来保护孩子的双休日》的信。局长回信表示将依法依规严惩重罚校外培训机构学科违规培训行为,并承诺深化校外培训机构治理，构建教育良好生态。居民给教育局长写信是： ①通过信访制度参与民主监督??? ②通过社情民意反映制度参与民主决策 ③公民有序参与社会治理的表现?? ④通过舆论方式行使监督权 A．①③??? B．①④???? C．②③???? D．②④ 20．2021年9月起，杭州市将围绕“城市品质如何更精致”“为民服务如何更精心”等主题组织开展“公述民评”问政活动。市政府将对征集到的问题进行梳理汇总，并交各问政责任单位进行整改和反馈。杭州市政府这一举措 ①拓宽了公民行使决策权的渠道，有助于推进科学决策 ②完善了公民行使监督权的方式，有助于提高行政效率 ③有助于公民积极参与民主管理，管理好社会公共事务 ④有助于增强公民的社会责任感，改进政府的相关工作 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 21．表2是某市某区第五届人民代表大会代表的选票，根据选票所反映的信息，可以判断这种选举方式： 表2 代表候选人（按姓名笔画排序） 符号 符号 候选人姓名 江某 符号 符号 另选人姓名 说明： 1．应选代表2名，多选无效，等于或少选有效。 2．选票上名单为正式代表候选人名单，同意的请在姓名上方符号栏内画“O”, 反对的画“X", 弃权不画任何符号。若另选他人，在另选人姓名栏内填写姓名，并在姓名上方符号栏内画“O”,不画“O”无效。 ①可以在候选人之间形成相应的竞争??????????? ②可以比较充分地考虑当选者结构的合理性 ③若不加有效规范，可能会出现虚假宣传的情况? ④适合在选民较多、分布较广的情况下使用 A．①②??? B．③④???? C．①③????? D．②④ 22．2021年以来，浙江省公安机关以庆祝建党100周年安保维稳工作为主线，围绕有效维护网络空间安全和秩序、依法打击网络违法犯罪活动、全面整治网上违法犯罪乱象的目标，推进“净网2021”专项行动纵深开展。截至目前，全省共侦办各类网络违法犯罪案件2.4万余起，抓获犯罪嫌疑人2.6万余名。这从一个侧面表明 ①我国社会主义民主是最真实、最管用的民主 ②我国人民的任何违法犯罪行为都会受到法律制裁 ③民主与专政相辅相成，专政是民主的有力保障 ④打击违法犯罪，是公民参与管理国家的基础和标志 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 23．我国法律规定，人民群众可以通过听证会、电视网络问政、政务公开、领导热线、监督举报和意见征集等方式，表达自己的意见建议。如《中华人民共和国未成年人保护法(修订草案)》和《中华人民共和国预防未成年人犯罪法(修订草案)》公开向社会征求意见，共有约4.7万人提出超过5.7万条意见，未成年人的意见占近一半，其中很多意见得到吸收和采纳。这充分说明： ①民主必须既能体现人民意志，又能落实为具体的政治实践 ②我国人民民主是一种真实的、不断发展完善的全过程民主 ③发展社会主义民主政治要坚持用制度体系保证人民当家作主 ④人民民主专政是社会主义的生命，符合广大人民的根本利益 A．①③??? B．①②??? C．②④?? D．③④ 24．西周灭殷商后，将周公长子伯禽封于鲁国，鲁人主体由殷人氏族和周人氏族构成。由此可见，分封制 A．体现了王族优势地位 B．是地域和血缘的结合 C．有利于瓦解氏族势力 D．与宗法制度互为表里 25．占田制是西晋颁行的土地、赋税制度。它明确规定一品官有权占田五十顷，以下每品递减五顷，至九品占田十顷。贵族官僚还可以荫亲属，多者九族，少者三族。一品官到九品官还可以荫佃客十五户到一户，荫衣食客三人到一人。这一规定有利于 A．减轻百姓负担 B．维护士族特权 C．防止官员腐败 D．遏制土地兼并 26．宋代在人地矛盾日益紧张的情况下，江南地区农村劳动力存在着明显“溢出”。比如“湖州民蔡七，长大有力，受人佣故（雇），足迹遍闾巷”；“明州人郑邦杰，以泛海贸迁为业，往来高丽、日本”。这些现象 A．优化了劳动力的产业配置 B．推动了城乡关系密切发展 C．放松了封建人身依附关系 D．动摇了传统重农抑商政策 27．古代中国对吸收外来思想文化十分谨慎，但却引进了大量农作物，如汉魏时期的葡萄、胡萝卜、香菜，唐朝的菠菜，明朝的番茄、玉米、马铃薯等。从这些行为中可以看出 A．中国传统社会的实用主义 B．中外频繁交往提升经济水平 C．长期存在的巨大人口压力 D．普通民众日常生活丰富多彩 28．光绪二十二年正月十二日总理衙门议复奏折称：“该御史请将强学书局改归官办，自系为讲求实学，培养人才起见。”官办后，其报刊登内容均为官员升迁、钱粮水患等事务，至于广译西书，讲求维新一字全无。由此推断维新变法 A．组织力量欠缺群众基础 B．没有反帝反封的斗争勇气 C．推行过程太过仓促急迫 D．具体策略受制于政治格局 29．1929年4月，毛泽东指出：“半殖民地中国的革命，只有农民斗争得不到工人的领导而失败，没有农民斗争的发展超过工人势力而不利于革命本身的。”这句话强调的是 A．认清革命对象的重要性 B．工人阶级的领导十分关键 C．发展农村斗争的必要性 D．要兼顾工人和农民的运动 30．表3为中国1928年―1932年全国新注册工厂数量与资本额，据此可知 表3 年份 1928年 1929年 1930年 1931年 1932年 工厂数量（个） 250 180 119 117 87 工厂资本额（万元） 59 A．国民经济建设运动成果有限 B．欧美列强加剧对华资本输出 C．民族资本主义规模增长减缓 D．中国工业发展出现倒退趋势 31．陈云曾指出：“从一九五三年以来，我国市场上出现了若干种日用消费品供不应求的现象。一九五三年上半年，在小麦遭受冻灾的地区，粮食的供求状况很紧张；下半年，食油、肉类在许多地方也供不应求，不少城镇中都要排队购买。”为了解决这个问题，中央人民政府 A．加快土地改革 B．实行统购统销 C．兴办人民食堂 D．推广农业合作 32．针对部分意大利同盟者的起义，公元前90年年底，罗马元老院通过《尤里乌斯法》，向至今为止仍然忠于罗马的意大利同盟者以及在罗马军中服役的同盟者公民授予罗马公民权。法案一经公布，便立刻有效地阻止了起义规模的扩大。这表明 A．罗马法有缓和民族矛盾的作用 B．罗马公民实际上是特权阶层 C．罗马法有利于帝国的疆域扩大 D．罗马贵族依然垄断国家权力 33．据统计， 17世纪，美洲白银生产约为42000吨，其中有31000吨运往欧洲，欧洲又将约40%运往亚洲……尤其是中国和印度。这表明当时 A．亚洲在世界贸易中占据优势地位 B．中印两国主导了世界白银流动 C．西欧已丧失了世界贸易中心地位 D．欧洲加大了对亚洲的资本输出 34．斯塔夫理阿诺斯在《全球通史》中写道：“1834年发生了一件意义深远的事件，使得中英关系大大恶化：那就是东印度公司对华贸易垄断权被取消。”文中“东印度公司”对外贸易垄断权被取消的主要原因是 A．英荷战争中英国取胜 B．中国发动了禁烟运动 C．重商主义思想的影响 D．自由主义思想的影响 35．有学者认为，如果英国在二战后比苏联更强大，冷战仍然会发生，英国将取代苏联成为美国安全的主要威胁。最符合这一规点的论断是 A．冷战源于美苏意识形态冲突 B．国家利益分歧导致美苏冷战 C．雅尔塔体系是美苏冷战根源 D．美苏争霸威胁双方国家安全 二、非选择题：共160分。第36～41题为必考题，每个试题考生都必须做答。第42～46题为选考题，考生根据要求做答。 （一）必考题：共135分。 36．（22分） 材料一 成都双流国际机场位于该市主城区西南方向约16km处．毗邻成都市高新技术产业开发区（国家级高新技术产业开发区、其中天府国际生物城，由成都高新区与双流区合作共建，是成都发展生物医药产业的核心集聚空间，围绕生物医药、生物医学工程、生物服务、健康新经济四大产业主攻方向）。该机场吞吐量居我国中西部第一、全国第四，是我国西南地区重要的航空枢纽港和客货集散地。图5为我国局部地区图。图6为成都双流国际机场与主城区位置关系图。 图5 图6 材料二 饮食文化涉及到食源的开发与利用、食具的运用与创新、食品的生产与消费、餐饮的服务与接待、餐饮业与食品业的经营与管理，以及饮食与国泰民安、饮食与文学艺术、饮食与人生境界的关系等，深厚广博。川菜作为我国四大菜系之一，在我国烹饪史上占有重要地位。它取材广泛，调味多变，菜式多样，口味清鲜醇浓并重，以善用麻辣著称。 （1）试分析成都高新区现代生物医药产业临近双流国际机场的区位因素。（6分） （2）在运输方式选择中，图1所示区域航空运输需求较大。从地形角度分析其原因。（6分） （3）分析该机场吞吐量大的原因。（4分） （4）川菜作为我国四大菜系之一，从环境的角度分析川菜自成一系的原因。（6分） 37．阅读图文材料，完成下列要求。（24分） 葡萄耐旱、喜光照。世界文化遗产拉沃葡萄园梯田（46°N，6°E）位于阿尔卑斯山日内瓦湖北岸（图7），早在12世纪中叶，当地居民将山坡上的石头垒成一道道石墙，石墙间配套修建导水渠与日内瓦湖相连。在石墙内堆填外地运来的土壤，建成梯田，用来种植葡萄。目前，葡萄园梯田面积近900公顷，其中坡度30°以上约占40%。葡萄种植和酿酒为拉沃地区支柱产业，这里的葡萄酒远近闻名，质量高却很少出口。在周围地区城市化和旅游业发展的进程中，拉沃梯田面积并没有减小，依然保持着田园气韵。 图7 （1）简述拉沃地区修建石头梯田的理由。（6分） （2）简述当地居民在石墙间配套修建导水渠的目的。（6分） （3）分析拉沃地区葡萄酒品质高及很少出口的原因。（8分） （4）说明拉沃梯田并未随着当地城市扩张和旅游业发展而面积减小的原因。（4分） 38．读材料，回答下列问题。（16分） 2021年，中国迎来加入世贸组织20周年。2年来，中国认真履行承诺，不断扩大开放市场，坚定支持多边贸易体制，推动全球经济治理体系改革完善，在自身发展的同时为世界提供更多机遇。 材料一 图8 (1)说明材料一反映的经济信息。（4分） 材料二 2020年以来，面对突如其来的新冠肺炎疫情和复杂严峻的国内外形势，中国外贸回稳向好，但我国对外贸易仍面临各种压力，我们要在保持出口稳定增长的同时，适当扩大进口规模，优化进口结构，促进对外贸易平衡发展。通过进口先进技术和关键设备，可以为产业结构调整和优化提供有效服务；可以最大限度地提高经济效益；可以提高出口产品质量，提高制成品和附加价值高的深加工产品的出口比重，进而提高我国制造业在全球价值链中的地位；进口大量发展生产必需的原材料和国内生产短缺的零部件，缓解了国内供需的矛盾，扩大国内有效的商品生产，增加高质量商品投放，繁荣活跃市场。 （2）结合材料二，运用经济生活的知识说明我国扩大先进技术和装备的进口对我国经济高质量发展的作用。（12分） 39．阅读材料，完成下列要求。（14分） 黄河是中华民族的母亲河，保护黄河是事关中华民族伟大复兴的千秋大计。2021年10月习近平书记主持召开深入推动黄河流域生态保护和高质量发展 黄河流域覆盖9个省区，横跨东、中、西三大区域，是青藏高原生态屏障、黄土高原―川滇生态屏障和北方防沙带的重要交汇区域。黄河流域也是我国陆上、空中、网上“丝绸之路”的重要经济带，我国13个粮食主产区有4个分布在此，有18个地市的53个县列入全国产粮大县，国家规划建设的5大重点能源基地中有3个位于该区域。同时，黄河中上游流域还是我国少数民族聚居较为集中的区域、打赢脱贫攻坚战的重要区域，推动黄河流域生态空间一体化保护和环境协同化治理意义重大影响深远。 结合材料，运用经济生活知识，说明推进黄河流域生态保护工作的经济社会价值（14分） 40．阅读材料，完成下列要求。（22分） 材料一 “十四五”期间，乡村振兴已经成为全面脱贫后的重点建设内容。 （1）结合材料一，运用“公民的政治生活”的知识说明，《乡村振兴促进法》制定实施的落脚点为什么要放在保障农民的合法权益上。（10分） 材料二： 乡村振兴，治理有效是基础 重庆市铜梁区实施“党建扎拉、治理站网”提式，推动基层社会治理创新，入选为全国市城社会治理现代化试点区。铜梁区区委领导任社会治理创新领导小组组长，把党支部建在社区网格上,并设立楼栋党小组海月召开基层党建引领美县治理创新联席会、协调解决重难点问题:建立区镇街和社区三级社会治理指挥中心，将公安、民政、城管、消防等方面将合为一张网，利用社会治理大数据库进行网格化服务管理，全天候受理群众诉成:推“社区协商日"制度每月周定一天作为社区协商日，召开居民议事会，与社区群众协商基层治理中的重大事项和涉及群众切身利益的事项:建立社区服务项目中报承械制度，制定社会组织承接社区服务项目清单,通过项目驱动，为社区居民提供专业化、社会化、．并化服务，极大地提升了群众的获得感和幸福感。 结合材料二，运用政治生活知识，分析重庆市铜梁区是如何推进基层社会治理创新的。（12分） 41．（25分）阅读材料，完成下列要求。 材料一　 明清时期是徽商发展的黄金时代，这一时期，徽州商人无论营业人数、活动范围、经营行业与资本，都居全国各商人集团的首位。其商业活动遍布全国，徽商的足迹还远至日本、

多核之后，CPU 的发展方向是什么？中科院计算所包云岗详细解读

后摩尔定律时代，CPU 性能提升放缓，计算力增长式微。多核之后，CPU 还能借助哪些方向实现突围？在这篇文章中，中国科学院计算技术研究所研究员包云岗对这一问题进行了详细解读。

包云岗，中国科学院计算技术研究所研究员、博士生导师、中国科学院大学教授，中国开放指令生态（RISC-V）联盟秘书长，从事计算机体系结构和开源芯片方向前沿研究，主持研制多款达到国际先进水平的原型系统，相关技术在华为、阿里等国内外企业应用。他曾获「CCF-Intel 青年学者」奖、阿里巴巴最佳合作项目奖、「CCF-IEEE CS」青年科学家奖等奖项。

2020 年底给某大厂做过一个报告，包含两部分内容：一部分是关于计算机体系结构，尤其是 CPU 结构的演变；另一部分关于处理器芯片设计方法。这里把第一部分内容贴出来回答一下这个知乎问题。

1. 首先回顾一下计算机体系结构领域三个定律：摩尔定律、牧村定律、贝尔定律。摩尔定律就不用多说了，但想表达一个观点是摩尔定律未死，只是不断放缓。

可以来看一下 MIT 团队开展的一个小实验（见下面 PPT）：假设用 Python 实现一个矩阵乘法的性能是 1，那么用 C 语言重写后性能可以提高 50 倍，如果再充分挖掘体系结构特性（如循环并行化、访存优化、SIMD 等），那么性能甚至可以提高 63000 倍。然而，真正能如此深入理解体系结构、写出这种极致性能的程序员绝对是凤毛麟角。

问题是这么大的性能差异到底算好还是坏？从软件开发角度来看，这显然不是好事。这意味着大多数程序员无法充分发挥 CPU 的性能，无法充分利用好晶体管。这不能怪程序员，更主要还是因为 CPU 微结构太复杂了，导致软件难以发挥出硬件性能。

如何解决这个问题？领域专用架构 DSA（Domain-Specific Architecture）就是一个有效的方法。DSA 可以针对特定领域应用程序，定制微结构，从而实现数量级提高性能功耗比。这相当于是把顶尖程序员的知识直接实现到硬件上。

3. 第二个定律是牧村定律（也有称「牧村波动」）。1987 年， 原日立公司总工程师牧村次夫(Tsugio Makimoto) 提出，半导体产品发展历程总是在「标准化」与「定制化」之间交替摆动，大概每十年波动一次。牧村定律背后是性能功耗和开发效率之间的平衡。

对于处理器来说，就是专用结构和通用结构之间的平衡。最近这一波开始转向了追求性能功耗，于是专用结构开始更受关注。

4. 第三个定律是贝尔定律。这是 Gordon Bell 在 1972 年提出的一个观察，具体内容如下面的 PPT 所述。值得一提的是超级计算机应用最高奖 “戈登 · 贝尔奖” 就是以他的名字命名。

5. 贝尔定律指明了未来一个新的发展趋势，也就是 AIoT 时代的到来。这将会是一个处理器需求再度爆发的时代，但同时也会是一个需求碎片化的时代，不同的领域、不同行业对芯片需求会有所不同，比如集成不同的传感器、不同的加速器等等。如何应对碎片化需求？这又将会是一个挑战。

6. 这三个定律都驱动计算机体系结构向一个方向发展，那就是「DSA」。如何实现 DSA，这又涉及到两个方面：

为了追求性能功耗，有三条主要的设计原则（见下面 PPT）；

为了应对碎片化需求，则需要发展出处理器敏捷设计新方法。（这个回答就不介绍敏捷设计方法了）

7. 在谈一些具体技术之前，我们可以先总体看一下过去几十年 CPU 性能是如何提升的。下面这页 PPT 列出了 这二十年 Intel 处理器的架构演进过程——这是一个不断迭代优化的过程，集成了上百个架构优化技术。

这些技术之间还存在很多耦合，带来很大的设计复杂度。比如 2011 年在 Sandy Bridge 上引入了大页面技术，要实现这个功能，会涉及到超标量、乱序执行、大内存、SSE 指令、多核、硬件虚拟化、uOP Fusion 等等一系列 CPU 模块和功能的修改，还涉及操作系统、编译器、函数库等软件层次修改，可谓是牵一发动全身。（经常看到有人说芯片设计很简单，也许是因为还没有接触过 CPU 芯片的设计，不知道 CPU 设计的复杂度）

8. 处理器内部有非常复杂的状态，其状态变化是由程序驱动的。也就是说，处理器状态取决于程序行为（见下面 PPT），而 CPU 体系结构层次的优化思路就是发现程序行为中的共性特征并进行加速。

如何发现程序行为中的共性特征，就是处理器优化的关键点，这需要对程序行为、操作系统、编程与编译、体系结构等多个层次都有很好的理解，这也是计算机体系结构博士的基本要求。这也是为什么很多国外的计算机体系结构方向属于 Computer Science 系。

题外话：这两天看到国内成立集成电路一级学科，这是一个好消息。不过要能培育 CPU 设计人才，在课程设计上不要忽视了操作系统、编程与编译这些传统计算机科学的课程。

9. 举两个发现热点应用和热点代码、并在体系结构层次上优化的例子。一个例子是发现在不少领域 TCP/IP 协议栈五层协议（L5Ps）存在很多大量共性操作，比如加密解密等，于是直接在网卡上实现了一个针对 L5Ps 的加速器，大幅加速了网络包处理能力。另一个例子是这次疫情导致云计算数据中心大量算力都用来做视频转码，于是设计了一个硬件加速器专门来加速视频转码，大幅提升了数据中心效率。

10. 发现和识别这种热点应用和热点代码并不容易，需要由很强大的基础设施和分析设备。比如 Google 在其数据中心内部有一个 GWP 工具，能对整个数据中心应用在很低的开销下进行监测与统计，找到算力被那些热点程序 / 代码消耗，当前的 CPU 哪些部件是瓶颈。比如 GWP 显示在 Google 数据中心内部有 5% 的算力被用来做压缩。

正是得益于这些基础工具，Google 很早就发现 AI 应用在数据中心中应用比例越来越高，于是开始专门设计 TPU 来加速 AI 应用。

11. 下面分别从三个方面来介绍体系结构层面的常见优化思路：减少数据移动、降低数据精度、提高处理并行度。

首先看一下如何减少数据移动。第一个切入点是指令集——指令集是程序语义的一种表达方式。同一个算法可以用不同粒度的指令集来表达，但执行效率会有很大的差别。一般而言，粒度越大，表达能力变弱，但是执行效率会变高。

12. 通用指令集为了能覆盖尽可能多的应用，所以往往需要支持上千条指令，导致流水线前端设计（取指、译码、分支预测等）变得很复杂，对性能与功耗都会产生负面影响。

13. 针对某一个领域设计专用指令集，则可以大大减少指令数量，并且可以增大操作粒度、融合访存优化，实现数量级提高性能功耗比。下面 PPT 的这组数据是斯坦福大学团队曾经做过的一项研究，从这个图可以看出，使用了「Magic Instruction」后，性能功耗比大幅提升几十倍。而这种 Magic Instruction 其实就是一个非常具体的表达式以及对应的电路实现（见 PPT 右下角）。

14. 第二个减少数据移动的常用方法就是充分发挥缓存的作用。访存部件其实是处理器最重要的部分了，涉及许多技术点（如下面 PPT）。很多人都关注处理器的流水线多宽多深，但其实大多数时候，访存才是对处理器性能影响最大的。

关于访存优化，也有一系列技术，包括替换、预取等等。这些技术到今天也依然是体系结构研究的重点，这里就不展开细讲了。

15. 不再展开介绍访存优化技术，就选最近比较热的内存压缩方向介绍一下。

IBM 在最新的 Z15 处理器中增加了一个内存压缩加速模块，比软件压缩效率提高 388 倍，效果非常突出。

16. 英伟达也在研究如何在 GPU 中通过内存压缩技术来提升片上存储的有效容量，从而提高应用性能。

如果再仔细对比下去，就会发现这两款处理器最大的区别在于 G850 适配的内存控制器中引入 FMA（Fast Memory Access）优化技术，大幅提高了访存性能。

18. 第二类体系结构优化技术是降低数据精度。这方面是这几年研究的热点，特别是在深度学习领域，很多研究发现不需要 64 位浮点，只需要 16 位甚至 8 位定点来运算，精度也没有什么损失，但性能却得到数倍提升。

很多 AI 处理器都在利用这个思路进行优化，包括前段时间日本研制的世界最快的超级计算机 “富岳” 中的 CPU 中就采用了不同的运算精度。因此其基于低精度的 AI 运算能力可以达到 1.4EOPS，比 64 位浮点运算性能（416PFLOPS）要高 3.4 倍。

20. 体系结构层次的第三个优化思路就是并行。这个题目中提到的 “多核”，就是这个思路中一个具体的技术。除了多核，还有其他不同层次的并行度，比如指令集并行、线程级并行、请求级别并行；除了指令级并行 ILP，还有访存级并行 MLP。总之，提高处理并行度是一种很有效的优化手段。

以上是关于计算机体系结构尤其是 CPU 结构优化思路的一个大致梳理，供大家参考。总结来说就是两点结论：

1. 领域专用体系结构 DSA 是未来一段时间体系结构发展趋势；

2. 体系结构层面 3 条优化路线——减少数据移动、降低数据精度、提高处理并行度。