Architectonische innovaties:

* Chiplets: In plaats van een enkele monolithische chip, worden processors opgebouwd uit meerdere kleinere dies (chiplets) die met elkaar zijn verbonden via verbindingen met hoge bandbreedte. Dit maakt een eenvoudigere productie mogelijk, opschaling naar grotere kernaantallen en het mixen van verschillende soorten chiplets (bijv. CPU, GPU, AI-versneller). AMD's Ryzen en Intel's Foveros zijn voorbeelden.

* Heterogene integratie: Bouw processors uit diverse componenten die verder gaan dan alleen CPU-kernen, inclusief gespecialiseerde hardwareversnellers voor AI (zoals Tensor Cores in NVIDIA GPU's of Matrix Cores in AMD GPU's), machine learning en andere taken. Dit zorgt voor geoptimaliseerde prestaties bij specifieke workloads.

* Geavanceerde cache-architecturen: Grotere, meer geavanceerde cachesystemen met verbeterd gegevensbeheer en prefetching-technieken om de latentie van geheugentoegang te verminderen. Dit omvat technieken zoals het delen van Last Level Cache (LLC) tussen kernen, en intelligente caching-algoritmen om gegevensbehoeften te voorspellen.

* Verbeterde vertakkingsvoorspelling: Nauwkeurigere en geavanceerdere aftakkingsvoorspellingseenheden om het vastlopen van pijpleidingen te minimaliseren en de efficiëntie van de instructie-uitvoering te verbeteren. Deze gebruiken machine learning-technieken om programmagedrag te leren.

* Verbeteringen bij uitvoering buiten bestelling: Geavanceerde algoritmen en hardware om instructies tijdens runtime dynamisch te herschikken om de parallelliteit te maximaliseren en inactieve cycli te verminderen.

* Datacentrische architecturen: Architecturen die zijn geoptimaliseerd voor het efficiënt verplaatsen en verwerken van gegevens, waarbij vaak gebruik wordt gemaakt van gespecialiseerde hardware- en geheugensubsystemen. Dit is cruciaal voor data-intensieve toepassingen zoals AI en big data.

Productie en materialen:

* EUV-lithografie (extreem ultraviolet): Maakt de creatie van ongelooflijk kleine transistors mogelijk, waardoor een hogere transistordichtheid en een lager energieverbruik mogelijk zijn. Dit is cruciaal voor het doorvoeren van de wet van Moore.

* FinFET- en GAAFET-transistors: 3D-transistorarchitecturen (FinFET's worden geleidelijk vervangen door Gate-All-Around FET's - GAAFET's) die verbeterde controle over de stroomstroom, verminderde lekkage en hogere prestaties bij een lager vermogen bieden.

* Geavanceerde verpakkingstechnieken: Technieken die verder gaan dan chiplets, waaronder het 3D-stapelen van matrijzen, om de dichtheid en prestaties verder te verhogen. Voorbeelden hiervan zijn Intel's Foveros- en TSV-technologie (Through-Silicon Vias).

Energiebeheer:

* Adaptieve spannings- en frequentieschaling (AVFS): Dynamisch aanpassen van de spanning en frequentie van verschillende processorcomponenten op basis van de werklast, waardoor de prestaties worden gemaximaliseerd en het stroomverbruik wordt geminimaliseerd.

* Powergating: Het volledig uitschakelen van inactieve delen van de chip om energie te besparen.

* Intelligente energietoestanden: Geavanceerd energiebeheer zorgt voor een evenwicht tussen prestaties en energieverbruik op basis van gebruikspatronen.

Co-ontwerp van software en hardware:

* Hardwareondersteunde virtualisatie: Verbeterde ondersteuning voor virtualisatietechnologieën, waardoor een efficiënte uitvoering van meerdere virtuele machines tegelijk mogelijk is.

* Beveiligingsfuncties op hardwareniveau: Geïntegreerde beveiligingsfuncties, zoals Trusted Execution Environments (TEE's), om gevoelige gegevens te beschermen tegen ongeautoriseerde toegang.

Dit zijn enkele van de belangrijkste verbeteringen. De specifieke technieken die worden gebruikt, variëren afhankelijk van de fabrikant, de doelmarkt (bijvoorbeeld high-performance computing, mobiele apparaten) en de specifieke ontwerpdoelen van de processor. Het vakgebied evolueert voortdurend en er komen regelmatig nieuwe doorbraken bij.