新技術(shù)解析——多核處理器技術(shù)趨勢分析

　　摘要：多核技術(shù)能夠使服務(wù)器并行處理任務(wù)，多核系統(tǒng)更易于擴(kuò)充，并且能夠在更纖巧的外形中融入更強(qiáng)大的處理性能，這種外形所用的功耗更低、計(jì)算功耗產(chǎn)生的熱量更少。多核架構(gòu)能夠使目前的軟件更出色地運(yùn)行，并創(chuàng)建一個促進(jìn)未來的軟件編寫更趨完善的架構(gòu)。

　　標(biāo)簽：多核 技術(shù)趨勢

　　多內(nèi)核是指在一枚處理器中集成兩個或多個完整的計(jì)算引擎(內(nèi)核)，多核處理器是單枚芯片(也稱為“硅核”)，能夠直接插入單一的處理器插槽中，但操作系統(tǒng)會利用所有相關(guān)的資源，將它的每個執(zhí)行內(nèi)核作為分立的邏輯處理器。通過在兩個執(zhí)行內(nèi)核之間劃分任務(wù)，多核處理器可在特定的時鐘周期內(nèi)執(zhí)行更多任務(wù)。

　　多核技術(shù)能夠使服務(wù)器并行處理任務(wù)，多核系統(tǒng)更易于擴(kuò)充，并且能夠在更纖巧的外形中融入更強(qiáng)大的處理性能，這種外形所用的功耗更低、計(jì)算功耗產(chǎn)生的熱量更少。多核架構(gòu)能夠使目前的軟件更出色地運(yùn)行，并創(chuàng)建一個促進(jìn)未來的軟件編寫更趨完善的架構(gòu)。盡管認(rèn)真的軟件廠商還在探索全新的軟件并發(fā)處理模式，隨著向多核處理器的移植，現(xiàn)有軟件無需被修改就可支持多核平臺。

　　操作系統(tǒng)專為充分利用多個處理器而設(shè)計(jì)，且無需修改就可運(yùn)行。為了充分利用多核技術(shù)，應(yīng)用開發(fā)人員需要在程序設(shè)計(jì)中融入更多思路，但設(shè)計(jì)流程與目前對稱多處理 (SMP) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程相同，并且現(xiàn)有的單線程應(yīng)用也將繼續(xù)運(yùn)行。得益于線程技術(shù)的應(yīng)用在多核處理器上運(yùn)行時將顯示出卓越的性能可擴(kuò)充性，此類軟件包括多媒體應(yīng)用 (內(nèi)容創(chuàng)建、編輯，以及本地和數(shù)據(jù)流回放)、工程和其他技術(shù)計(jì)算應(yīng)用以及諸如應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫等中間層與后層服務(wù)器應(yīng)用。

　　多核處理器主要具有以下幾個顯著的優(yōu)點(diǎn)：

　　控制邏輯簡單：相對超標(biāo)量微處理器結(jié)構(gòu)和超長指令字結(jié)構(gòu)而言，單芯片多處理器結(jié)構(gòu)的控制邏輯復(fù)雜性要明顯低很多。相應(yīng)的單芯片多處理器的硬件實(shí)現(xiàn)必然要簡單得多。

　　高主頻：由于單芯片多處理器結(jié)構(gòu)的控制邏輯相對簡單，包含極少的全局信號，因此線延遲對其影響比較小，因此，在同等工藝條件下，單芯片多處理器的硬件實(shí)現(xiàn)要獲得比超標(biāo)量微處理器和超長指令字微處理器更高的工作頻率。

　　低通信延遲：由于多個處理器集成在一塊芯片上，且采用共享Cache或者內(nèi)存的方式，多線程的通信延遲會明顯降低，這樣也對存儲系統(tǒng)提出了更高的要求。

　　低功耗：通過動態(tài)調(diào)節(jié)電壓/頻率、負(fù)載優(yōu)化分布等，可有效降低CMP功耗。

　　設(shè)計(jì)和驗(yàn)證周期短：微處理器廠商一般采用現(xiàn)有的成熟單核處理器作為處理器核心，從而可縮短設(shè)計(jì)和驗(yàn)證周期，節(jié)省研發(fā)成本。

　　多核技術(shù)應(yīng)用前景

　　隨著操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件對多核處理器的進(jìn)一步支持及優(yōu)化、芯片制造工藝的成熟、AMD及Intel為代表的低功耗技術(shù)的發(fā)展、芯片級虛擬化技術(shù)的成熟等諸多因素，將推動服務(wù)器處理器多核化趨勢的進(jìn)一步彰顯。多核技術(shù)將成為服務(wù)器技術(shù)的重要技術(shù)支點(diǎn)，更多的多核服務(wù)器處理器將在07年內(nèi)登場，包括Intel 和安騰、AMD的4核Opteron、Sun的UltraSPARC和Negara八核T1芯片、IBM的Cell BE芯片和Power5多核、HP的PA-RISC多核、使得整個市場充斥著各種多核的技術(shù)。此外，國內(nèi)的龍芯3也是專門面向服務(wù)器系統(tǒng)的CPU，目前也在進(jìn)行多核的研發(fā)，國內(nèi)廠商曙光將在其新品中搭栽龍芯多核處理器。

　　應(yīng)用需求的不斷提高是計(jì)算機(jī)發(fā)展的根本動力。如目前的服務(wù)器應(yīng)用，要求高的吞吐率和在多處理器上的多線程應(yīng)用;Internet的應(yīng)用、P2P和普適計(jì)算的應(yīng)用都促使了計(jì)算機(jī)性能的不斷提升，多核技術(shù)已經(jīng)成為服務(wù)器技術(shù)的重要技術(shù)支點(diǎn)。大型企業(yè)的ERP、CRM等復(fù)雜應(yīng)用，科學(xué)計(jì)算、政府的大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)字醫(yī)療領(lǐng)域、電信、金融等都需要高性能計(jì)算，多核技術(shù)可以滿足這些應(yīng)用的需求。

　　隨著英特爾酷睿2雙核處理器的正式發(fā)布，最誘人的莫過于酷睿2雙核處理器所帶來的前所未有的強(qiáng)大性能，性能發(fā)揮到極致的同時，功耗也得到很好的控制，桌面級的酷睿2雙核E6000系列處理器的熱設(shè)計(jì)功耗(TDP)只有65W，遠(yuǎn)低于Prescott核心接近100W的TDP。在移動處理器上即將迎來的是 Merom核心，Merom與如今大紅大紫的Conroe一樣，都采用Intel最新的Core架構(gòu)。而AMD發(fā)布雙核64位Athlon，統(tǒng)稱 Athlon 64 2x，用于支持桌面系統(tǒng)和筆記本系統(tǒng);另外，AMD還表示有可能推出桌面多核處理器，用于游戲市場，前提是游戲市場推出可以利用多核功能的游戲。

　　AMD 嵌入式處理器采用AMD64長效保修計(jì)劃，保證至少五年之處理器供應(yīng)時間，且增加兩款以AMD暢銷行動產(chǎn)品為基礎(chǔ)的低功耗處理器。分別為Mobile AMD Sempron 3500+處理器，以及AMD Turion 64 X2 TL-52雙核心行動運(yùn)算技術(shù)。此兩款處理器的發(fā)表提供設(shè)計(jì)工程師在系統(tǒng)開發(fā)上新的選擇，并且?guī)Ыo顧客最佳性能與較低持有成本。

　　英特爾多核嵌入式處理器面向范圍廣泛的嵌入式應(yīng)用，提供卓越性能和可擴(kuò)充性，實(shí)現(xiàn)低能耗、高效能優(yōu)勢。這些全新處理器以較低功耗為嵌入式市場帶來了極為卓越的性能，同時相關(guān)芯片組還采用了改進(jìn)的集成顯卡組件。采用這些嵌入式處理器及相關(guān)芯片組進(jìn)行設(shè)計(jì)的開發(fā)商將會發(fā)現(xiàn)，它們堪稱小外形設(shè)計(jì)的最佳選擇，如可為嵌入式應(yīng)用帶來出色性能和I/O密度的全新COM(Computer-on-Module)Express外形規(guī)范等。

　　從目前來看，多核處理器的推廣還受到一定程度的限制，如一些桌面應(yīng)用尚不支持多線程、多核處理器價格相對偏高、應(yīng)用開發(fā)工具不成熟等。隨著應(yīng)用需求的擴(kuò)大和技術(shù)的不斷進(jìn)步，多核必將展示出其強(qiáng)大的性能優(yōu)勢。但是多核處理器是處理器發(fā)展的必然趨勢，無論是移動與嵌入式應(yīng)用、桌面應(yīng)用還是服務(wù)器應(yīng)用，都將采用多核的架構(gòu)，因此我們可以肯定地說：多核技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。