新技術解析――多核處理器技術趨勢分析

　　摘要：多核技術能夠使服務器并行處理任務，多核系統(tǒng)更易于擴充，并且能夠在更纖巧的外形中融入更強大的處理性能，這種外形所用的功耗更低、計算功耗產(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行，并創(chuàng)建一個促進未來的軟件編寫更趨完善的架構(gòu)。

　　標簽：多核 技術趨勢

　　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，多核處理器可在特定的時鐘周期內(nèi)執(zhí)行更多任務。

　　多核技術能夠使服務器并行處理任務，多核系統(tǒng)更易于擴充，并且能夠在更纖巧的外形中融入更強大的處理性能，這種外形所用的功耗更低、計算功耗產(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行，并創(chuàng)建一個促進未來的軟件編寫更趨完善的架構(gòu)。盡管認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計，且無需修改就可運行。為了充分利用多核技術，應用開發(fā)人員需要在程序設計中融入更多思路，但設計流程與目前對稱多處理 (SMP) 系統(tǒng)的設計流程相同，并且現(xiàn)有的單線程應用也將繼續(xù)運行。得益于線程技術的應用在多核處理器上運行時將顯示出卓越的性能可擴充性，此類軟件包括多媒體應用 (內(nèi)容創(chuàng)建、編輯，以及本地和數(shù)據(jù)流回放)、工程和其他技術計算應用以及諸如應用服務器和數(shù)據(jù)庫等中間層與后層服務器應用。

　　多核處理器主要具有以下幾個顯著的優(yōu)點：

　　控制邏輯簡單：相對超標量微處理器結(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)的控制邏輯復雜性要明顯低很多。相應的單芯片多處理器的硬件實現(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現(xiàn)要獲得比超標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、負載優(yōu)化分布等，可有效降低CMP功耗。

　　設計和驗證周期短：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，從而可縮短設計和驗證周期，節(jié)省研發(fā)成本。

　　多核技術應用前景

　　隨著操作系統(tǒng)及應用軟件對多核處理器的進一步支持及優(yōu)化、芯片制造工藝的成熟、AMD及Intel為代表的低功耗技術的發(fā)展、芯片級虛擬化技術的成熟等諸多因素，將推動服務器處理器多核化趨勢的進一步彰顯。多核技術將成為服務器技術的重要技術支點，更多的多核服務器處理器將在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。此外，國內(nèi)的龍芯3也是專門面向服務器系統(tǒng)的CPU，目前也在進行多核的研發(fā)，國內(nèi)廠商曙光將在其新品中搭栽龍芯多核處理器。

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

　　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系列處理器的熱設計功耗(TDP)只有65W，遠低于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長效保修計劃，保證至少五年之處理器供應時間，且增加兩款以AMD暢銷行動產(chǎn)品為基礎的低功耗處理器。分別為Mobile AMD Sempron 3500+處理器，以及AMD Turion 64 X2 TL-52雙核心行動運算技術。此兩款處理器的發(fā)表提供設計工程師在系統(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用，提供卓越性能和可擴充性，實現(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，同時相關芯片組還采用了改進的集成顯卡組件。采用這些嵌入式處理器及相關芯片組進行設計的開發(fā)商將會發(fā)現(xiàn)，它們堪稱小外形設計的最佳選擇，如可為嵌入式應用帶來出色性能和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，如一些桌面應用尚不支持多線程、多核處理器價格相對偏高、應用開發(fā)工具不成熟等。隨著應用需求的擴大和技術的不斷進步，多核必將展示出其強大的性能優(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用、桌面應用還是服務器應用，都將采用多核的架構(gòu)，因此我們可以肯定地說：多核技術應用前景廣闊。