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什么是迅弛双核移动技术

归档日期:07-02       文本归类:指令调度程序      文章编辑:爱尚语录

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  展开全部采用一种比较容易被大家接受的说法,双核处理器就是基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心,但是,这种说法很难在本质上解释双核心诞生的的原因,如果要追究双核的起源,还得从一些物理和电子的基础知识谈起:

  现在的芯片都是在单晶硅大圆片上制成的,大面积的圆片本身也难免存在一些缺陷,生产中的流程有时候也会给硅晶体带来缺陷。另外虽然工厂的清洁程度非常之高,但在生产过程中还是免不了带入一些杂质,互连层在制造中也会引入自己的缺陷形式。这样大规模的芯片很难保证全无任何缺陷。现在半导体进入90纳米以下的工艺,缺陷和杂质带来的影响就更为普遍,晶体管的尺寸已经和某些缺陷或杂质的尺寸在一个量级,甚至晶体管尺寸更小。一般来说,非致命的缺陷会造成电路性能下降,为弥补缺陷带来的损失,就需要给电路更高的电压和更大的电流,许多缺陷在降低晶体管性能的同时还会增加晶体管的功耗,以前CMOS数字电路的主要功耗是工作时的动态功耗,但到了90nm工艺以后,情况发生了很蟊浠??矶嘣?椿?究梢院雎圆患频墓?囊蛩叵衷诙颊季萘私洗蟮谋戎兀??绲缏坊チ?鸷模?孤┧鸷摹F渲校?孤┧鸷牡挠跋旒本缭黾印U饩褪俏?裁床捎?.09微米工艺之后,各种处理器的发热量和功耗还是一路呈攀升趋势的原因,高频的Prescott处理器功耗将近100W,要知道,一个可以把焊锡快速融化的电烙铁也不过50W左右,因此,高功耗和吓人的发热量成为CPU继续向高频挺进的一大障碍,当时就有很多人预言,4GHz的处理器诞生之后,大家将可以通过CPU散热片来煮鸡蛋。

  既然无法通过继续提升频率来实现更高的频率,那么用户对产品性能提升的需要应该如何得到满足?

  第一种做法当然是使用64位技术,为什么64位运算会比32位运算性能强大,这个比较好理解,例如你使用32位的CPU,要向外输出一个64位的数据,需要消耗两个时脉,但是如果你使用64位的CPU,只要一个时脉就完成了。

  另外一种做法就是使用多路对称技术,其基本理论当然就是用两个处理器去完成一个处理器做的事,看上去就跟磁盘阵列技术一样,RAID 0就是使用两块硬盘来同时存取一个文件,各存取一半,因此花费的时间减半,假如使用4块硬盘,就是每块各存取1/4,所需时间自然更短;CPU的多路对称工作原理也是这样的,因此,中高端的服务器很多都使用4路、8路配备,就是为了提高产品性能。

  要通过2个甚至4个硬盘实现高性能的阵列存储并不难,安装RAID控制器驱动即可,因为RAID控制器会自动控制各块硬盘的工作方式,程序员或者说CPU只要告诉RAID控制器要读出或写入什么数据,具体怎么分拆数据,几块硬盘如何分配读写等问题根本不需要计算机用户、编程人员考虑,因此原有操作系统和软件都不需要进行改动;但是CPU的多路对称工作就不同了,因为计算机的所有指令都是经CPU去执行的,要是编程人员只下令CPU去执行什么指令而不告诉计算机哪颗CPU去执行这条指令,那么就会天下大乱,而且如果是两颗CPU,指令的调度分配还比较好设计,如果是4-8颗,那么情况就非常复杂,就像两台电梯的联合控制程序容易写,但是4台电梯的联合控制程序非常难写一样,因为他们之间是2的2次方跟4的2次方这种关系。

  另外,由于多内核芯片将两个或更多的独立CPU核心集成在一块硅片上,一些人怀疑它们致命的弱点会是这些CPU核心之间的数据移动,当多内核系统运行争夺同一条I/O路径的不同应用程序时,存在一些性能瓶颈。不过到目前为止,这些瓶颈的影响很小。

  多路对称工作模式需要程序员设计的软件本身就能支持多个CPU的指令调度,这样所有CPU才是以最合理最高效的调度安排去协同工作。由于应用软件大多都是采用大量的API函数开发的,所以担任指令-机器交互角色的操作系统就是多路对称开发的根本和关键所在,一套操作系统能不能很好的协调多个CPU之间的工作关系,是多路模式能否成功发挥其性能的关键。

  微软的SERVER级操作系统都支持多路模式,最新的2003 SERVER还改进了多路对称的指令调度设计,使服务器在多路模式下性能可以更加出色。另外,应用程序本身的设计也是多路对称工作效果的决定性因素,例如,现在的3D游戏都是基于单线程开发的,也就是说游戏运行时不会调用操作系统的多线程函数,这样的话即使是使用支持多路对称的操作系统,仍然无法提升应用程序的执行效率,因此,大家可以注意到,至今为止多路设计还是只出现在服务器、工作站等高端领域,因为从成本和效果上看,在个人消费领域使用多路设计都是很不明智的。

  双核技术的思想跟多路对称是一样的,只不过它实现的方式不再需要两个CPU和两个CPU插槽,而是跟普通单路配置一样,一颗CPU搭载两个核心,也就是1 die 2 cores,在一片单晶硅上集成了2个核心,当然,这在制作上难度是相当大的,因为双核设计意味着晶体管的数量将倍增,因此,在生产工艺没有太大改进的前提下,成品率会降低。

  另外,双核心既然需要更多的晶体管,就意味着它的发热量会更大,如何解决CPU的散热问题也是非常令处理器厂商头痛的,正如大家所见,目前市面上的双核处理器基本都不敢出高频版本,其中一个重要因素就是发热量的问题;只有当厂商改进生产工艺,减少CPU内部由于瑕疵引起的功率损耗和电泄漏问题之后,才有可能往高频的版本发展。

  还有一个问题,就跟多路对称一样,双核也需要操作系统和应用软件的支持才能发挥其性能,虽然现在的服务器操作系统可以为双核提供不错的支持,很多分布式应用软件在双核模式下踩〉昧肆钊寺?獾某杉ǎ??牵?杂谒?说娜砑?品讶闯晌?钊送吠吹奈侍猓?恍┦?菘庀低澈陀τ萌砑??讨?岸杂诙嗦贩?衿鞯亩喔龃?砥魇怯卸钔庑砜芍な辗焉杓频模??易畲蟮娜砑??滩扇×瞬煌?男砜煞绞剑篒BM将根据不同的情况做出许可决定,Oracle将双内核芯片算为两个芯片,微软则打算将双内核芯片作为单个芯片来对待。

  首先,双核可以提供跟双路一样出色的科学计算性能和多线程处理能力,这就是为什么我们一直强调说多核处理器应该先在服务器领域推广,而不是先用于个人消费领域,毕竟科学计算中针对多线程开发的软件还是非常多的。

  另外,AMD和Intel的双核都可以与目前的平台架构兼容,它们的双核心处理器均能在对应的单核主板上正常工作,这就意味着用户升级到双路和多路的成本可以得到很大的节省,因为一块支持双路的主板售价要比一块单路的主板贵80-100%,如果采用双核处理器,用户就可以使用单路的主板实现双路的性能,而成本上却节省了不少,这对于那些需要高性能多路产品的用户来说无疑是一大福音。

  随着Intel与AMD陆续推出各种双核CPU新品,以及国内外多家厂商的积极跟进,“双核”这个一度冷淡下来的概念逐渐升温,现在已经是一个被炒得火热的话题,广大的计算机使用者已经开始感觉到,他们正在经历一个变革的时期。那么,究竟什么是双核技术呢?简单地说,双核处理器就是基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心,即将两个物理处理器核心整合入一个内核中。两个处理核心在共享芯片组存储界面的同时,可以完全独立的完成各自的工作,从而能在平衡功耗的基础上极大地提高CPU性能。

  事实上,将两个处理器内核放到一个物理核心之上的双核技术并不是什么这几年才发明的新技术。在上个世纪末期,高端多处理机服务器开发者,比如HP、IBM等支持RISC架构的高端服务器厂商就已经提出此类可行性设计,并且成功推出了拥有双内核的HP PA8800和IBM Power4处理器,以及2004年,Sun也推出了双内核芯片UltraSparc IV,但由于RISC架构的服务器价格高、应用面窄,没有引起广泛的注意。

  最近逐渐热起来的“双核”概念,主要是指基于X86开放架构的双核技术。在这方面,起领导地位的厂商主要有AMD和Intel两家。Intel准备向双核的桌面市场进攻,而AMD则认准了双核服务器市场。而且,这两家的双核技术实现思路又有不同。AMD从一开始设计时就考虑到了对多核心的支持。所有组件都直接连接到CPU,消除系统架构方面的挑战和瓶颈。两个处理器核心做在同一个内核上,核心之间以芯片速度通信,进一步降低了处理器之间的延迟。而Intel采用多个核心共享前端总线的方式,将两个独立的内核封装在一起,有人戏称Intel是“将两个CPU焊到一起”。这两种不同设计方式之间的差别,一度导致引发了Intel与AMD之间的真假双核之争,双方都认为自己的是真双核技术。且不论他们争论的的结果,事实上目前双核没有严格的标准或者定义,没有真伪之分,我们无法认定谁是真的双核技术或者谁是假的双核技术,我们只知道Intel和AMD的这两种设计思路都是可行的。但是有专家认为,AMD的架构更容易实现双核以至多核技术,Intel的架构可能会遇到多个内核争用总线资源的瓶颈问题。

  AMD和Intel的双核技术在物理结构上也有很大不同之处。AMD将两个内核做在一个Die(内核)上,通过直连架构连接起来,集成度更高。Intel则是采用两个独立的内核封装在一起,因此有人将Intel的方案称为“双芯”,认为AMD的方案才是真正的“双核”。

  从用户端的角度来看,AMD的方案能够使双核CPU的管脚、功耗等指标跟单核CPU保持一致,从单核升级到双核,不需要更换电源、芯片组、散热系统和主板,只需要刷新BIOS软件即可,这对于主板厂商、计算机厂商和最终用户的投资保护是非常有利的。由此看来,在多核处理器市场上,AMD在对客户的理解和对输出最符合客户需求的产品方面的理念走在了Intel的前面,

  客户可以利用其现有的90纳米基础设施,通过BIOS更改移植到基于双核心的系统。计算机厂商可以轻松地提供同一硬件的单核心与双核心版本,使那些既想提高性能又想保持IT环境稳定性的客户能够在不中断业务的情况下升级到双核心。在一个机架密度较高的环境中,通过在保持电源与基础设施投资不变的情况下移植到双核心,客户的系统性能将得到巨大的提升。在同样的系统占地空间上,通过使用双核心处理器,客户将获得更高水平的计算能力和性能。

  首先,双核技术的引入是提高处理器性能的行之有效的方法。由于生产技术的限制,传统通过提升工作频率来提升处理器性能的作法目前面临严重的阻碍,高频 CPU的耗电量和发热量越来越大,已经给整机散热带来十分严峻的考验。双核技术可以很好的避免这一点。增加一个内核,处理器每个时钟周期内可执行的单元数将增加一倍。

  第二,引入双核架构也将可以全面增加处理器的功能,这是一个十分重要的影响因素。双处理器架构的引入和微软下一代Longhorn(Vista)操作系统将在很大程度上促进虚拟技术的发展。

  最后,据英特尔中国北方区总经理曾明透露,今年英特尔全线产品将以双核为主,非双核产品将逐渐淡出市场。我们可以预见到,在2006年,随着双核技术的进一步成熟,以及配套软件的开发及优化,双核/多核处理器将会成为市场的主流,双核处理器将大量装备于台式机、笔记本、服务器中,双核乃至多核产品的时代已经开始到来。

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