2020年多核微處理器技術(shù)

1、Intel 多核微處理器技術(shù)多核處理器是指在一枚處理器中集成兩個(gè)或多個(gè)完整 的計(jì)算引擎 （內(nèi)核 ）。多核技術(shù)的開(kāi)發(fā)源于工程師們認(rèn)識(shí)到， 僅僅提高單核芯片的速度會(huì)產(chǎn)生過(guò)多熱量且無(wú)法帶來(lái)相應(yīng) 的性能改善，先前的處理器產(chǎn)品就是如此。他們認(rèn)識(shí)到，在 先前產(chǎn)品中以那種速率， 處理器產(chǎn)生的熱量很快會(huì)超過(guò)太陽(yáng) 表面。即便是沒(méi)有熱量問(wèn)題，其性?xún)r(jià)比也令人難以接受，速 度稍快的處理器價(jià)格要高很多。英特爾工程師們開(kāi)發(fā)了多核芯片，使之滿足“橫向擴(kuò) 展”（而非“縱向擴(kuò)充”）方法，從而提高性能。該架構(gòu)實(shí) 現(xiàn)了“分治法”戰(zhàn)略。通過(guò)劃分任務(wù)，線程應(yīng)用能夠充分利 用多個(gè)執(zhí)行內(nèi)核，并可在特定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行更多任務(wù)。多核 處理器是單

2、枚芯片（也稱(chēng)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(huì)利用所有相關(guān)的資源，將每 個(gè)執(zhí)行內(nèi)核作為分立的邏輯處理器。 通過(guò)在兩個(gè)執(zhí)行內(nèi)核之 間劃分任務(wù)， 多核處理器可在特定的時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行更多任 務(wù)。多核架構(gòu)能夠使軟件更出色地運(yùn)行，并創(chuàng)建一個(gè)促進(jìn)未 來(lái)的軟件編寫(xiě)更趨完善的架構(gòu)。英特爾對(duì)多核芯片信心十足 , 預(yù)估，到 2015 年多核芯片 將廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、服務(wù)器、移動(dòng)裝置上，市占率分 別為 70% 、85%、70%, 多核微處理器技術(shù)將成為主流根據(jù)摩爾定律 , CPU 的速度應(yīng)該每過(guò) 18 個(gè)月翻一番。 在過(guò)去的幾十年中 , CPU 的速度以一個(gè)令人意想不到的速 度上升

3、, 在這當(dāng)中每年性能的提升可以達(dá)到 58%之多。 可是 自從 1996 年以后 , CPU 速度上升的步伐似乎慢了下來(lái)。根 據(jù)專(zhuān)家們的分析 , 從 1996 年到 2002 年 , CPU 的提升速度 只有 41%, 而從 2002 年至今 ,更是下降到 25% 。有業(yè)內(nèi)人士 分析說(shuō) , 這種下降的趨勢(shì)還會(huì)繼續(xù)下去。那么究竟是什么因 素阻礙著 CPU 的快速發(fā)展 ? 首先讓我們看看影響 CPU 性 能的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。影響 CPU 性能的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)：1、主頻。即 CPU 的工作頻率 , 也就是 CPU 每秒執(zhí)行的指 令數(shù)。主頻越高 , CPU 的速度越快。主頻是衡量 CPU 性能 的一

4、個(gè)指標(biāo)。2、前端總線速度。前端總線即 Front Side Bus, 通常用 FSB 表示, 是將 CPU 連接到北橋芯片 （一塊電腦主板， 以 CPU 插 座為北的話，靠近 CPU 插座的一個(gè)起連接作用的芯片稱(chēng)為 “北橋芯片”，英文名： North Bridge Chipset 。北橋芯片就 是主板上離 CPU 最近的芯片，這主要是考慮到北橋芯片與 處理器之間的通信最密切， 為了提高通信性能而縮短傳輸距 離。 ）的總線。 計(jì)算機(jī)的前端總線頻率是由 CPU 和北橋芯片 共同決定的。北橋芯片是主板上最靠近 CPU 的那塊芯片 ,它是負(fù)責(zé)聯(lián)系內(nèi)存、顯卡等數(shù)據(jù)吞吐量最大的部件。前端總 線是 CPU

5、和外界交換數(shù)據(jù)的最主要通道 , 因此前端總線的 數(shù)據(jù)傳輸能力對(duì)計(jì)算機(jī)整體性能作用很大 , 如果沒(méi)有足夠快 的前端總線 , CPU 的速度再快 , 也只能干著急 , 等著前端總 線把所需數(shù)據(jù)傳遞過(guò)來(lái)后 , 才能進(jìn)行計(jì)算。3、流水線和超標(biāo)量技術(shù)及分支預(yù)測(cè)機(jī)制。每一條指令的執(zhí) 行至多需要 5 個(gè)周期 , 分別為取指周期、譯碼周期、執(zhí)行周 期、訪問(wèn)存儲(chǔ)器周期和寫(xiě)回周期。流水線就是在一個(gè)時(shí)鐘周 期啟動(dòng)一條指令 , 從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)鐘周期完成一條指令 ; 超 標(biāo)量就是在一個(gè)時(shí)鐘周期啟動(dòng)多條指令。因而 , 一個(gè)時(shí)鐘周 期可以完成多條指令。因此 , 流水線和超標(biāo)量技術(shù)通過(guò)指令 間的并行 , 來(lái)提高 CPU 的運(yùn)

6、算速度。指令間的并行度越大 , CPU 的速度越快。比如 Intel Xeon 3.2 GHz (EM64T)支持SSE3 流指令技術(shù) , 英特爾開(kāi)發(fā)的第三代 SIMD 指令集 , 可 以增強(qiáng)浮點(diǎn)和多媒體運(yùn)算的速度。 而正確的分支預(yù)測(cè)可以將 需要執(zhí)行的指令提前預(yù)取 , 從而提高 CPU 的速度。4、緩存的級(jí)數(shù)和各級(jí)緩存的大小。最初的計(jì)算機(jī)CPU 里 ,并沒(méi)有緩存。 因?yàn)槟菚r(shí)內(nèi)存的速度和 CPU 的速度基本相當(dāng) , 內(nèi)存能夠滿足 CPU 的數(shù)據(jù)需要。 可是后來(lái) CPU 的速度按照 摩爾定律提升 , 而內(nèi)存的速度卻上升相對(duì)緩慢。為了解決內(nèi) 存速度緩慢引起的系統(tǒng)瓶頸 , 緩存的概念應(yīng)運(yùn)而生。緩存保

7、存 CPU 經(jīng)常使用的數(shù)據(jù) , 所以緩存越大 , 保存的信息越多 , 命中率越高 , 就減少了 CPU 訪問(wèn)內(nèi)存的次數(shù) , 從而提高了 整體性能。緩存可以做很多級(jí) , 目前已經(jīng)做到三級(jí)。5、芯片架構(gòu)。以前的 CPU 都是單核心的 , 現(xiàn)在雙核心的 CPU 已經(jīng)問(wèn)世。 Intel 的 Pentium 840 Extreme Edition 芯片 采用的是 Smithfield, 它是在一塊硅芯片上集成兩個(gè)處理器核 心, 以后還會(huì)有多核心的 CPU 。從芯片架構(gòu)這方面分析，衡量處理器效率通常有兩個(gè)指 標(biāo)：一是芯片的能源利用效率，也就是每瓦性能，在消耗同 等能源條件下，最終性能高的產(chǎn)品能源效率就較高

8、；第二個(gè) 指標(biāo)便是芯片的晶體管效率， 我們可以引入 “每晶體管性能 來(lái)衡量，在消耗等量晶體管數(shù)量條件下，芯片效能高者效率 就越高。 晶體管規(guī)模越大， 制造成本越高， 對(duì)芯片廠商來(lái)說(shuō)， 提高每晶體管性能能夠在保持成本不變的前提下獲得更卓 越的性能。一般來(lái)說(shuō)，每瓦性能和每晶體管性能總是被結(jié)合 起來(lái)討論，不同指令體系的產(chǎn)品在此相差甚遠(yuǎn)，例如當(dāng)前頂 級(jí)的 RISC 處理器與頂級(jí)的 X86 處理器作對(duì)比， 我們便會(huì)發(fā) 現(xiàn) X86 芯片遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。多核心設(shè)計(jì)可謂是提高每晶體管效能的最佳手段。 在單核 產(chǎn)品中，提高性能主要通過(guò)提高頻率和增大緩存來(lái)實(shí)現(xiàn)，前 者會(huì)導(dǎo)致芯片功耗的提升，后者則會(huì)讓芯片晶體管規(guī)模激 增

9、，造成芯片成本大幅度上揚(yáng)。盡管代價(jià)高昂，這兩種措施 也只能帶來(lái)小幅度性能提升。而如果引入多核技術(shù)，便可以 在較低頻率、較小緩存的條件下達(dá)到大幅提高性能的目的。 相比大緩存的單核產(chǎn)品， 耗費(fèi)同樣數(shù)量晶體管的多核心處理 器擁有更出色的效能，同樣在每瓦性能方面，多核設(shè)計(jì)也有 明顯的優(yōu)勢(shì)。正因?yàn)槿绱?，?dāng) IBM 于 2001 年率先推出雙核 心產(chǎn)品之后，其他高端 RISC 處理器廠商也迅速跟進(jìn)，雙核 心設(shè)計(jì)由此成為高端 RISC 處理器的標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí)， RISC 業(yè) 界又朝向多核、多線程的方向發(fā)展，四核心、八核心設(shè)計(jì)紛 紛登臺(tái)亮相，并行線程數(shù)量多達(dá) 32 條，并且開(kāi)始從通用多 核體系轉(zhuǎn)向簡(jiǎn)化核以及專(zhuān)用化

10、的 DSP ，實(shí)現(xiàn)性能的跨越性提 升這些新設(shè)計(jì)和新方向也都將被 X86 業(yè)界所借鑒。一、多核微處理器技術(shù)簡(jiǎn)介Intel 表示未來(lái)采用多核心處理器，這種處理器對(duì)連接處 理器和芯片組之間的總線帶寬提出更高要求，現(xiàn)在的 FSB 總線帶寬已經(jīng)成為瓶頸，這也就是代號(hào) Demspey 的雙核心 Xeon 處理器將采用 2 個(gè)處理器總線連接處理器和芯片組 （代 號(hào) Blackford 和 Greencreek ）的原因。目前并行 FSB 前端總線的最高承受速度在 1.2GHz 。未來(lái) 首批雙核心桌面處理器 Smithfield 的 FSB 在 800MHz ，65nm 工藝的雙核心 Allendale 和

11、Millville 的 FSB 也在 1066MHz ， 還在目前并行 FSB 可以承受的速度范圍之內(nèi)。在 2007-2008 年內(nèi)， Intel 將推行 DDR3 800/1066/1333 內(nèi)存，因此內(nèi)存界 面也將分 2個(gè)階段邁向串行方式， 第 1個(gè)階段是為 FB-DIMM 搭配 Advanced Memory Buffer （ AMB ，高階內(nèi)存緩存）芯 片，將并行傳輸轉(zhuǎn)換成串行。 第 2 個(gè)階段是裝備真正的 Serial DIMM 串行內(nèi)存。以雙核心處理器為例，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是在一塊 CPU 基板上 集成兩個(gè)處理器核心， 并通過(guò)并行總線將各處理器核心連接 起來(lái)。雙核心并不是一個(gè)新概念，而只

12、是 CMP（Chip Multi ProCeSSOrS，單芯片多處理器）中最基本、最簡(jiǎn)單、最容易實(shí) 現(xiàn)的一種類(lèi)型。其實(shí)在 RISC 處理器領(lǐng)域，雙核心甚至多核 心都早已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。 CMP 最早是由美國(guó)斯坦福大學(xué)提出的， 其 思 想 是 在 一 塊 芯 片 內(nèi) 實(shí) 現(xiàn) SMP（SymmetriCal Multi-ProCeSSing ，對(duì)稱(chēng)多處理 ）架構(gòu)，且并行執(zhí)行不同的進(jìn) 程。早在上個(gè)世紀(jì)末，惠普和 IBM 就已經(jīng)提出雙核處理器 的可行性設(shè)計(jì)。 IBM 在 2001 年就推出了基于雙核心的 POWER4 處理器，隨后是 Sun 和惠普公司，都先后推出了 基于雙核架構(gòu)的 UltraSPARC 以及

13、 PA-RISC 芯片，但此時(shí) 雙核心處理器架構(gòu)還都是在高端的 RISC 領(lǐng)域，直到前不久 Intel 和 AMD 相繼推出自己的雙核心處理器， 雙核心才真正 走入了主流的 X86 領(lǐng)域。Intel 不是惟一要推出雙核處理器的廠商，目前幾乎所有 處理器廠商都有多核計(jì)劃。 IBM 已經(jīng)銷(xiāo)售雙核芯片多年， ARM 也在手機(jī)市場(chǎng)銷(xiāo)售雙核芯片?；萜?、 Sun 都已經(jīng)擁有 多核心產(chǎn)品。Intel 強(qiáng)調(diào)自身的特色在于生產(chǎn)雙核乃至多核芯片不只是 推出一個(gè)處理器的概念， 它還包括利用平行處理與平臺(tái)的整 合，如更高的運(yùn)算能力及支持其他如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全裝置，整 體提升使用者的操作經(jīng)驗(yàn)。Intel 指出，多核處理器的

14、應(yīng)用領(lǐng)域包括可作為數(shù)碼家庭 的防火墻、資料備份、掃毒等功能，以及作為辦公室的資料 處理、科學(xué)運(yùn)算。事實(shí)上，以上功能在目前的單核架構(gòu)下就 能完成就如下圖所示，多核微處理器技術(shù)將成為一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)1牛命哼浣抽出 両叵刖勉門(mén)飾務(wù)學(xué)耶采 眾苗箱:主住佇懇感話令 Wffiax) (» Ri RmALIT-1 Sf軻型那貯堆胖殊行SlWH J和找件H毘AM- <> J T .?! 的 ,>1當(dāng)擬鍛業(yè)上蟲(chóng)逹tlLJtfj trJavrFC F¾ 中¾iE5 f>iM謂協(xié)處“, 汜 T.N 片、sEn.w¾z加”；審淇丘二十世匕丸十年世中羋禺：十嗆

15、紀(jì)九十年料厲詈SimXH T二、Intel與AMD多核處理器剖解1. AMD雙核心構(gòu)架簡(jiǎn)介AMD目前的桌面平臺(tái)雙核心處理器代號(hào)為T(mén)oledo和ManCheSter，基本上可以簡(jiǎn)單看作是把兩個(gè)Athlon 64所采用的VeniCe核心整合在同一個(gè)處理器內(nèi)部，每個(gè)核心都擁有獨(dú)立的512KB或1MB二級(jí)緩存，兩個(gè)核心共享HyPerTranSPOrt，從架構(gòu)上來(lái)說(shuō)相對(duì)于的Athlon 64架構(gòu)并沒(méi)有任何改變。與Intel的雙核心處理器不同的是，由于AMD的Athlon 64處理器內(nèi)部整和了內(nèi)存控制器，而且在當(dāng)初Athlon 64設(shè)計(jì)時(shí)就為雙核心做了考慮，但是仍然需要仲裁器來(lái)保證其緩存數(shù)據(jù)的一致性。AM

16、D 在此采用了SRQ（SyStem RequeSt Queue，系統(tǒng)請(qǐng)求隊(duì)列）技術(shù)，在工作 的時(shí)候每一個(gè)核心都將其請(qǐng)求放在SRQ中，當(dāng)獲得資源之后請(qǐng)求將會(huì)被送往相應(yīng)的執(zhí)行核心，所以其緩存數(shù)據(jù)的一致性不需要通過(guò)北橋芯片，直接在處理器內(nèi)部就可以完成。與 Intel的雙核心處理器相比，其優(yōu)點(diǎn)是緩存數(shù)據(jù)延遲得以大大 降低。AMD目前的桌面平臺(tái)雙核心處理器是Athlon 64 X2，其型號(hào)按照PR值分為3800+至4800+等幾種，同樣采用0.09 微米制程，SOCket 939 接口，支持 1GHz 的 HyPer TranSPOrt ， 當(dāng)然也都支持雙通道 DDR內(nèi)存技術(shù)2. Intel雙核心構(gòu)架剖

17、析AMD曾經(jīng)指出奔騰至尊版是兩個(gè)核心共享一個(gè)二級(jí)緩存，這就是一個(gè)非常明顯的錯(cuò)誤。事實(shí)上，奔騰至尊版和奔騰D都是每個(gè)核心配有獨(dú)享的一級(jí)和二級(jí)緩存，不同的是英特爾將雙核爭(zhēng)用前端總線的任務(wù)仲裁功能放在了芯片組的 北橋芯片中。4；FtJ IitrtCPU CrcI MB LgIvHIiFSeFSST14H-'e:HcH M：PC-I Il 1： t-d<tSmt: b Hkl)s-7C½* 罪 *M ZFsBIOTTy tl40d 肝 CKl )CPU CoroCPU CoIroIMOUIMaUFSBFSBPenUI K Sffl>I¾1fsecwcMW)圖1:

18、基于SmithfieId衍生出的奔騰至尊版和奔騰 D, 主要區(qū)別就在于奔騰至尊版支持超線程，而奔騰D屏蔽了超線程功能。按照 離得越近、走得越快”的集成電路設(shè)計(jì)原則， 把這些 功能組件集成在處理器中確實(shí)可以提高效率，減少延遲。不 過(guò)，在臺(tái)式機(jī)還不可能在短期內(nèi)就支持4個(gè)內(nèi)核和更多內(nèi)核的現(xiàn)實(shí)情況下，只要有高帶寬的前端系統(tǒng)總線，就算把這些 任務(wù)仲裁組件外置， 對(duì)于雙核處理器的臺(tái)式機(jī)來(lái)說(shuō)帶來(lái)的延 遲和性能損失也是微乎其微的。英特爾945和955系列芯片組目前可提供 800MHZ （用于 目前的奔騰D）和1066MHZ （用于奔騰至尊版）前端總線， 如果是供一個(gè)四核處理器使用，那肯定會(huì)造成資源爭(zhēng)搶?zhuān)?對(duì)

19、于雙核來(lái)說(shuō)，這個(gè)帶寬已經(jīng)足夠了。英特爾認(rèn)為目前雙核 系統(tǒng)中的主要瓶頸還是內(nèi)存、I/O總線和硬盤(pán)系統(tǒng)，提升這些模塊的速度才能使整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算平臺(tái)更加均衡?；谶@種設(shè)計(jì)思路， 英特爾在945和955系列芯片組中加強(qiáng)了對(duì)PCl-EXPreSS總線的支持，增加了對(duì)更咼速 DDR2內(nèi) 存的支持，對(duì) SATA（串行ATA）的支持速度增加了一倍由1.5Gbs升級(jí)3Gbs，進(jìn)一步增加了磁盤(pán)陣列RAID 5和RAID 10的支持。SyStem BUSSystem BUSQeCGdBfIhIliBT&& LTLafinamj'AtUQD QUaUefrTraCe Cm heFFAF mt*

20、g< RFLI DCcM h0-7LBIi<cp ¾*sSctieduiMBrUt才蝕轉(zhuǎn)肝RAnarTIerAIIafB>*co(fBTeaUTLSIIlii 古 <： chTrAca CaCI-InBTB 1 LTLELclaInd ControlUOP QueuesLl 口-CElCfM and D-TLB-Ll -Cach ard D-TLBFPRF&GhodUlW5R9rar4A4:圖2:單核奔騰4處理器（左）和雙核奔騰 D處理器（右） 微架構(gòu)示意圖此外，英特爾奔騰至尊版有一個(gè)獨(dú)門(mén)絕活”，那就是雙核心加超線程的架構(gòu)，這種架構(gòu)可同時(shí)處理四個(gè)線程，

21、這讓它 在多任務(wù)多線程的應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢(shì)。而且CMP與SMT（同時(shí)多線程，英特爾超線程就是一種 SMT技術(shù)）的結(jié)合 是業(yè)界公認(rèn)的處理器重要發(fā)展趨勢(shì)， 最早推出雙核處理器的 IBM也是這一趨勢(shì)的推動(dòng)者。圖3:奔騰至尊版的雙核+超線程架構(gòu)讓它具備同時(shí)四線程處理能力英特爾之所以在奔騰至尊版和奔騰D上采用共享前端總線的雙核架構(gòu)，還是出于雙核架構(gòu)自身的緊湊設(shè)計(jì)和生產(chǎn)進(jìn) 程方面的考慮，這種架構(gòu)使英特爾能夠迅速推出全系列的雙 核處理器家族，加快雙核處理器的產(chǎn)品化，而且它帶來(lái)的成 本優(yōu)勢(shì)也大大降低了奔騰至尊版、奔騰D與現(xiàn)有主流單核處 理器一一奔騰4系列的差價(jià)，有利于雙核處理器在PC市場(chǎng)上的迅速普及。三、雙核

22、心處理器的適用范圍目前，WindoWS XP專(zhuān)業(yè)版等操作系統(tǒng)支持雙物理核心和 四個(gè)邏輯核心，但這并不意味著所有軟件對(duì)此都有優(yōu)化。事實(shí)上大量的測(cè)試已經(jīng)證明，無(wú)論是Intel還是AMD的 雙核心處理器，相對(duì)于其各自的同頻率的單核心處理器而 言，對(duì)于目前的普通應(yīng)用例如多媒體軟件、游戲和辦公軟件 等等都沒(méi)有任何性能提升，甚至可能還稍有降低，因?yàn)檫@些 普通應(yīng)用目前都還只是單線程程序， 在處理器執(zhí)行指令時(shí)實(shí) 際上只有一個(gè)核心在工作， 而另外一個(gè)核心則處于空閑狀態(tài) 幫不上忙。所以對(duì)普通用戶而言， 只要日常應(yīng)用的程序仍然是單線程 的話，雙核心處理器實(shí)際上沒(méi)有任何意義，反而還增大了購(gòu) 買(mǎi)成本。除非經(jīng)常執(zhí)行大運(yùn)算

23、量的多任務(wù)處理，例如在游戲 的同時(shí)進(jìn)行音視頻處理等等， 這時(shí)雙核心處理器才能真正發(fā) 揮作用。目前最適合雙核心處理器發(fā)揮威力的平臺(tái)是服務(wù)器和工 作站，這是因?yàn)槠浣?jīng)常進(jìn)行多任務(wù)處理，而且日常運(yùn)行的大 量程序都是多線程程序，例如圖形工作站所使用的 Adobe Photoshop 和 3D MAX 等都是多線程程序。一般來(lái)說(shuō)，在執(zhí) 行多任務(wù)處理和多線程程序時(shí)， 雙核心處理器要比同頻率的 單核心處理器的性能要高大約 50%-70% ，甚至在某些應(yīng)用 下性能幾乎能提升 100% 。當(dāng)然， 隨著雙核心處理器的強(qiáng)勢(shì)推出和逐漸普及，日后支持多線程的普通應(yīng)用程序也會(huì)逐漸增多， 對(duì)普通用戶而言那 時(shí)雙核心處理器才會(huì)

24、真正發(fā)揮作用。四、多核心處理器目前所存在的問(wèn)題無(wú)論是 Intel 的 Pentium D 和 Pentium EE ，還是 AMD 的 Athlon 64 X2 處理器， 都是簡(jiǎn)單地將兩個(gè)物理內(nèi)核 " 疊加 " 在 一起，這必然帶來(lái)晶體管數(shù)量的大幅度增加，雙方都已經(jīng)達(dá) 到了兩億三千萬(wàn)個(gè)以上的晶體管； 帶來(lái)的直接后果就是由泄 漏電流引起的功耗大幅度增加， 就算是采用了節(jié)能技術(shù)其發(fā) 熱量也居高不下， 從而導(dǎo)致雙核心處理器相對(duì)于單核心處理 器而言頻率提升更加困難。而且由于目前的制造工藝的限制， 雙核心處理器的良品率 要比單核心處理器的低，這必然會(huì)帶來(lái)成本的居高不下，所 以目前的雙

25、核心處理器的價(jià)格都太貴了， 距離普及還差得很 遠(yuǎn)。當(dāng)然，隨著處理器核心架構(gòu)和制造技術(shù)的發(fā)展，今后必 然會(huì)解決目前所遇到的問(wèn)題。（一 ） I/O 成瓶頸由于兩個(gè)核心只能共用一個(gè) I/O 通道，當(dāng)兩個(gè)核心之間 的數(shù)據(jù)進(jìn)行交流的時(shí)候， 就無(wú)法再?gòu)耐獠孔x入數(shù)據(jù)從而利用 兩者的時(shí)間差實(shí)現(xiàn)資源的有效搭配和利用。 盡管兩個(gè)核心之 間可以并行運(yùn)算，但就整個(gè)系統(tǒng)而言，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的流水 線操作。加上分離的緩存結(jié)構(gòu)需要取得一致性，兩個(gè)內(nèi)核之 間的交流變得經(jīng)常而且頻繁， 這實(shí)際上也會(huì)降低處理器的效 率，因此 Pentium D 在技術(shù)上并不被看好。AMD 因?yàn)橥ㄟ^(guò)引入 HyperTransport ，部分解決了這個(gè)

26、問(wèn)題，并且因?yàn)樘幚砥鲀?nèi)部自己有獨(dú)立的內(nèi)存控制器，可以 獨(dú)立訪問(wèn)內(nèi)存，兩個(gè)核心之間的行為具有相對(duì)獨(dú)立性，數(shù)據(jù) 相關(guān)變得很小。因而一些測(cè)試表明，其隨機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力 要高于 Pentium D 。AMD64 的最大特性是引入了 HyperTransport ，它的良 好擴(kuò)展性使得處理器實(shí)現(xiàn)多核、多處理器系統(tǒng)相對(duì)容易一 些，并且，多處理器擴(kuò)展的效果也非常好，這是它能夠在桌 面雙核領(lǐng)域暫時(shí)領(lǐng)先的重要原因。 考慮到這些， Intel 可能也 會(huì)在合適的時(shí)候引入類(lèi)似架構(gòu)。Cell 的多核實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不完全一樣，因?yàn)橹圃焯珡?fù)雜， 估計(jì)到 65nm 的時(shí)候，這個(gè)處理器才能夠在成本上具有競(jìng)爭(zhēng) 力。與其他基于對(duì)稱(chēng)多

27、處理器不同的是，這個(gè)處理器把重心 放在了運(yùn)算基元之上， 從而能夠把處理器應(yīng)用到面對(duì)不同的 應(yīng)用類(lèi)型， 它其中包含的核心更多是以運(yùn)算的基礎(chǔ)元件形式 存在的。因而，即便在內(nèi)部，也是按照一個(gè)系統(tǒng)的思想來(lái)實(shí) 現(xiàn)的，各個(gè)運(yùn)算單元之間有高速的連接通道，除了主控處理 器用來(lái)分配任務(wù)從而形成運(yùn)算的流水線思想外， 其余幾個(gè)并 不是具有很完善的運(yùn)算能力。這幾種系統(tǒng)都面臨同樣的問(wèn) 題： I/O 將是最嚴(yán)重的瓶頸。虛擬化在一定程度上能夠處理一些因?yàn)槎嗪藥?lái)的問(wèn)題， 可以讓?xiě)?yīng)用軟件和操作系統(tǒng)在透明的環(huán)境下對(duì)處理器資源進(jìn)行分配和管理。（二 ） 軟件是軟肋即使桌面操作系統(tǒng)支持雙處理器，也需要很長(zhǎng)一段時(shí) 間。目前在對(duì)稱(chēng)多處理器方面，操作系統(tǒng)對(duì)資源的分配和管 理并沒(méi)有本質(zhì)的改變，多以對(duì)稱(chēng)的方式進(jìn)行平均分配。也就是說(shuō)，在操作系統(tǒng)層面，當(dāng)一個(gè)任務(wù)到來(lái)時(shí)，剝離 成為兩個(gè)并行的線程， 因?yàn)榫€程之間需要交流以及操作系統(tǒng) 監(jiān)管，它導(dǎo)致的效率損失要比硬件層面的大得多。并且，多 數(shù)軟件并沒(méi)有充分考慮到雙核乃至多核的運(yùn)行情況， 導(dǎo)致線 程的平均分配時(shí)間以及線程之間的溝通時(shí)間都會(huì)大大增加， 尤其是當(dāng)線程需要反復(fù)訪問(wèn)內(nèi)存的時(shí)候。比如做一個(gè) FFT 測(cè)試時(shí)，由軟件和硬件構(gòu)成的系統(tǒng)將呈現(xiàn)出巨大差異，這時(shí) Pentium D 將被完全擊倒。這不是 Pentium D 的錯(cuò)，多數(shù)操 作系統(tǒng)還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)自由的資源分配。