多核處理器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

多核處理器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)從應(yīng)用需求上去看，越來越多的用戶在使用過程中都會(huì)涉及到多任務(wù)應(yīng)用環(huán)境，日常應(yīng)用中用到的非常典型的有兩種應(yīng)用模式。一種應(yīng)用模式是一個(gè)程序采用了線程級(jí)并行編程，那么這個(gè)程序在運(yùn)行時(shí)可以把并行的線程同時(shí)交付給兩個(gè)核心分別處理，因而程序運(yùn)行速度得到極大提高。這類程序有的是為多路工作站或服務(wù)器設(shè)計(jì)的專業(yè)程序，例如專業(yè)圖像處理程序、非線視頻編緝程序、動(dòng)畫制作程序或科學(xué)計(jì)算程序等。對(duì)于這類程序，兩個(gè)物理核心和兩顆處理器基本上是等價(jià)的，所以，這些程序往往可以不作任何改動(dòng)就直接運(yùn)行在雙核電腦上。還有一些更常見的日常應(yīng)用程序，例如Office、IE等，同樣也是采用線程級(jí)并行編程，可以在運(yùn)行時(shí)同時(shí)調(diào)用多個(gè)線程協(xié)同工作，所以在雙核處理器上的運(yùn)行速度也會(huì)得到較大提升。例如，打開IE瀏覽器上網(wǎng)?？此坪唵蔚囊粋€(gè)操作，實(shí)際上瀏覽器進(jìn)程會(huì)調(diào)用代碼解析、Flash播放、多媒體播放、Java、腳本解析等一系列線程，這些線程可以并行地被雙核處理器處理，因而運(yùn)行速度大大加快（實(shí)際上IE瀏覽器的運(yùn)行還涉及到許多進(jìn)程級(jí)的交互通信，這里不再詳述）。由此可見，對(duì)于已經(jīng)采用并行編程的軟件，不管是專業(yè)軟件，還是日常應(yīng)用軟件，在多核處理器上的運(yùn)行速度都會(huì)大大提高。日常應(yīng)用中的另一種模式是同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序。許多程序沒有采用并行編程，例如一些文件壓縮軟件、部分游戲軟件等等。對(duì)于這些單線程的程序，單獨(dú)運(yùn)行在多核處理器上與單獨(dú)運(yùn)行在同樣參數(shù)的單核處理器上沒有明顯的差別。但是，由于日常使用的最最基本的程序——操作系統(tǒng)——是支持并行處理的，所以，當(dāng)在多核處理器上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)單線程程序的時(shí)候，操作系統(tǒng)會(huì)把多個(gè)程序的指令分別發(fā)送給多個(gè)核心，從而使得同時(shí)完成多個(gè)程序的速度大大加快。另外，雖然單一的單線程程序無法體現(xiàn)出多核處理器的優(yōu)勢(shì)，但是多核處理器依然為程序設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，使得他們可以通過對(duì)原有的單線程序進(jìn)行并行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)更好的程序運(yùn)行效果。上面介紹了多核心處理器在軟件上面的應(yīng)用，但游戲其實(shí)也是軟件的一種，作為一種特殊的軟件，對(duì)PC發(fā)展作出了較大的貢獻(xiàn)。一些多線程游戲已經(jīng)能夠發(fā)揮出多核處理器的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于單線程游戲，相信游戲廠商也將會(huì)改變編程策略，例如，一些游戲廠商正在對(duì)原來的一些單線程游戲進(jìn)行優(yōu)化，采用并行編程使得游戲運(yùn)行得更快。有的游戲可以使用一個(gè)線程實(shí)現(xiàn)人物動(dòng)畫，而使用另一個(gè)線程來載入地圖信息。或者使用一個(gè)線程來實(shí)現(xiàn)圖像渲染中的矩陣運(yùn)算，而使用另一個(gè)來實(shí)現(xiàn)更高的人工智能運(yùn)算。如今，大量的支持多核心的游戲涌現(xiàn)出來，從而使得多核處理器的優(yōu)勢(shì)能得到進(jìn)一步的發(fā)揮。但布賴恩特直言不諱地指出，要想讓多核完全發(fā)揮效力，需要硬件業(yè)和軟件業(yè)更多革命性的更新。其中，可編程性是多核處理器面臨的最大問題。一旦核心多過八個(gè)，就需要執(zhí)行程序能夠并行處理。盡管在并行計(jì)算上，人類已經(jīng)探索了超過40年，但編寫、調(diào)試、優(yōu)化并行處理程序的能力還非常弱。易觀國際分析師李也認(rèn)為，“出于技術(shù)的挑戰(zhàn)，雙核甚至多核處理器被強(qiáng)加給了產(chǎn)業(yè)，而產(chǎn)業(yè)卻并沒有事先做好準(zhǔn)備”?；蛟S正是出于對(duì)這種失衡的擔(dān)心，中國國家智能計(jì)算機(jī)中心主任孫凝輝告訴《財(cái)經(jīng)》記者，“十年以后，多核這條道路可能就到頭了”。在他看來，一味增加并行的處理單元是行不通的。并行計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史表明，并行粒度超過100以后，程序就很難寫，能做到128個(gè)以上的應(yīng)用程序很少。CPU到了100個(gè)核以上后，現(xiàn)在并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)遇到的問題，在CPU一樣會(huì)存在?！叭绻鉀Q不了主流應(yīng)用并行化的問題，主流CPU發(fā)展到100個(gè)核就到頭了?，F(xiàn)在還不知道什么樣的革命性的進(jìn)展能解決這些問題?！睂O補(bǔ)充說。實(shí)際上，市場(chǎng)研究公司In-Stat分析師吉姆克雷格(JimMcGregor)就承認(rèn)，雖然英特爾已向外界展示了80核處理器原型，但尷尬的是，目前還沒有能夠利用這一處理器的操作系統(tǒng)。中科院軟件所并行計(jì)算實(shí)驗(yàn)室副主任張?jiān)迫渤诸愃频挠^點(diǎn)。他對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者表示，這個(gè)問題實(shí)際一直就存在，但原來在超級(jí)計(jì)算機(jī)上才會(huì)遇到，所以，討論也多局限在學(xué)術(shù)界。而現(xiàn)在，所有用戶都要面對(duì)這樣的問題。目前，多核心技術(shù)在應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)有兩個(gè)方面：為用戶帶來更強(qiáng)大的計(jì)算性能；更重要的，則是可滿足用戶同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)處理和多任務(wù)計(jì)算環(huán)境的要求。兩大巨頭都給消費(fèi)者描繪出了使用多核處理器在執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)時(shí)的美妙前景：同時(shí)可以檢查郵件、刻錄CD、修改照片、剪輯視頻，并且同時(shí)可以運(yùn)行殺毒軟件。或者利用同一臺(tái)電腦，父親在查看財(cái)務(wù)報(bào)表，女兒在打游戲，母親在給遠(yuǎn)方的朋友打網(wǎng)絡(luò)電話。但并不是所有家庭只有一臺(tái)電腦，也不是所有用戶都要用電腦一下子做那么多事，更何況目前的大部分應(yīng)用程序還并不能自動(dòng)分割成多任務(wù)，分別交給多個(gè)核心去執(zhí)行。所以，對(duì)于大多數(shù)用戶來說，多核所帶來的實(shí)際益處，很可能并不明顯。而多核所帶來的挑戰(zhàn)，或者說麻煩，卻是實(shí)實(shí)在在的。美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授朗道布賴恩特(RandalEBryant)在接受《財(cái)經(jīng)》記者采訪時(shí)就坦稱，“這給軟件業(yè)制造了巨大的問題”。多核處理器的應(yīng)用情況并行計(jì)算技術(shù)是云計(jì)算的核心技術(shù)，也是最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)之一。多核處理器的出現(xiàn)增加了并行的層次性能使得并行程序的開發(fā)比以往更難。而當(dāng)前業(yè)內(nèi)并無有效的并行計(jì)算解決方案，無論是編程模型、開發(fā)語言還是開發(fā)工具，距離開發(fā)者的期望都有很大的差距。自動(dòng)的并行化解決方案在過去的30年間已經(jīng)被證明基本是死胡同，但傳統(tǒng)的手工式的并行程序開發(fā)方式又難以為普通的程序員所掌握。Intel、微軟、SUN、Cray等業(yè)內(nèi)巨頭正投入大量人力物力進(jìn)行相關(guān)的研究，但真正成熟的產(chǎn)品在短期內(nèi)很難出現(xiàn)?？蓴U(kuò)展性是云計(jì)算時(shí)代并行計(jì)算的主要考量點(diǎn)之一，應(yīng)用性能必須能隨著用戶的請(qǐng)求、系統(tǒng)規(guī)模的增大有效的擴(kuò)展。當(dāng)前目前大部分并行應(yīng)用在超過一千個(gè)的處理器(核)上都難以獲得有效的加速性能，未來的許多并行應(yīng)用必須能有效擴(kuò)展到成千上萬個(gè)處理器上。這對(duì)開發(fā)者是巨大的挑戰(zhàn)。從Power、UltraSPARCT1、安騰到雙核Opteron、至強(qiáng)Xeon，各個(gè)領(lǐng)域都顯示出，多核處理器計(jì)算平臺(tái)勢(shì)必成為服務(wù)器的主流或者說是強(qiáng)勢(shì)計(jì)算平臺(tái)，但這只是上游硬件廠商的樂觀預(yù)計(jì)。并不是所有的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件都做好了迎接多核平臺(tái)的準(zhǔn)備，尤其是在數(shù)十年來均為單一線程開發(fā)應(yīng)用的x86服務(wù)器領(lǐng)域。微軟軟件架構(gòu)師HerbSutter曾指出:軟件開發(fā)者對(duì)多核處理器時(shí)代的來臨準(zhǔn)備不足。他說，軟件開