英特爾超線程技術(shù)

英特爾超線程技術(shù)基本概況英特爾超線程技術(shù)是全新英特爾酷睿i7處理器和英特爾至強(qiáng)5500系列處理器所具有的一種性能特點(diǎn)。簡單來說，它可使處理器中的1顆內(nèi)核如2顆內(nèi)核那樣在操作系統(tǒng)中發(fā)揮作用。這樣一來，操作系統(tǒng)可使用的執(zhí)行資源擴(kuò)大了一倍，大幅提高了系統(tǒng)的整體性能。在談?wù)搩?nèi)核、線程、超線程這些術(shù)語時(shí)容易讓人產(chǎn)生混淆。為簡化概念，1個(gè)內(nèi)核就是1個(gè)CPU。每個(gè)英特爾酷睿i7或英特爾至強(qiáng)5500處理器在出廠時(shí)均有4個(gè)內(nèi)核（未來可能會(huì)提供其他版本）。工作原理超線程技術(shù)的原理很簡單，以前的單核心處理器，在同一時(shí)間內(nèi)只可以處理一項(xiàng)工作(線程，Thread)，如果要處理一項(xiàng)以上的工作時(shí)，以前的單核心處理器是不可行的，所以英特爾就開發(fā)了超線程技術(shù)，以一個(gè)單核心的處理器，去模擬出雙核心的環(huán)境，但這并非能夠把處理器的效能提升雙倍，原因在于實(shí)體的核心始終只有一個(gè)，而效能有約百分之至二十至三十增長。在奔騰四時(shí)代INTEL就已經(jīng)引入了人超線程技術(shù)，而特意的加長的流水線反而成了HT技術(shù)的累贅。所以推出奔騰D及最近的酷睿2系列時(shí)，英特爾并沒有加進(jìn)超線程技術(shù)，因?yàn)楸简vD及酷睿2處理器已支援雙核心處理器的運(yùn)作，而且INTEL也在默默的鉆研指令預(yù)測(cè)技術(shù)減少流水線。在酷睿2后期英特爾推出了酷睿2四核心處理器，因?yàn)橛杏脩舴从畴p核不足以應(yīng)付手頭的工作，再到后來，英特爾酷睿i7出現(xiàn)了，他帶著Intel全新的超線程技術(shù)，很短的流水線這得益于他的指令分支預(yù)測(cè)技術(shù)，擁有者奔騰四無法企及的效率，它是四核心處理器加進(jìn)了超線程技術(shù)，處理器同時(shí)支持處理八個(gè)線程的工作，在這種環(huán)境下電腦可掛很多應(yīng)用程序，支持多線程的應(yīng)用，因此即使N多程序同時(shí)運(yùn)行，電腦也沒有運(yùn)行減慢的感覺，操作起來依然是流暢如行云流水。其實(shí)超線程技術(shù)擁有最高的功耗效能比，加入超線程技術(shù)所增加的晶體管數(shù)目及功耗并不多，但卻相比增加一顆完整的核心更具性價(jià)比，加上酷睿i7微架構(gòu)擁有高帶寬及高容量三級(jí)高速緩存的優(yōu)勢(shì)，更能將超線程技術(shù)的功效發(fā)揮到極致。要打開超線程技術(shù)，很簡單，一般而言，在BIOS內(nèi)就可以設(shè)定超線程技術(shù)的啟動(dòng)與否。當(dāng)設(shè)定完成后，進(jìn)入WinXP的“我的電腦”，查看處理器，就能看出八個(gè)線程的工作情況。加入超線程技術(shù)的英特爾酷睿i7處理器在多任務(wù)應(yīng)用時(shí)最能發(fā)揮它的潛能，它可以同時(shí)處理N個(gè)的游戲及多媒體軟件，而不會(huì)出現(xiàn)慢式死機(jī)。有人做了一些評(píng)測(cè)，是用Cinebench10，跑FarCry2及CompanyofHeroes來測(cè)試有打開超線程技術(shù)與沒有開啟的性能的區(qū)別。以下是測(cè)試結(jié)果：超線程技術(shù)打開關(guān)閉Cinebench101m06s1m19sFarCry2(FPS)43.5FPS40.5FPSCompanyofHeroes(FPS)175.2FPS168FPS.從以上結(jié)果不難看出，加入超線程技術(shù)的英特爾酷睿i7處理器，打開超線程技術(shù)后明顯性能提升明顯。這無疑為追求高性能運(yùn)算的用戶提供了更多保障，可以說英特爾酷睿i7是定位高端的用戶的最佳選擇。[1]技術(shù)性能英特爾超線程技術(shù)可以有多種方式幫助提升運(yùn)算性能。對(duì)于臺(tái)式機(jī)系統(tǒng)來說，英特爾超線程技術(shù)可以幫助臺(tái)式機(jī)同時(shí)進(jìn)行多項(xiàng)應(yīng)用。針對(duì)軟件編程者來說，通過英特爾超線程技術(shù)，你可以采用更多的軟件線程以獲得更多的運(yùn)算核心。對(duì)于運(yùn)算負(fù)荷更大的服務(wù)器來說，英特爾超線程技術(shù)可以激發(fā)出每個(gè)核心的運(yùn)算潛能，將從而提升系統(tǒng)的資源利用率?？偠灾?，由于英特爾超線程技術(shù)將通過提供更多的軟件線程，從而在運(yùn)算時(shí)可以享受到更大內(nèi)存等的應(yīng)用體驗(yàn)。[2]技術(shù)種類MultiThreading多線程就是在一個(gè)單個(gè)的處理核心內(nèi)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)工作線程的技術(shù)，和CMP（ChipMultiProcessing，芯片多處理）不同，后者是通過集成多個(gè)處理內(nèi)核的方式來讓系統(tǒng)的處理能力提升——也就是現(xiàn)在常見的多核技術(shù)。主流的處理器都使用了CMP技術(shù)。IntelPentium4，單核，每核兩個(gè)線程然而CMP技術(shù)大規(guī)模增加了相應(yīng)的電路，從而增加了成本，MT（MultiThreading）技術(shù)卻不是這樣，它只需要增加規(guī)模很少的部分線路（通常，約2%）就可以提升處理器的總體處理器能力，從而可以很簡單地提升相關(guān)應(yīng)用的性能。MultiThreading（或作Multi-Threading）來源于可以追溯到上個(gè)世紀(jì)90年代開始的一個(gè)叫做ILP（InstructionLevelParallelism，指令級(jí)并行化）的思想，這個(gè)思想產(chǎn)生了一個(gè)叫做ThroughputComputing（吞吐量計(jì)算）的名詞，用來提升如在線交易這樣的并行計(jì)算的性能。ThroughputComputing的兩種主要方式就是MultiProcessing和MultiThreading。一開始，為了開發(fā)ILP，在截至到2009年的幾十年中利用了超標(biāo)量（Superscalar，同時(shí)具備多個(gè)執(zhí)行器）、亂序執(zhí)行（Out-Of-OrderExecute，允許無數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性的指令同時(shí)運(yùn)行）、動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)、VLIW（VeryLongInstructionWord，超長指令集）等技術(shù)（前三種可在經(jīng)典的PentiumPro架構(gòu)上看到，最后一個(gè)就是Itanium的最典型的:IntelPentium4或者Corei7特色技術(shù)）。然而，超標(biāo)量使設(shè)計(jì)的復(fù)雜性急劇增加，同時(shí)，指令之間的數(shù)據(jù)和控制相關(guān)，可以開發(fā)的ILP也有限，以及一些其它因素，使得經(jīng)典的超標(biāo)量結(jié)構(gòu)處理器難以進(jìn)一步提高處理器性能。而且從應(yīng)用的角度看，如在線事務(wù)處理OLTP、決策支持系統(tǒng)DSS、Web服務(wù)等這樣的應(yīng)用的特點(diǎn)是具有豐富的線程級(jí)并行性（ThreadLevelParallelism）而缺乏ILP，因此也就促使了MultiProcessing和MultiThreading的出現(xiàn)。MultiThreading多線程技術(shù)的思想有些類似于早期的分時(shí)共享計(jì)算系統(tǒng)，執(zhí)行多個(gè)線程的處理器在遇到某個(gè)線程由于CacheMiss或者分支預(yù)測(cè)失敗而停頓的時(shí)候，可以切換到另一個(gè)線程來執(zhí)行。主流的MultiThreading具有著三種形式，差別在于線程間共享的資源以及線程切換的機(jī)制：多線程架構(gòu)異同多線程技術(shù)線程間共享資源線程切換機(jī)制資源利用率粗粒度多線程Coarse-GrainedMultiThreading除取指令緩沖、寄存器、控制邏輯外流水線停頓時(shí)提升單個(gè)執(zhí)行單元利用率細(xì)粒度多線程Fine-GrainedMultiThreading除寄存器、控制邏輯外每時(shí)鐘周期提升單個(gè)執(zhí)行單元利用率同步多線程SimultaneousMultiThreading除取指令緩沖、返回地址堆棧、寄存器、控制邏輯、重排序緩沖、Store隊(duì)列外所有線程同時(shí)活動(dòng)，無切換提升多個(gè)執(zhí)行單元利用率CMT——Coarse-GrainedMultiThreading

它是最簡單的多線程技術(shù)，當(dāng)單一執(zhí)行線程遇到長時(shí)間的延遲，如CacheMissed時(shí)，就進(jìn)行線程切換，直到原線程等待的操作完成，才切換回去。Coarse-GrainedMultiThreading有時(shí)也叫BlockMultiThreading堵塞多線程或者CooperativeMultiThreading協(xié)作多線程。由于CMT很簡單，因此很多處理器都有實(shí)現(xiàn)，除了下面列出之外，很多嵌入式微控制器都有實(shí)現(xiàn)：1999年的IBMRS64III「Pulsar」（單核心／雙線程）2005年FujitsuSPARC64VI「Olympus-C」（雙核心／4線程）2006年IntelItanium2「Montecito」（雙核心／4線程）2007年IntelItanium2「Montvale」（雙核心／4線程）FMT——Fine-GrainedMultiThreading

隨時(shí)可以在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)切換多個(gè)線程，以追求最大的輸出能力——當(dāng)然，隨時(shí)可以切換也是有代價(jià)的，它拉長了每個(gè)執(zhí)行線程的平均執(zhí)行時(shí)間。Fine-GrainedMultiThreading有時(shí)也叫InterleavedMultiThreading交錯(cuò)多線程或者Pre-emptiveMultiThreading搶先多線程[3]。和CMT比起來，F(xiàn)MT要復(fù)雜一些，因此相應(yīng)的處理器就沒有那么多，例：2005年SunUltraSPARCT1「Niagara」（8核心／32線程）2007年SunUltraSPARCT2「Niagara2」（8核心／64線程）雖然CPU上使用FMT技術(shù)的并不多，不過我們可以看看另一個(gè)領(lǐng)域：GPU，現(xiàn)在NVIDIA和ATI的GPU，都使用了FMT技術(shù)。SMT——SimultaneousMultiThreading

SMT具有多個(gè)執(zhí)行單元，可以同時(shí)運(yùn)行多條指令，因此才叫做“同步多線程”！CMT和FMT都是在單個(gè)執(zhí)行單元下的技術(shù)，不同的線程在指令級(jí)別上并不是真正的“并行”，而SMT則具有多個(gè)執(zhí)行單元，同一時(shí)間內(nèi)可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)指令，因此前兩者有時(shí)先歸類為TMT（TemporalMultiThreading，時(shí)間多線程），以和SMT相區(qū)分。SMT起先源自充分挖掘超標(biāo)量架構(gòu)處理器的潛力——超標(biāo)量的意思就是可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)不同的指令。因此SMT具有最大的靈活性和資源利用率，然而實(shí)現(xiàn)也最復(fù)雜。例：2002年IntelPentium4Xeon「Prestonia」（單核心／雙線程）2007年SunUltraSPARCT2「Niagara2」（8核心／64線程）2008年IntelCorei7「Nehalem」（4核心／8線程）系統(tǒng)技術(shù)首先，可以先確認(rèn)下，是否使用的處理器、芯片組、操作系統(tǒng)及BIOS支持這項(xiàng)技術(shù)。當(dāng)然，采用基于英特爾架構(gòu)，即英特爾全新酷睿微體系架構(gòu)（Nehalem）的處理器的臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器平臺(tái)一般都支持該技術(shù)。其中大多數(shù)系統(tǒng)都允許把超線程技術(shù)作為一種BIOS選擇來啟用或禁用（一般預(yù)設(shè)為啟用狀態(tài)）。用戶可以通過Windows中的任務(wù)管理器或Linux的/proc/cpuinfo命令查看處理器信息。如果系統(tǒng)支持超線程（HT）技術(shù)且啟用了超線程，則可看到的處理器數(shù)將是平臺(tái)實(shí)際擁有的物理內(nèi)核數(shù)的一倍。例如，如使用的是雙路的英特爾至強(qiáng)5500系列服務(wù)器，則會(huì)看到這套系統(tǒng)擁有16個(gè)處理器。（8個(gè)物理內(nèi)核上運(yùn)行16個(gè)軟件線程，每個(gè)內(nèi)核運(yùn)行2個(gè)線程。）超線程技術(shù)與雙核心技術(shù)的區(qū)別可以簡單地把雙核心技術(shù)理解為兩個(gè)“物理”處理器，是一種“硬”的方式；而超線程技術(shù)只是兩個(gè)“邏輯”處理器，是一種“軟”的方式。從原理上來說，超線程技術(shù)屬于Intel版本的多線程技術(shù)。這種技術(shù)可以讓單CPU擁有處理多線程的能力，而物理上只使用一個(gè)處理器。超線程技術(shù)為每個(gè)物理處理器設(shè)置了兩個(gè)入口─AS(ArchitectureState，架構(gòu)狀態(tài))接口，從而使操作系統(tǒng)等軟件將其識(shí)別為兩個(gè)邏輯處理器。這兩個(gè)邏輯處理器像傳統(tǒng)處理器一樣，都有獨(dú)立的IA-32架構(gòu)，它們可以分別進(jìn)入暫停、中斷狀態(tài)，或直接執(zhí)行非凡線程，并且每個(gè)邏輯處理器都擁有APIC(AdvancedProgrammableInterruptController，高級(jí)可編程中斷控制器)。雖然支持超線程的Pentium4能同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)線程，但不同于傳統(tǒng)的雙處理器平臺(tái)或雙內(nèi)核處理器，超線程中的兩個(gè)邏輯處理器并沒有獨(dú)立的執(zhí)行單元、整數(shù)單元、寄存器甚至緩存等等資源。它們?cè)谶\(yùn)行過程中仍需要共用執(zhí)行單元、緩存和系統(tǒng)總線接口。在執(zhí)行多線程時(shí)兩個(gè)邏輯處理器均是交替工作，假如兩個(gè)線程都同時(shí)需要某一個(gè)資源時(shí)，其中一個(gè)要暫停并要讓出資源，要待那些資源閑置時(shí)才能繼續(xù)。因此，超線程技術(shù)所帶來的性能提升遠(yuǎn)不能等同于兩個(gè)相同時(shí)鐘頻率處理器帶來的性能提升?？梢哉fIntel的超線程技術(shù)僅可以看做是對(duì)單個(gè)處理器運(yùn)算資源的優(yōu)化利用。而雙核心技術(shù)則是通過“硬”的物理核心實(shí)現(xiàn)多線程工作：每個(gè)核心擁有獨(dú)立的指令集、執(zhí)行單元，與超線程中所采用的模擬共享機(jī)制完全不一樣。在操作系統(tǒng)看來，它是實(shí)實(shí)在在的雙處理器，可以同時(shí)執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，能讓處理器資源真正實(shí)現(xiàn)并行處理模式，其效率和性能提升要比超線程技術(shù)要高得多，不可同日而語[6]。支持超線程技術(shù)的i7處理器全新發(fā)布2009年9月8日，英特爾正式發(fā)布了全新的Corei7/i5（酷睿i7/i5）處理器與P55主板芯片組?？梢哉f全新的酷睿i7/i5處理器是非常重要的產(chǎn)品，它們的發(fā)布意味著先進(jìn)的Nehalem微體系架構(gòu)CPU開始進(jìn)入主流市場(chǎng)，同時(shí)將電腦的集成性和智能化提升到新的高度。發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)Corei7/i5處理器擁有卓越的性能，支持獨(dú)特的英特爾睿頻加速技術(shù)（英特爾清晰視頻技術(shù)），是期待頂級(jí)數(shù)字媒體、辦公應(yīng)用、游戲等應(yīng)用體驗(yàn)的用戶的理想之選。其中，性能卓越的酷睿i7處理器還支持英特爾超線程技術(shù)，給用戶帶來更強(qiáng)的多任務(wù)性能。而酷睿i5雖然沒有超線程技術(shù)，但是和新發(fā)布的i7處理器一樣，帶有英特爾新推出的睿頻加速技術(shù)。據(jù)英特爾方面介紹，該技術(shù)可根據(jù)程序的需求自動(dòng)加速處理器,以保證程序流暢運(yùn)行,同時(shí)還能根據(jù)系統(tǒng)情況智能化地切換到節(jié)電狀態(tài)。眾多的產(chǎn)業(yè)合作伙伴包括來自戴爾、方正科技、海爾電腦、華碩電腦、技嘉科技、金山軟件、聯(lián)想、微軟、微星科技的嘉賓，以及媒體、技術(shù)發(fā)燒友和游戲玩家等出席了發(fā)布會(huì)。英特爾公司中國區(qū)總裁楊敘先生發(fā)表開幕致詞，英特爾始終致力于推動(dòng)芯片制程與架構(gòu)創(chuàng)新的進(jìn)步，不斷推出性能更加強(qiáng)大、能效更加優(yōu)化的產(chǎn)品。全新的酷睿i7/i5處理器，憑借各種先進(jìn)技術(shù)包括英特爾睿頻加速技術(shù)，進(jìn)一步將智能化的性能和突破性的計(jì)算體驗(yàn)推向主流市場(chǎng)。英特爾睿頻加速技術(shù)是英特爾酷睿i7/i5處理器的獨(dú)有特性通過智能化地加快處理器速度，從而根據(jù)應(yīng)用需求最大限度地提升性能。現(xiàn)場(chǎng)演示了酷睿i5的游戲性能與辦公性能，游戲采用的是金山公司開發(fā)的《劍俠情緣3Online》，這款網(wǎng)絡(luò)游戲?yàn)槎嗪诵奶幚韮?yōu)化，擁有逼真效果，酷睿i5處理器擁有非凡表現(xiàn)?？犷5的PhotoShop的渲染速度是Core2Q8300四核的2-3倍，是Pentium4630的N倍。全新的酷睿i7/i5處理器，憑借各種先進(jìn)技術(shù)包括英特爾睿頻加速技術(shù)，進(jìn)一步將智能化的性能和突破性的計(jì)算體驗(yàn)推向主流市場(chǎng)。[4]截至2009年9月18日，Intel酷睿i7860處理器，在國內(nèi)已經(jīng)銷售。支持超線程技術(shù)的32nm處理器隨著AMD和GlobalFoundries(全球晶圓代工廠)宣布在2010年推出其32納米的產(chǎn)品后，英特爾表示已準(zhǔn)備在2009年的IDF上展出自己32納米的處理器，，這種新工藝屬于通用名稱的Westmere。其推出的32納米CPU主要有Clarkdale(桌面)和Arrondale(手機(jī))兩個(gè)型號(hào)。首款32nm產(chǎn)品Westmere將會(huì)采用智能加速技術(shù)和英特爾超線程技術(shù)，并且增加英特爾圖形媒體加速器，雙通道DDR3集成內(nèi)存控制器。他表示說，英特爾一直在按照鐘擺定律準(zhǔn)時(shí)地推出產(chǎn)品。早前推出的Lynnfield內(nèi)建了內(nèi)存控制器和PCI-E控制器，我們獲悉英特爾32納米的CPU也將會(huì)秉承這樣的設(shè)計(jì)。我們應(yīng)該可以在年底錢看到32納米的Arrondale處理器，這將對(duì)AMD公司是個(gè)大大的打擊，首先英特爾公司將在工藝上大大領(lǐng)先AMD，充分掌握主動(dòng);第二，英特爾將提前一年把精力放在市場(chǎng)和程序研發(fā)上，而AMD還需要聚精會(huì)神的研發(fā)。英特爾也應(yīng)該宣布一個(gè)均使用了第二代High-K金屬柵極(HK+MG)晶體管技術(shù)，此舉也可以將處理器的漏電量降低10倍以上，這一技術(shù)的突破將繼續(xù)保證英特爾在行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)袖地位。讓我們不要忘記，6個(gè)核心的Gulftown也采用了32納米技術(shù)，Gulftown應(yīng)該在2009年底或2010年初的時(shí)候就會(huì)上市。[7].支持超線程技術(shù)的主板華碩P5QL

屬于華碩P43系列CPU插槽類型:LGA775/支持CPU類型:支持Core2Extreme,Core2四核,Core2Duo,PentiumE,PentiumD,Pentium4,Celeron2,Celeron系列處理器/北橋芯片:IntelP43/南橋芯片:IntelICH10/內(nèi)存插槽數(shù)量:4DDR2DIMM/最大支持內(nèi)存容量:16G/板載聲卡:板載VT1708B8聲道HD聲卡技嘉GA-G31M-ES2C

屬于技嘉G31系列CPU插槽類型:LGA775/支持CPU類型:支持Core2Extreme,Core2Quad,Core2Duo,PentiumE,Celeron系列處理器/北橋芯片:IntelG31/南橋芯片:ICH7/內(nèi)存插槽數(shù)量:2DDR2DIMM/最大支持內(nèi)存容量:4G/集成顯卡:集成GMAX3100/板載聲卡:RealtekALC8837.1聲道華碩P5Q

屬于華碩P45系列CPU插槽類型:LGA775/支持CPU類型:支持Core2Quad,Core2四核,Conroe,PentiumD,CeleronD系