多核共享資源――解決頻率極限問(wèn)題的關(guān)鍵

目前，市場(chǎng)上的許多系統在單核處理器上運行它們的控制和數據層以及附加的服務(wù)。然而，由于存在系統功率預算問(wèn)題，單核處理器已經(jīng)逼近了頻率的極限，這個(gè)問(wèn)題采用晶體管技術(shù)是無(wú)法解決的。因此，在下一代系統中對更高性能和更寬差異化服務(wù)的需求，使這些系統成為多核器件的理想候選人，為系統提供商提高系統的性能提供了一條途徑并增加新的服務(wù)，與此同時(shí)，保持在常常由系統位置和終端用戶(hù)的筆記本驅動(dòng)的功率預算之內。

這些新型的多核器件在I/O連接性上呈現令人感興趣的挑戰。在許多場(chǎng)合中，隨機地把特殊的I/O口連接到一個(gè)特殊的核是無(wú)法接受的。應用劃分可能受到資源跨越多個(gè)核進(jìn)行共享的需求的影響。在接入路由器的應用中，許多I/O將接收數據包以進(jìn)行處理，正如現存的許多方式一樣，在想把數據外發(fā)到一個(gè)公共I/O的眾多核中智能地分布數據包。許多現有的解決方案包括在出入口上的一些硬件加速的分解以及分類(lèi)，從而有助于它們分發(fā)數據包，但是，甚至更為簡(jiǎn)單的方法是采用一或多個(gè)核來(lái)運行代碼，以確定在哪里發(fā)送進(jìn)來(lái)的數據包。有時(shí)候，當一個(gè)核被用作分發(fā)機制時(shí)，軟件在各個(gè)處理器之間可能更具有移植性;但是，該核不僅僅成為了器件的性能瓶頸，也成為了整個(gè)系統的性能瓶頸。如前所述，核頻率將繼續落后于對處理能力的要求(這種情形是由日益增長(cháng)的快速I(mǎi)/O混合而成的);因此，至關(guān)重要的是確保數據包分發(fā)機制不是瓶頸，并且他們足夠地靈活以確定每一個(gè)數據包的最初目的地。

跨越多核對應用進(jìn)行劃分也意味著(zhù)劃分任何共享資源，如片外存儲器以及片上高速緩沖存儲器。隨著(zhù)在單一裸片上的核的數量的增加，片外存儲器帶寬以及片上L2高速緩沖存儲器并沒(méi)有在引腳數以及裸片面積的壓力下而增加。

此外，要考慮的另一個(gè)問(wèn)題是各個(gè)核采用共享的資源，如硬件加速器(其中包括模式匹配以及加密/解密引擎等等)。這些硬件資源對于支持較高層的功能是必不可少的，如預防入侵、虛擬私人網(wǎng)絡(luò )以及當今企業(yè)市場(chǎng)需要的、在較高性能級別上的狀態(tài)防火墻。

一個(gè)良好的例子就是，一個(gè)核要么做它的常規數據包處理，要么利用執行單元來(lái)完成加速任務(wù)。該核當執行優(yōu)化指令時(shí)無(wú)法轉移去處理另一個(gè)數據包。數據包處理代碼利用Look-Aside加速可以處理一個(gè)數據包，把它傳遞給加速器進(jìn)行處理，并開(kāi)始處理另一個(gè)數據包，其行為非常像“管線(xiàn)”方式。在完成任務(wù)以后，加速器把數據包返回給內核做進(jìn)一步的處理。這種類(lèi)型的加速容許內核完全利用加速器的性能。