微處理器 多核已成為主流

　　不管是通用微處理器還是專(zhuān)用微處理器乃至異構微處理器，都已經(jīng)進(jìn)入多核時(shí)代，通過(guò)多核技術(shù)提高處理能力，同時(shí)降低電能消耗已成為微處理器的必然選擇。

　　隨著(zhù)半導體細微化進(jìn)程，提高芯片性能和減少電能消耗成為一對矛盾。之前的單核處理器主要通過(guò)提高指令的并行運算速度來(lái)提高器件性能，具體方法包括使用超標量、超級流水線(xiàn)和亂序執行等技術(shù)同時(shí)進(jìn)行處理以及通過(guò)超長(cháng)指令字的指令集結構來(lái)提高并行運算性能。這些復雜的計算處理耗用大量晶體管資源，使得微處理器在電能的消耗上一直無(wú)法降低，而多核結構的設計思路是通過(guò)減少并行處理，適當地降低每個(gè)核的工作強度來(lái)降低整個(gè)處理器的耗電。

　　一年來(lái)，多個(gè)廠(chǎng)商已經(jīng)或計劃推出一批多核處理器。在通用多核處理器上，有IBM的PowerXCell8i、Sun公司的Rock處理器、富士通的SPARC64VII、英特爾i7、Tukwila和AMD的Shanghai四核處理器和我國的龍芯-3等。它們有4至9個(gè)核。此外，在專(zhuān)用多核處理器上，有美國思科公司推出的40核的數據包處理器。美國NVIDI公司市售的240個(gè)核的GTX200線(xiàn)程處理器，處理能力到達同時(shí)執行300個(gè)線(xiàn)程。英特爾公司去年4月公布了多核圖像處理器Larrabee。還有美國Tilera公司的擁有64個(gè)內核的嵌入式微處理器等。以上專(zhuān)用式多核處理器都有幾十個(gè)核到上百個(gè)核。

　　消費市場(chǎng)，情形類(lèi)似，目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的個(gè)人電腦或服務(wù)器其處理器大多集成有2個(gè)內核，4核架構的也已經(jīng)上市。近來(lái)，多核微處理器已開(kāi)始進(jìn)入通信和家用電器領(lǐng)域，可以說(shuō)，多核微處理器將成為今后的潮流。

　　通用多核處理器：眾廠(chǎng)商各展其長(cháng)

　　IBM的PowerXCell8i處理器是新一代的Cell多核處理器。值得一提的是，目前世界上運算速度最快的超級計算機Roadrunner就采用了這款處理器。

　　PowerXCell8i采用了CellBroadbandEngine(Cell寬帶引擎)結構，包括1個(gè)Power處理器PPE和8個(gè)優(yōu)化的增強雙精度(eDP)SIMD引擎，即協(xié)處理器SPE，PPE核旨在運行操作系統和協(xié)同計算，8個(gè)SPE核及其SIMD執行單元可提高固定點(diǎn)算法的性能。每個(gè)IBMPowerXCell8i處理器的二級緩存為512KB，每個(gè)eDPSPE的本地存儲器容量為256KB。IBM的PowerXCell8i多核處理器的雙精度性能是上一代Cell寬帶引擎處理器的5倍。它的多核架構和超高速通信功能大幅度地提高了實(shí)時(shí)響應速度。結合先進(jìn)的多處理技術(shù)，該處理器特別適合于高性能工作負載。PowerXCell8i處理器采用了非對稱(chēng)多核結構，非常適合于并行處理和流處理應用程序。與無(wú)法高效處理流處理應用程序的基于緩存的對稱(chēng)多核結構不同，PowerXCell8i處理器是專(zhuān)為提供較高的性能和快速響應而設計的。

　　由于PowerXCell8i提供了一種經(jīng)濟型的超級計算能力，因此可用于高性能服務(wù)器和大型計算機之中。當前世界上運算速度最快的計算機的運算速度是每秒可進(jìn)行1105萬(wàn)億(petaflop)次的浮點(diǎn)運算，其異構集群結構中就大量采用了這款處理器。

　　Sun公司16核的Rock處理器擁有尖兵線(xiàn)程(ScoutThread)和事務(wù)型內存。前者是用于收集數據而先執行的線(xiàn)程。Rock處理器采用的是一種指令型的并行處理，是由軟件來(lái)實(shí)現的。它可節約收集數據的時(shí)間。處理器在進(jìn)行計算時(shí)會(huì )遇到一些遲延時(shí)問(wèn)較長(cháng)的運算，例如緩存的Misshit(沒(méi)有命中，脫靶)和除法運算。這時(shí)尖兵線(xiàn)程就可以先進(jìn)行數據收集等處理過(guò)程。當完成了這些延時(shí)較長(cháng)的計算時(shí)，尖兵線(xiàn)程就可將結果反映給寄存器，隨后繼續進(jìn)行下一個(gè)處理。事務(wù)型內存將一連串的存取操作作為“事務(wù)”進(jìn)行管理，避免了資源競爭并且易于進(jìn)行并行處理。其設計理念是采用了鎖相控制模式，阻止軟件的多線(xiàn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)共享數據區(即一個(gè)線(xiàn)程正在使用某數據時(shí)，其他線(xiàn)程不得更改該數據)，從而使一個(gè)單線(xiàn)程將僅找到唯一的數據堆棧，保障了多線(xiàn)程處理的一致性，因而利于進(jìn)行高速連續處理。由于上述原因，這款Sun處理器加強了亂序執行能力，提高了單線(xiàn)程的功能。