文档介绍：并行计算——结构•算法•编程
主讲:雷向东
中南大学信息科学与工程学院
Central South University
School of Information Science and Engineering
第九章多核构架
在美国旧金山举行的2006年秋季英特尔信息技术峰会(IDF)上,英特尔总裁兼CEO保罗·欧德宁宣布,英特尔将在11月份交付世界上第一个面向PC和通用服务器的四核处理器,而此时距英特尔推出双核处理器的时间尚不到一年,不仅如此,英特尔还明确宣布,目前可以将80个核集成到一个芯片上,其“百核计划”也在实验室里如火如荼地进行着。看来,在带领业界从单核走入双核后,英特尔将更加迅速地走向“四核”,乃至更高。
英特尔在IDF上宣布的新品计划中透露,第一款四核处理器将于今年11月份出货,主流的英特尔酷睿2四核处理器将在2007年第一季度出货。其中,在PC市场的目标用户为热衷电脑游戏的人群和内容创作者,命名为英特尔酷睿2四核处理器至尊版。英特尔声称,与现在的英特尔酷睿2双核处理器至尊版相比,新的处理器性能将提升67%。而在服务器方面,两路服务器的四核英特尔至强处理器5300(研发代码为Kentsfield)系列也将于2007年出货。而为刀片服务器设计的50瓦、低功耗的四核英特尔至强处理器L5310将于2008年第一季度出货。
而四核的抢先发布,更被业界看作是英特尔“雪耻”的战役。“64位和双核的两次被AMD抢先,英特尔也需要提前四核的发布来应对AMD的竞争。”除却竞争的压力,四核对于英特尔进一步整合产业链也有着重要的意义。业内人士认为,由于四核应用对于软件提出很高要求,就意味着推动者需要具有强大的产业整合能力,牵引应用软件商围绕四核硬件环境开发应用程序。而目前,在芯片厂商里,英特尔占据了实力优势。
当在主机板上集成更多的CPU内核后,英特尔与AMD在悄然蚕食着其他外围配套芯片企业的市场。”由此,未来大量硬件加速设备,经过程序优化,都可能由多核CPU承担,而不再需要相应的芯片。
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随着技术的成熟,当多核为服务器带来足够的性能提升以及更具竞争力的价格的时候,多核,更像是为x86架构与RISC架构的竞争提供了一个舞台,不仅是致力于x86服务器的供应商可以与RISC厂商同台竞技,国内服务器厂商也因此而获得了新的商机。多年来,RISC服务器一直占据着高利润的服务器市场,尽管基于x86架构的服务器在销量方面远远超出RISC服务器,但是50%以上的销售额却被RISC服务器占据。“用户选择的标准永远是性价比。如果说在四核或者多核以前,x86架构的服务器产品在性能上与RISC架构的产品有差距的话,那么四核甚至是多核,就是弥补这个差距的良药。同样,无论是哪一个架构,只要能够高效完成任务,就会获得用户的信赖。所以,四核对于x86架构,可谓是意义重大。
多核的诞生来自于在追求主频的时候无法解决的散热问题。之所以需要多核,这是由技术局限性所决定的。之前,一直坚持芯片不断小型化的路线是不断提高主频,如今已经能够达到4GHz。但因为处理器的电路“线宽”正在不断地减少,进入到纳米级。一个芯片上可以集成将近10亿个的“晶体管”,但是散热却成了大问题。芯片中的电路越来越小,芯片中的电流非常容易泄露到其他电路上。电流泄露使芯片的能耗将增长30% ,它还会使芯片温度过高和不稳定。设计既降低能耗,又能运行更快捷的处理器芯片成为工程师亟待解决的问题。
多核技术似乎为工程师们打开了另一扇门——把更多的CPU压在一个芯片当中以提高整个芯片处理交易事务的能力。以双核为例,就是在一块CPU基板上集成两个处理器核心,通过并行总线将各处理器核心连接起来。“根据功耗的公式,功耗是与电压的平方乘以频率的数值成正比的。
根据功耗的公式,功耗是与电压的平方乘以频率的数值成正比的。而电压又是与频率成正比,所以功耗是与频率的3次方成正比。当要求处理的二进制比特数越多,计算速度越快的时候,电压自然就要求越高。所以,这个时候,要控制功耗,就要降低核的频率。所以,在这样的情况下,用增加核的数量,降低每个核的频率来解决散热问题,这便成为一个解决问题的方案。
然而,对于这样的解决方案,业界有些人士并不十分认可,在他们看来转向多核,有可能会是一条艰辛的路。首先还是来自技术本身的局限。即便是在制造上没有大问题,就处理器的系统结构而言,多核处理器依然面临很大问题。如果仅仅简单地考虑多核的物理连接,而没有充分考虑到处理器的运行和使用模式,将极大限制处理器的利用率,尤其是在处理有资源冲突应用的时候,多个核心之间的资源调配就成了效率关键。在目前的算法条件下,还没有更好的控制两个以上处理器合理调配资源的方法。这并非因为无法实现更好的算法从而充分调配处理器资源,而是因为目前多核处理器普