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多核技�(shù)
閱讀�9098�(shí)間:2010-12-10 00:06:04

  多核技�(shù)就是在處理器上擁有兩�(gè)或更多一樣功能的處理器核心,即將�(shù)�(gè)物理處理器核心整合人一�(gè)�(nèi)核中。數(shù)�(gè)處理核心在共享芯片組存儲(chǔ)界面的同�(shí),可以完全獨(dú)立地完成各自地工�,從而能在平衡功耗的基礎(chǔ)上極大地提高CPU性能�2005�4�18�,英特爾全球同步首發(fā)基于雙核技�(shù)桌面�(chǎn)品英特爾奔騰D處理�,正式揭�(kāi)x86處理器多核時(shí)�。如今多核技�(shù)在PC�(jī)上已�(jīng)得到極為廣泛的普及�

相關(guān)概念

  SMP:指在兩�(gè)相似(或相�)的處理器通過(guò)一條高速通道連接,并且共享外�(shè)和存 �(chǔ)器空間的體系�(jié)�(gòu)�,運(yùn)行同一�(gè)操作系統(tǒng)�(shí)�,上層應(yīng)用對(duì)于多CPU、線程多�(shí)例無(wú)需了解,由操作系統(tǒng)自動(dòng)�(xié)�(diào)�(yùn)�,并管理共享資源�

  AMP:在一�(gè)由兩顆或者多顆相同或者不同的處理器通過(guò)各種通信通道連接(比如可以將一�(gè)MCU(Main Control Unit)和一�(gè)DSP集成在一�) ,在邏輯上共享或者獨(dú)占外�(shè)、存�(chǔ)器的體系架構(gòu)�,運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)�(shí)�,相互之間通過(guò)TIPC(Transparent Inter-Process Communication)等機(jī)制通訊。往往是用于主控處理單元與各種�(xié)處理器協(xié)同工作的情形�

  多核:是一種處理器的結(jié)�(gòu),在一�(gè)芯片上集成了多�(gè)處理器核�。一般各�(gè)核有�(dú)立的L1cache,但共享L2 Cache,同�(shí),也共享存儲(chǔ)�、外�(shè)�

  SMT(HT):同�(shí)多線程技�(shù)(在intel稱為超線程技�(shù)),是在CPU中提供多�(gè)半獨(dú)立的處理器單元,其中寄存器獨(dú)�,但共享L1 cache和ALU單元,其目的是提高ALU的利用率,提升CPU效率。從物理上來(lái)看,是一�(gè)類多CPU體系。當(dāng)然各芯片廠家�(shí)�(xiàn)方案可能不同�

  多處理器:由多顆相同或者不同的�(dú)立完整的CPU通過(guò)通信通道連接,可共享也可�(dú)立擁有存�(chǔ)器、外�(shè)�

�(yīng)用模�

  AMP:每�(gè)核運(yùn)行獨(dú)立的OS,或者同種OS的獨(dú)立實(shí)��

  SMP:一�(gè)OS的單一�(shí)例同�(shí)管理所有CPU,所有應(yīng)用可以浮�(dòng)到其中任一�(gè)去運(yùn)��

  BMP:一�(gè)OS的單一�(shí)例同�(shí)管理所有CPU,但可以將某些應(yīng)用或者線程鎖定在指定的CPU上運(yùn)�,實(shí)際上是SMP的一種特例;

多核技術(shù)的應(yīng)用模式

軟件�(kāi)�(fā)要求

  1 架構(gòu)方面�

  提升軟件并行�

  算法�(jí)(使用并行算法、使用OpenMP編程)

  任務(wù)�(jí)(流水�、多�(shí)�)

  合理�(guī)劃資源分�(中斷資源分配、處理器分配)

  2 編程方面�

  選用適當(dāng)?shù)耐绞侄?/FONT>

  控制鎖粒�

  充分�(rèn)�(shí)多核帶來(lái)的程序并�(fā)性提�(同時(shí)多任�(wù)�(yùn)行、關(guān)中斷將不確保安全的同�)

  3 下層支撐平臺(tái)提供支持�

  多種類型同步手段(spinLock,讀�(xiě)�、全局中斷鎖�)

  快速核間通訊手段(IPI�(jī)�)

  并發(fā)任務(wù)管理,二級(jí)�(diào)度任�(wù)間的同步�

面臨的問(wèn)�

  多核處理器面臨的挑戰(zhàn)之一就是處理器能耗的極限。性能增強(qiáng)了,能量消耗卻不能增加。由于今天的能耗已�(jīng)處于一�(gè)相當(dāng)高的水平,需要避免將CPU做成一�(gè)“小型核電廠”,所以雙甚至多核處理器的能耗問(wèn)題將是多核處理器制造商仔細(xì)考慮的事��

  另外,由于多�(nèi)核芯片將兩�(gè)或更多的�(dú)立CPU核心集成在一塊芯片上,數(shù)�(jù)在這些CPU核心之間移動(dòng)�(shí),可能有不同的應(yīng)用程序爭(zhēng)奪同一條I�0路徑,這是可能出現(xiàn)的性能瓶頸。目前英爾在研的csl(CommonSystemInterconn高速互�(lián)總線可以�(shí)�(xiàn)處理器內(nèi)核與芯片組以�(diǎn)�(duì)�(diǎn)的方式連接,而CSI總線還可以實(shí)�(xiàn)不同速率�(nèi)核的互聯(lián),這與目前的雙前端總線只能支持同頻�(nèi)核形成了鮮明的反��

�(fā)展趨�(shì)

  �(dāng)用戶在體�(huì)雙核帶來(lái)的優(yōu)越性能的時(shí)�,Intel公司卻又宣布未來(lái)將推出集�10核甚�100核的處理器。對(duì)于高端用戶而言,多核處理器的優(yōu)�(shì)是顯而易�(jiàn)的,多任�(wù)處理、數(shù)�(jù)分析和網(wǎng)�(luò)分流等對(duì)�(jì)算性能要求較高的應(yīng)用是多核服務(wù)器的主流�(yīng)用�

  與目前主流的雙核平臺(tái)相比,多核服�(wù)器平�(tái)提供更多�(nèi)存和I�0,這樣大大減少了通信瓶頸并優(yōu)化了性能,內(nèi)存和I�0共同為每一�(gè)處理器提供相�(guān)�(shù)�(jù),從而使所有內(nèi)核能夠以速度�(zhí)行計(jì)算負(fù)�。運(yùn)行虛擬化技�(shù),在同一�(gè)服務(wù)器上能夠�(yùn)行多種應(yīng)用軟�,因此能夠充分地利用服務(wù)器的容量。系�(tǒng)能夠讓用戶將�(yīng)用整合到�(shù)量更�、更加強(qiáng)大的服務(wù)器上,并且控制數(shù)�(jù)中心的能源開(kāi)��

  科研單位、企�(yè)等部門(mén)需要大量數(shù)�(jù)�(yùn)算,�(duì)于性能有很高的要求,而多核技�(shù)在數(shù)�(jù)處理上占有很大的�(yōu)�(shì);�(jìn)行大型數(shù)�(jù)�(kù)�(yīng)用的服務(wù)�,往往�(duì)于數(shù)�(jù)訪問(wèn)、調(diào)用與更改等操作的�(yōu)化有很高的要�,多核處理器的采用是�(gè)不錯(cuò)的助力;�(yùn)行Web�(wǎng)站的服務(wù)�,大流量的數(shù)�(jù)也帶�(lái)了處理性能的高要求,多核會(huì)更具�(yōu)�(shì)??梢?jiàn),多核服�(wù)器可為企�(yè)�(jí)�(yīng)�,可以定位在�(shù)�(jù)�(kù)服務(wù)�、郵件服�(wù)器以及ERP�(yīng)用等,在很多的應(yīng)用領(lǐng)域上已經(jīng)或即將得到用戶的�(rèn)�,諸如海量數(shù)�(jù)處理、大�(guī)模網(wǎng)�(luò)�(yīng)�、復(fù)雜科�(xué)�(jì)算及大型圖形建模�,滿足企�(yè)在數(shù)�(jù)�(kù)、創(chuàng)�3D圖像、數(shù)�(xué)分析和網(wǎng)�(luò)服務(wù)等多線程多任�(wù)的處理需求等�(lǐng)域。雙核和多核的優(yōu)�(shì)也會(huì)在其中得到體�(xiàn)。多核的虛擬化技�(shù)適用于各類企�(yè),特別是�(shù)�(jù)密集型行�(yè),例如金融服�(wù)、醫(yī)�、航空和零售�(yè)。這些企業(yè)正在尋求�(jì)算資源利用率的化�

  但多核必然有些問(wèn)題無(wú)法回�,因?yàn)槎嗪颂幚砥鞯囊粋�(gè)基本思路就是將計(jì)算任�(wù)�(jīng)�(guò)分解,然后并行執(zhí)�,那怎樣將多任務(wù)有效地分解,目前在軟件方面還存在較大的難�。如果只是單�?cè)黾觾?nèi)核數(shù),如果處理不�(dāng),很有可能會(huì)出現(xiàn)性能反而下降的�(wèn)�。如何開(kāi)�(fā)出支持多�(nèi)核處理器的多線程軟件。目前的并行處理技�(shù)雖然可以適應(yīng)多內(nèi)核的處理�(huán)境,但是�(dāng)�(nèi)核多�(dá)lO�(gè)甚至更多的時(shí)�,現(xiàn)有的并行處理技�(shù)必須�(jìn)行修正才能滿足需要。否則在存取和處理數(shù)�(jù)�(shí)很可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的�(shù)�(jù)返回�。這主要是由于�(dāng)多�(gè)線程同時(shí)存取�(nèi)存數(shù)�(jù)�(shí)彼此很可能發(fā)生沖突。英特爾�(duì)此提出的解決方案是增加事�(wù)�(nèi)�(Transactional Memory),以解決多線程同�(shí)讀�(xiě)�(nèi)存時(shí)的沖�,而通過(guò)Java�(yǔ)言作為例子證實(shí)了這種方法的正確�。�

  從以前幾代處理器的結(jié)�(gòu)�(lái)�,處理器�(nèi)核的晶體管數(shù)量是逐步上升�,處理能力也不斷增強(qiáng)。盡管隨著工藝的�(jìn)�,在單位面積上所能部署的晶體管數(shù)量還�(huì)繼續(xù)上升(ITRS�(yù)�(cè)�2010年單芯片上品體管�(shù)量將�(dá)�22億�(gè)),但是晶體管�(shù)量的上升有一定的限度,尤其是8�(nèi)核以上處理器誕生�(shí),過(guò)于復(fù)雜的�(nèi)核其部署所占的空間和功耗等�(wèn)題也越來(lái)越不容忽�。同�(shí),多核對(duì)�(yīng)用帶�(lái)的影響也將越�(lái)越不�。對(duì)于單純的諸如Word這種軟件,更多核處器的性能提升可能將越�(lái)越不明顯。但是在一些新興的�(lǐng)�,比如對(duì)多媒體信息尤其是在視頻信息中�(jìn)行搜�、處理時(shí)以及視頻挖掘�,是多核技�(shù)今后要重�(diǎn)面對(duì)的問(wèn)題。同�(shí)�(yùn)行越多的程序,多核的性能表現(xiàn)就越�(qiáng)�

  從多核到很多核時(shí)�,走向異�(gòu)多核化是一�(gè)很值得�(guān)注的趨勢(shì)。一方面功能�(qiáng)大的�(nèi)核其�(jié)�(gòu)必然�(fù)雜,不但大馬拉小�,而且�(zhí)行特定任�(wù)的時(shí)候效率會(huì)受影�,功耗也難以控制。而對(duì)于一些特定的任務(wù),比如XML、多媒體信息、TCP�(xié)議處理等,一些專用硬件在性能和功耗方面很可能�(huì)比通用處理器更有優(yōu)�(shì)。有專家也提�,將�(jì)算機(jī)常用的一些功能不斷集成到處理�,用�(qiáng)大的硬件�(lái)處理軟件,也就是將軟件固化到處理器上�

  多核�(shí)代的到來(lái)將改�?nèi)藗兊纳?,降�?jīng)�(jì)生活的成�,但也存在著�(wèn)�。提高效率不是單純通過(guò)增加“核”的�(shù)量而實(shí)�(xiàn)�,要多方面配�,尤其是客戶端軟件開(kāi)�(fā)�,要重新編寫(xiě)代碼。拭目以待多核時(shí)代的�(lái)臨�

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