多核CPU的发展趋势

多核CPU的发展趋势. 自从CPU诞生以来，主频一直在不断提高. 现在主频道路已经到了拐点. 台式机处理器的主频率在2000年达到1GHz，在2001年达到2GHz，在2002年达到3GHz. 但是在将近5年之后，我们仍然没有看到4GHz处理器的出现. 电压和热量已成为最重要的障碍，导致台式机处理器（尤其是笔记本电脑）的出现，英特尔和AMD不再能够通过简单地增加时钟频率来设计下一代新型CPU. 面对时钟速度之路的终结，英特尔和AMD开始寻找其他方法来维持或提高处理器的能效，同时增加容量，而最实用的方法是增加CPU中的处理核心数量. 多核是指在一个处理器中集成两个或多个完整的计算引擎（核）. 多核技术的发展源于工程师们的认可，即仅提高单核芯片的速度将产生过多的热量，并且无法带来相应的性能改进. 以前的处理器产品就是这种情况. 他们意识到，在以前的产品中，处理器所产生的热量将很快超过太阳表面. 即使没有散热问题，其性价比也无法接受，而且速度稍快的处理器的价格要高得多. 英特尔工程师已经开发了多核芯片，以满足“水平扩展”（而非“垂直扩展”）方法来提高性能. 该框架实现了“分而治之”的策略. 通过划分任务，线程化的应用程序可以充分利用多个执行核心，并在特定时间内执行更多任务.

多核处理器是可以直接插入单个处理器插槽中的单个芯片（也称为“硅芯”），但是操作系统将使用所有相关资源并将其每个执行内核视为独立的处理器. 逻辑处理器. 通过在两个执行内核之间划分任务，多核处理器可以在特定的时钟周期内执行更多任务. 多核体系结构可以使当前的软件更好地运行，并创建可以促进未来软件编写的体系结构. 尽管认真的软件供应商仍在探索新的软件并发处理模型，但随着向多核处理器的迁移，现有软件无需修改即可支持多核平台. 该操作系统旨在充分利用多个处理器的优势，并且无需修改即可运行. 为了充分利用多核技术，应用程序开发人员需要将更多的思想纳入程序设计中，但是设计过程与当前的对称多处理（SMP）系统设计过程相同，并且现有的单线程应用程序将继续跑步. 现在，受益于线程技术的应用程序在多核处理器上运行时将显示出出色的性能可伸缩性. 此类软件包括多媒体应用程序（内容创建，编辑以及本地和数据流回放），工程和其他技术计算应用程序，以及中间和后端服务器应用程序，例如应用程序服务器和. 多核技术使服务器可以并行处理任务. 过去，这可能需要使用多个处理器. 多核系统更易于扩展，可以将更强大的处理性能整合到更紧凑的尺寸中. 这种形式的功耗更低，计算功耗所产生的热量更少.

多核技术是处理器的必然发展. 在过去的20年中，有两个主要因素推动着微处理器性能的不断提高: 半导体工艺技术的飞速发展和系统结构的不断发展. 半导体工艺技术的每一项进步都提出了新的问题，并为微处理器体系结构的研究开辟了新领域. 随着半导体工艺技术的发展，架构的进步进一步提高了微处理器的性能. 这两个因素相互影响和促进. 一般来说，工艺和电路技术的发展使处理器的性能提高了约20倍，架构的发展使处理器的性能提高了约4倍，编译技术的发展使处理器的性能提高了. 处理器的约1.4倍. 但是今天，这种规律性很难维持. 多核的出现是技术发展和应用需求的必然产物. 单芯片多处理器（CMP）和同时多线程（SMT），这两种体系结构可以充分利用这些应用程序的指令级和线程级并行性，从而显着提高这些应用程序的性能. 从体系结构的角度来看，SMT具有比CMP更高的处理器资源利用率，并且在克服线路延迟的影响方有优势. 与SMT相比，CMP的最大优势在于其模块化设计的简单性. 复制简单的设计非常容易，指令调度也更简单. 同时，SMT中共享资源的多个线程争用也会影响其性能，而共享资源的CMP争用要少得多，因此，当应用程序的线程级并行度很高时，CMP性能通常会好于SMT.

此外，就设计而言，较短的芯片连接使CMP较之采用长线集中式设计的SMT而言，更容易提高芯片的工作频率，从而可以在一定程度上优化性能. 简而言之，单芯片多处理器通过在一个芯片上集成多个微处理器内核来提高程序并行性. 每个微处理器内核实质上是一个相对简单的单线程微处理器或一个相对简单的多线程微处理器，因此多个微处理器内核可以并行执行程序代码，因此具有更高的线程级并行度. 由于CMP使用相对简单的微处理器作为处理器核心，因此CMP具有频率高，设计和验证周期短，控制逻辑简单，可伸缩性好，易于实现，功耗低以及通信延迟低的优点. 另外，CMP可以充分利用不同应用程序的指令级并行性和线程级并行性. 具有较高线程级并行度的应用程序（例如商业应用程序）可以充分利用此结构来提高性能. 当前，单芯片多处理器已经成为处理器架构发展的重要趋势.

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