淺談雙核技術(shù)

于佳偉

摘要:本文主要依據(jù)某公司介紹了雙核技術(shù),并將其與雙CPU和超線程技術(shù)進(jìn)行了比較,在此基礎(chǔ)上提出一些新的看法。

關(guān)鍵詞:雙核技術(shù) CPU 超線程技術(shù)

中圖分類號(hào):TP32/38文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)03-0104-01

本文研究的某公司的各部門使用的計(jì)算機(jī)中的中央處理器芯片—CPU一直以來(lái)都是單核的。隨著技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算應(yīng)用的需求加大,雙核處理器應(yīng)運(yùn)而生。近期,配發(fā)我公司的部分計(jì)算機(jī)也配置了雙核處理器。那么,什么是雙核處理器呢?雙核處理器背后的概念蘊(yùn)涵著什么意義呢?下面我就簡(jiǎn)單介紹一下雙核技術(shù)。

1 什么是雙核技術(shù)

雙核就是二個(gè)核心,核心(Die)又稱為內(nèi)核,是CPU最重要的組成部分。CPU中心那塊隆起的芯片就是核心,是由單晶硅以一定的生產(chǎn)工藝制造出來(lái)的,CPU所有的計(jì)算、接受/存儲(chǔ)命令、處理數(shù)據(jù)都由核心執(zhí)行。各種CPU核心都具有固定的邏輯結(jié)構(gòu),一級(jí)緩存、二級(jí)緩存、執(zhí)行單元、指令級(jí)單元和總線接口等邏輯單元都會(huì)有科學(xué)的布局。

從雙核技術(shù)本身來(lái)看,到底什么是雙內(nèi)核?毫無(wú)疑問(wèn)雙內(nèi)核應(yīng)該具備兩個(gè)物理上的運(yùn)算內(nèi)核,而這兩個(gè)內(nèi)核的設(shè)計(jì)應(yīng)用方式卻大有文章可作。據(jù)現(xiàn)有的資料顯示,AMD Opteron 處理器從一開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到了添加第二個(gè)內(nèi)核,兩個(gè)CPU內(nèi)核使用相同的系統(tǒng)請(qǐng)求接口SRI、HyperTransport技術(shù)和內(nèi)存控制器,兼容90納米單內(nèi)核處理器所使用的940引腳接口。而英特爾的雙核心卻僅僅是使用兩個(gè)完整的CPU封裝在一起,連接到同一個(gè)前端總線上。可以說(shuō),AMD的解決方案是真正的“雙核”,而英特爾的解決方案則是“雙芯”?？梢栽O(shè)想,這樣的兩個(gè)核心必然會(huì)產(chǎn)生總線爭(zhēng)搶,影響性能。不僅如此,還對(duì)于未來(lái)更多核心的集成埋下了隱患,因?yàn)闀?huì)加劇處理器爭(zhēng)用前端總線帶寬,成為提升系統(tǒng)性能的瓶頸,而這是由架構(gòu)決定的。因此可以說(shuō),AMD的技術(shù)架構(gòu)為實(shí)現(xiàn)雙核和多核奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。AMD直連架構(gòu)(也就是通過(guò)超傳輸技術(shù)讓CPU內(nèi)核直接跟外部I/O相連,不通過(guò)前端總線)和集成內(nèi)存控制器技術(shù),使得每個(gè)內(nèi)核都自己的高速緩存可資遣用,都有自己的專用車道直通I/O,沒(méi)有資源爭(zhēng)搶的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)雙核和多核更容易。而Intel是多個(gè)核心共享二級(jí)緩存、共同使用前端總線的,當(dāng)內(nèi)核增多,核心的處理能力增強(qiáng)時(shí),就像現(xiàn)在北京郊區(qū)開(kāi)發(fā)的大型社區(qū)一樣,多個(gè)社區(qū)利用同一條城市快速路,肯定要遇到堵車的問(wèn)題。

雙核在運(yùn)行單任務(wù)和不支持雙核的軟件時(shí),無(wú)法體現(xiàn)雙核的威力,只有在執(zhí)行多任務(wù)和支雙核的軟件(如最新的WinRAR6.0)的時(shí)候,才能顯示出“一個(gè)頂倆”的效果,因?yàn)殡p核的買點(diǎn)并不是處理速度,而是工作量,在速度方面和單核CPU沒(méi)多大區(qū)別,就好像是一個(gè)人做一件事要一分鐘,如果同時(shí)做兩件事就要兩分鐘,但如果有另一人幫你一起做,那么兩件事一分鐘就做完了,如果軟件支持雙核,那么就會(huì)出現(xiàn)“兩人同做一件事只要半分鐘”的情況,所以,隨著雙核軟件的越來(lái)越多,雙核的行情還是很被看好的。

2 雙核技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)及問(wèn)題

優(yōu)點(diǎn)主要是雙核技術(shù)的引入是提高處理器性能的行之有效的方法。由于生產(chǎn)技術(shù)的限制,傳統(tǒng)通過(guò)提升工作頻率來(lái)提升處理器性能的作法目前面臨嚴(yán)重的阻礙,高頻 CPU的耗電量和發(fā)熱量越來(lái)越大,已經(jīng)給整機(jī)散熱帶來(lái)十分嚴(yán)峻的考驗(yàn)。雙核技術(shù)可以很好的避免這一點(diǎn)。增加一個(gè)內(nèi)核,處理器每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行的單元數(shù)將增加一倍。引入雙核架構(gòu)也將可以全面增加處理器的功能,這是一個(gè)十分重要的影響因素。雙處理器架構(gòu)的引入和微軟下一代Longhorn(Vista)操作系統(tǒng)將在很大程度上促進(jìn)虛擬技術(shù)的發(fā)展。

問(wèn)題是目前雙核都是簡(jiǎn)單地將兩個(gè)物理內(nèi)核"疊加"在一起,這必然帶來(lái)晶體管數(shù)量的大幅度增加,帶來(lái)的直接后果就是由泄漏電流引起的功耗大幅度增加,就算是采用了節(jié)能技術(shù)其發(fā)熱量也居高不下,從而導(dǎo)致雙核心處理器相對(duì)于單核心處理器而言頻率提升更加困難。而且由于目前的制造工藝的限制,雙核心處理器的良品率要比單核心處理器的低,這必然會(huì)帶來(lái)成本的居高不下。

3 雙核CPU與雙CPU、超線程技術(shù)的區(qū)別

3.1 三者的工作原理和概念

3.1.1超線程(HT)

超線程(Hyperthreading Technology)技術(shù)就是通過(guò)采用特殊的硬件指令,可以把兩個(gè)邏輯內(nèi)核模擬成兩個(gè)物理芯片,在單處理器中實(shí)現(xiàn)線程級(jí)的并行計(jì)算,同時(shí)在相應(yīng)的軟硬件的支持下大幅度的提高運(yùn)行效能,從而實(shí)現(xiàn)在單處理器上模擬雙處理器的效能。其實(shí),從實(shí)質(zhì)上說(shuō),超線程是一種可以將CPU內(nèi)部暫時(shí)閑置處理資源充分“調(diào)動(dòng)”起來(lái)的技術(shù)。

3.1.2 雙核心

所謂雙核心處理器,簡(jiǎn)單地說(shuō)就是在一塊CPU基板上集成兩個(gè)處理器核心,并通過(guò)并行總線將各處理器核心連接起來(lái)。雙核心并不是一個(gè)新概念,而只是CMP(Chip Multi Processors ,單芯片多處理器) 中最基本、最簡(jiǎn)單、最容易實(shí)現(xiàn)的一種類型。

3.1.3 雙CPU

前面所說(shuō)的雙核心是在一個(gè)處理器里擁有兩個(gè)處理器核心,核心是兩個(gè),但是其他硬件還都是兩個(gè)核心在共同擁有,而雙CPU則是真正意義上的雙核心,不光是處理器核心是兩個(gè),其他例如緩存等硬件配置也都是雙份的。

3.2 三者運(yùn)行性能比較

CPU運(yùn)行性能最為關(guān)鍵的就是運(yùn)行速度,那么究竟這三者在運(yùn)行速度方面表現(xiàn)如何呢?我們依然通過(guò)比喻的方法來(lái)區(qū)分。

假設(shè)CPU是一個(gè)運(yùn)輸卡車,貨物就是我們要計(jì)算的信息,CPU運(yùn)算就類似于卡車運(yùn)輸貨物。同一時(shí)間運(yùn)送的貨物越多,說(shuō)明CPU運(yùn)算能力越強(qiáng)。

單CPU系統(tǒng)——相當(dāng)于一輛卡車在一條車道上跑。由于車少,所以運(yùn)輸能力有限。以往CPU生產(chǎn)廠商都是在不斷的提高卡車的載重即主頻來(lái)提高他的運(yùn)輸能力。

雙CPU系統(tǒng)——相當(dāng)于兩輛卡車在兩條相交的車道上跑。每輛車大部分都在自己的路上跑,但偶爾會(huì)相遇、停車避讓。由于車多路寬,所以雙CPU運(yùn)輸能力最強(qiáng)。

上面就是我對(duì)雙核技術(shù)的簡(jiǎn)單介紹,顯而易見(jiàn),雙核在處理多任務(wù)和大數(shù)據(jù)量運(yùn)算時(shí)有很大優(yōu)勢(shì),但其技術(shù)還不成熟且價(jià)格較高,不做多任務(wù)處理的用戶可不急于購(gòu)買雙核計(jì)算機(jī)。

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