線(xiàn)程還是頻率多線(xiàn)程應(yīng)用待普及

處理器的核心數(shù)以及倍增的線(xiàn)程數(shù)，一直是標(biāo)識(shí)其檔次的重要指標(biāo)，至少?gòu)碾p核出現(xiàn)的那一天開(kāi)始就是如此。要問(wèn)為什么，結(jié)論無(wú)他，唯性能可解。

早在雙核產(chǎn)品物理上出現(xiàn)之前，多處理器，特別是SMP（對(duì)稱(chēng)式多處理器）平臺(tái)就早已出現(xiàn)，而其CPU及平臺(tái)價(jià)格，可不是核心數(shù)增加那么“低廉”，單處理器到雙處理器如此，雙處理器到4處理器更是如此。今天的多核處理器，可以說(shuō)是多處理器的廉價(jià)解決方案，但顯然增加核心數(shù)量比增加處理器數(shù)量簡(jiǎn)單得多，但壞處也非常的明顯，即多核心解決方案的內(nèi)存和I/O帶寬沒(méi)有增加，而多處理器則不然，I/O帶寬與處理器數(shù)量同步甚至更高幅度地增長(zhǎng)。

回到現(xiàn)實(shí)生活中，多線(xiàn)程的應(yīng)用優(yōu)化并非始于多核心處理器，多處理器平臺(tái)早就跑上了多線(xiàn)程操作系統(tǒng)和應(yīng)用。不過(guò)，多線(xiàn)程優(yōu)化對(duì)指令及數(shù)據(jù)調(diào)度機(jī)制有著嚴(yán)格的約束，通?？紤]到效率因素以及分支預(yù)測(cè)因素，指令并行性遜色于數(shù)據(jù)并行性。如同CPU與GPU的差異，前者優(yōu)先滿(mǎn)足串行應(yīng)用和通用任務(wù)，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是十項(xiàng)全能，而后者則為并行優(yōu)化、專(zhuān)用性越強(qiáng)。于是乎就有了GPU專(zhuān)門(mén)用來(lái)加速圖形應(yīng)用，即便近年來(lái)流行的GPGPU應(yīng)用，也需要專(zhuān)門(mén)優(yōu)化并行性和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以確保并行計(jì)算的高度流水化。

在PC應(yīng)用領(lǐng)域，近十多年來(lái)多線(xiàn)程應(yīng)用的優(yōu)化進(jìn)度始終緩于核心數(shù)量增加，其根本原因是考慮到兼容性和效率因素，多線(xiàn)程應(yīng)用通常會(huì)將帶有負(fù)載的并行線(xiàn)程數(shù)量控制在4個(gè)以?xún)?nèi)——當(dāng)年x86 SMT（對(duì)稱(chēng)式多線(xiàn)程，SMP衍生而來(lái)）+Windows平臺(tái)處理器數(shù)量最多4個(gè)，再往上就是RISC+UNIX的世界了。同時(shí)，OS也會(huì)嚴(yán)格控制應(yīng)用“控制”線(xiàn)程的數(shù)量，或者適當(dāng)降低該應(yīng)用資源獲取的優(yōu)先級(jí)，以防止它鎖死資源，影響其他應(yīng)用。想一想，系統(tǒng)假死是使用者最不能接受的狀態(tài)，除了跑分之外，有誰(shuí)能面對(duì)“死機(jī)”不用Reset大法呢。

無(wú)論是出于市場(chǎng)的考慮還是從實(shí)際出發(fā)，主流PC平臺(tái)很有節(jié)操地保持了四核的規(guī)模，英特爾8/10的LGA 2011平臺(tái)實(shí)質(zhì)是閹割了Xeon E3部分可靠性設(shè)計(jì)到PC市場(chǎng)擺形象來(lái)了，若非具有原生高并行性的渲染類(lèi)和密集計(jì)算類(lèi)應(yīng)用，都難有超越同門(mén)四核高頻處理器的表現(xiàn)。

隨著AMD新一代處理器Ryzen 7上市，新一輪有關(guān)頻率和線(xiàn)程的爭(zhēng)論又開(kāi)始了。Ryzen 7放棄了此前AMD在推土機(jī)（Bulldozer）架構(gòu)上使用的CMT（Cluster-Based Multi-threading，集群化多線(xiàn)程）架構(gòu)，其直接好處就是每核心雙線(xiàn)程及簡(jiǎn)單線(xiàn)程并行效率提升，在實(shí)際測(cè)試中，最高端的Ryzen 7 1800X在極高并行度優(yōu)化的Cinebench R15等應(yīng)用中并行效率接近11x，略?xún)?yōu)于其對(duì)標(biāo)產(chǎn)品Core i7-6900K，總成績(jī)1800X也略?xún)?yōu)于6900K，但單線(xiàn)程狀態(tài)下情勢(shì)翻轉(zhuǎn)了，而且反轉(zhuǎn)不僅是出現(xiàn)在同樣有著8核和低頻率的6900K，核心及線(xiàn)程數(shù)更少的Core i7-7700K在1～8線(xiàn)程、Core i3-7350K在1～4線(xiàn)程上更是大幅度領(lǐng)先！要知道后者只有1250元左右，只有1800X的1/4，而且還是帶散熱器又超頻潛力巨大的喲。

核心數(shù)量和頻率的對(duì)比，巨大反差也出現(xiàn)在不同測(cè)試中。

SMT架構(gòu)的另一優(yōu)勢(shì)是如果不出現(xiàn)數(shù)據(jù)瓶頸，單線(xiàn)程處理性能與頻率線(xiàn)性相關(guān)。由此不難看出，如果沒(méi)有完全為5～8核心優(yōu)化，并且能跑滿(mǎn)16線(xiàn)程的應(yīng)用，1800X空有多核心卻難有用武之地，在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域如此，在主流桌面領(lǐng)域更是如此。不僅7700K頻率領(lǐng)先超頻潛力有限的的Ryzen 7 1800X 10%以上，而且7350K也有頻率上的優(yōu)勢(shì)，因此在主流桌面應(yīng)用上挑翻1800X也在情理之中。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前PC應(yīng)用以使用強(qiáng)度負(fù)載（Σ應(yīng)用強(qiáng)度×優(yōu)化線(xiàn)程數(shù)）計(jì)，線(xiàn)程數(shù)量約為2.4個(gè)，以數(shù)量計(jì)單雙線(xiàn)程應(yīng)用更是占據(jù)絕大多數(shù)，多線(xiàn)程普及任重道遠(yuǎn)呀。

這也不難理解，為什么從英特爾到AMD，都在增加核心數(shù)量的同時(shí)，不斷使用超頻、Turbo Boost、XFR等技術(shù)提升核心運(yùn)行頻率，哪怕一個(gè)核心頻率搞上去，也能帶來(lái)相當(dāng)不錯(cuò)的性能提升感受。