《要想提高CPU的运算能力.docVIP

要想提高CPU的运算能力 要想提高CPU的运算能力，有两种途径：一种是提高每一个运算部件的效率，制造出更强大的核心，以质取胜；另一种是增加运算部件的数量，在CPU内放置更多的核心，以量取胜。这两种思路，引领着通用CPU在几十年的发展道路上快速成长，它们为了提升运算能力这个同样的目标，又互相支撑、促进和竞争，同时衍生出更多富有创新价值的设计???? CPU 作者： Frame 选择更多的核心，还是更强的核心，已经不只是用户的任务，而成为整个CPU业界关注的焦点。在传统思路的基础上，我们也看到了越来越多的架构革新。对用户来说，采用哪种方式提升性能并不重要，因为对于运算能力增强的渴望，是永无止境的。站在应用的角度上讲，CPU用户需要更强大的处理能力，制造商在相同成本上提供更出色的性能，就能获得市场。以性能价格比来衡量一套系统或对比多套系统，是永远没有错的。 下文正是根据不同厂商提供的不同产品，为大家带来更多思想上的启示，让大家更明确地认识和选择适合自己的CPU产品。 本世纪初，Intel明确表示，多核心CPU解决方案是摩尔定律发展的必然产物。Intel反复表明着自己的鲜明观点：主频不变的情况下，从单核增加到多核，功耗增加是线性的，更容易控制，摩尔定律晶体管增加的趋势完全可以转换到集成多核心上来。同时AMD也在努力着，花费巨大代价设计出原生多核特别是原生4核，以及AMD努力推广，都表明了它鲜明的立场与发展方向。在各个市场层面，IBM与SUN，Intel和AMD，还有更多厂商，无一例外都在积极实践着多核心CPU的制造和应用。在桌面级市场上，多核心CPU同样正在以惊人的速度普及。 毋庸置疑，以多核心作为未来CPU的发展趋势是明智之举。但就目前的发展水平和市场情况来看，多核心CPU正在面临种种考验和压力，多核之路的确坎坷不平。 1 这里提及的多核心，实际上是我们现在能够看到实际产品的对等多核心CPU，如Athlon64 X2、Core 2 Duo和Core 2 Quad等CPU。所谓多核心CPU技术，是在同一个硅晶片（Die）上集成了多个独立物理核心，在实际工作中多颗核心协同工作，以达到性能倍增的目的。多核心技术在应用上的优势有两个方面，一方面是为用户带来更强大的计算性能，更重要的一方面则是可满足用户同时进行多任务处理和多任务计算环境的要求。单核心CPU在面对多个任务时，必须为不同的任务分配CPU资源，我们可以形象理解为：单核心CPU将CPU资源变成时间片，多个任务采用时间片轮转的方式共享资源。 面对日益增长的CPU主频和晶体管规模，芯片巨头Intel逐渐意识到：这样继续下去，自己的制造技术将不能应对迅猛增长的功耗和发热。AMD方面，受制于较短的CPU流水线和相对缓慢的工艺更新，也面临着主频难以提升的窘境。 形成鲜明对比的是，IBM早在2001年成功产出了世界上第一款双核处理器——POWER 4，POWER4处理器拥有2个64位PowerPC 核心。应该说多核之门由IBM打开，Intel与AMD迅速迈进，加速了整个业界的多核进程。但是多核处理器仅是解决方案的一部分，更大的问题在于软件开发没有跟上硬件开发的进展。 2 在现在单线程应用广泛的情况下，程序绝大多数情况下只能使用到一个核心。这是由于CPU在工作时是受软件高度控制的。它要处理的问题是软件提出的，问题到了CPU中变成具体线程，如果软件编写时使用单线程，它在被CPU执行时只能调用一个线程。多余的那个内核和其他线程由于没有权限执行而浪费。 尽管利用并行CPU提高总体软件性能的概念至少已经出现近40年了，但是在开发工具方面，使这种方法进入商业市场的东西却非常少。可供程序员迅速开发出来的程序还是单线程的。在广为关注的游戏编程方面，并行多线程编程是非常困难的，在桌面级多核CPU诞生的最初几年里，所有游戏开发商都把并行游戏编程视为噩梦。 在软件下，我们的CPU普遍遇到上图这种环境。双核心CPU的一个核心运行系统检查和一些后台程序，另一个核心运行前台任务。这样使用似乎合理，但是我们仔细思考后就会发现，Core1基本是空闲的，因为后台程序在任何时刻，都只会消耗微小的CPU资源。 而在实际应用中，不可否认有一些程序对多核心做出了非常好的优化，如上图。它们可以将自己分身，放在不同的核心上同时运行，这样提供了非常可观的性能增益。在优化最合理的情况下，多核心CPU甚至可以做到性能线性增长，也就是说每增加一个核心都能带来等同于第一个核心那样强大的性能。 3 针对此情况，我们必须要引入加速比的定义，才可以为大家更清楚地解释多核心CPU带来的性能提升。加速比定义为串行算法在单CPU上的运行时间与并行算法在多CPU上的并行运行时间之比。加速比可以告诉我们，性能是否与核心数目的增长同步。下图能够简单表示多核心CPU的加