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多核技�(shù)
閱讀�9099時間�2010-12-10 00:06:04

  多核技�(shù)就是�處理�上擁有兩個或更多一樣功能的處理器核心,即將�(shù)個物理處理器核心整合人一個內(nèi)核中。數(shù)個處理核心在共享芯片組存儲界面的同時,可以完全獨立地完成各自地工�,從而能在平衡功耗的基礎(chǔ)上極大地提高CPU性能�2005�4�18日,英特爾全球同步首�(fā)基于雙核技�(shù)桌面�(chǎn)品英特爾奔騰D處理�,正式揭開x86處理器多核時�。如今多核技�(shù)在PC機上已經(jīng)得到極為廣泛的普��

相關(guān)概念

  SMP:指在兩個相�(或相�)的處理器通過一條高速通道連接,并且共享外�(shè)和存 儲器空間的體系結(jié)�(gòu)�,運行同一個操作系�(tǒng)實例,上層應(yīng)用對于多CPU、線程多實例無需了解,由操作系統(tǒng)自動�(xié)�(diào)運行,并管理共享資源�

  AMP:在一個由兩顆或者多顆相同或者不同的處理器通過各種通信通道連接(比如可以將一個MCU(Main Control Unit)和一個DSP集成在一�) ,在邏輯上共享或者獨占外�(shè)、存儲器的體系架�(gòu)上,運行不同的操作系�(tǒng)實例,相互之間通過TIPC(Transparent Inter-Process Communication)等機制通訊。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),在一個芯片上集成了多個處理器核心。一般各個核有獨立的L1cache,但共享L2 Cache,同�,也共享存儲�、外�(shè)�

  SMT(HT):同時多線程技�(shù)(在intel稱為超線程技�(shù)),是在CPU中提供多個半獨立的處理器單元,其中寄存器獨立,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�,是一個類多CPU體系。當(dāng)然各芯片廠家實現(xiàn)方案可能不同�

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

�(yīng)用模�

  AMP:每個核運行獨立的OS,或者同種OS的獨立實��

  SMP:一個OS的單一實例同時管理所有CPU,所有應(yīng)用可以浮動到其中任一個去運行�

  BMP:一個OS的單一實例同時管理所有CPU,但可以將某些應(yīng)用或者線程鎖定在指定的CPU上運�,實際上是SMP的一種特��

多核技術(shù)的應(yīng)用模式

軟件開發(fā)要求

  1 架構(gòu)方面�

  提升軟件并行�

  算法�(使用并行算法、使用OpenMP編程)

  任務(wù)�(流水�、多實例)

  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�

  充分認識多核帶來的程序并�(fā)性提�(同時多任�(wù)運行、關(guān)中斷將不確保安全的同�)

  3 下層支撐平臺提供支持�

  多種類型同步手段(spinLock,讀寫鎖、全局中斷鎖�)

  快速核間通訊手段(IPI機制)

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

面臨的問�

  多核處理器面臨的挑戰(zhàn)之一就是處理器能耗的極限。性能增強了,能量消耗卻不能增加。由于今天的能耗已�(jīng)處于一個相�(dāng)高的水平,需要避免將CPU做成一個“小型核電廠�,所以雙甚至多核處理器的能耗問題將是多核處理器制造商仔細考慮的事情�

  另外,由于多�(nèi)核芯片將兩個或更多的獨立CPU核心集成在一塊芯片上,數(shù)�(jù)在這些CPU核心之間移動時,可能有不同的�(yīng)用程序爭奪同一條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)總線可以實現(xiàn)處理器內(nèi)核與芯片組以點對點的方式連接,而CSI總線還可以實�(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�

  �(dāng)用戶在體會雙核帶來的�(yōu)越性能的時候,Intel公司卻又宣布未來將推出集�10核甚�100核的處理�。對于高端用戶而言,多核處理器的優(yōu)勢是顯而易見的,多任務(wù)處理、數(shù)�(jù)分析和網(wǎng)�(luò)分流等對計算性能要求較高的應(yīng)用是多核服務(wù)器的主流�(yīng)��

  與目前主流的雙核平臺相比,多核服�(wù)器平臺提供更多內(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共同為每一個處理器提供相關(guān)�(shù)�(jù),從而使所有內(nèi)核能夠以速度�(zhí)行計算負載。運行虛擬化技�(shù),在同一個服�(wù)器上能夠運行多種�(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�、更加強大的服務(wù)器上,并且控制數(shù)�(jù)中心的能源開��

  科研單位、企�(yè)等部門需要大量數(shù)�(jù)運算,對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)�;進行大型�(shù)�(jù)庫應(yīng)用的服務(wù)�,往往對于�(shù)�(jù)訪問、調(diào)用與更改等操作的�(yōu)化有很高的要求,多核處理器的采用是個不錯的助力;運行Web�(wǎng)站的服務(wù)�,大流量的數(shù)�(jù)也帶來了處理性能的高要求,多核會更具�(yōu)�??梢姡嗪朔�?wù)器可為企�(yè)級應(yīng)�,可以定位在�(shù)�(jù)庫服�(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)或即將得到用戶的認可,諸如海量數(shù)�(jù)處理、大�(guī)模網(wǎng)�(luò)�(yīng)�、復(fù)雜科�(xué)計算及大型圖形建模上,滿足企�(yè)在數(shù)�(jù)�、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)�。雙核和多核的優(yōu)勢也會在其中得到體現(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)療、航空和零售�(yè)。這些企業(yè)正在尋求計算資源利用率的��

  但多核必然有些問題無法回避,因為多核處理器的一個基本思路就是將計算任�(wù)�(jīng)過分解,然后并行�(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�。如果只是單純增加內(nèi)核數(shù),如果處理不�(dāng),很有可能會出現(xiàn)性能反而下降的問題。如何開�(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)核多達lO個甚至更多的時�,現(xiàn)有的并行處理技�(shù)必須進行修正才能滿足需�。否則在存取和處理數(shù)�(jù)時很可能�(dǎo)致錯誤的�(shù)�(jù)返回值。這主要是由于�(dāng)多個線程同時存取內(nèi)存數(shù)�(jù)時彼此很可能�(fā)生沖�。英特爾對此提出的解決方案是增加事務(wù)�(nèi)�(Transactional Memory),以解決多線程同時讀寫內(nèi)存時的沖�,而通過Java語言作為例子證實了這種方法的正確�?�?/FONT>

  從以前幾代處理器的結(jié)�(gòu)來看,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。盡管隨著工藝的進步,在單位面積上所能部署的晶體管數(shù)量還會繼�(xù)上升(ITRS�(yù)測到2010年單芯片上品體管�(shù)量將達到22億�),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�,過于復(fù)雜的�(nèi)核其部署所占的空間和功耗等問題也越來越不容忽視。同�,多核對�(yīng)用帶來的影響也將越來越不同。對于單純的諸如Word這種軟件,更多核處器的性能提升可能將越來越不明顯。但是在一些新興的�(lǐng)�,比如對多媒體信息尤其是在視頻信息中進行搜索、處理時以及視頻挖掘等,是多核技�(shù)今后要重點面對的問題。同時運行越多的程序,多核的性能表現(xiàn)就越��

  從多核到很多核時�,走向異�(gòu)多核化是一個很值得�(guān)注的趨勢。一方面功能強大的內(nèi)核其�(jié)�(gòu)必然�(fù)�,不但大馬拉小車,而且�(zhí)行特定任�(wù)的時候效率會受影�,功耗也難以控制。而對于一些特定的任務(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會比通用處理器更有優(yōu)�。有專家也提�,將計算機常用的一些功能不斷集成到處理�,用強大的硬件來處理軟件,也就是將軟件固化到處理器上�

  多核時代的到來將改變?nèi)藗兊纳?,降�?jīng)濟生活的成本,但也存在著問題。提高效率不是單純通過增加“核”的�(shù)量而實�(xiàn)�,要多方面配�,尤其是客戶端軟件開�(fā)�,要重新編寫代碼。拭目以待多核時代的來臨�

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