多核CPU技术的发展与关键技术分析

多核CPU技术的发展与关键技术分析2009年12月12日Page2摘要处理器的发展可谓日新月异，CPU对计算机性能的发挥起着至关重要的作用，随着信息时代的到来，各层次的电脑用户对电脑的性能提出了更高的要求，单核处理器已经不能满足人们日常工作生活所需。伴随着数字化办公和数字生活的来临，这些未来科技的实现，需要处理器拥有更高性能，以便提供给我们：更快的音频/视频编辑速度，更流畅的媒体播放能力，更加绚丽的游戏性能，更迅速的系统响应速度，以及更强的多线程处理能力。而双核和多核处理器能大幅度提高PC的工作效率。这也就表明双核和多核是未来科技发展的必然需要。双核和多核处理器也必然能为这些需要提供充足动力。双核和多核的出现和应用是必然的，从市场需要上看，双核和多核也是符合市场需要的，处理器生产厂商也同时大力推广双核和多核处理器，从目前发展形势上看，双核和多核处理器已经显露出自己无可比拟的优势，也得到了用户的广泛信任和选购。未来的科技发展也寄予了双核和多核处理器更多的厚望。这些都预示着双核以及多核处理器是未来市场主流处理器的发展趋势。Page3第一章单核过渡多核1.1概述1.2从单核到多核1.3多核出现的必然性Page41.1概述多核化趋势正在改变IT计算的面貌。跟传统的单核CPU相比，多核CPU带来了更强的并行处理能力、更高的计算密度和更低的时钟频率，并大大减少了散热和功耗。目前，在几大主要芯片厂商的产品线中，双核、四核甚至八核CPU已经占据了主要地位。Page51.2从单核到多核计算机上不断涌现的新兴使用模式让最终用户对处理器的处理能力——即性能——提出了更高的要求，并且对性能每年提高的幅度还在不断加速，而多核技术是目前行之有效的方法。Page61.3多核出现的必然性在一个芯片上建造多个CPU内核，而不是建造单个巨大的CPU。这样就可以在较小的能耗下，让多个CPU共同工作，提高整体性能。摩尔定律告诉我们芯片上的晶体管会以指数增长，我们就能在一个芯片上建造越来越多的功能强大的CPU内核，从而继续提高电脑的性能。Page7Intel12月2日展示了一款全可编程设计的48核（由24个双核模块组成）单芯片云计算处理器(SCC:Single-chipCloudComputer)产品，可以处理最大64GB的内存容量。这款处理器内部集成了13亿个晶体管，是Intel2007年发起的一项万亿级处理器研究项目的第二代产品，其前代产品名为“Polaris”，内含80个处理核心。SCC与Polaris最大的区别便在于前者完全支持x86指令集，可以像其它x86处理器如奔腾，酷睿那样运行x86指令。内含48个处理器核心：Intel展示万亿级处理器第二代产品SCCPage8第二章多核CPU发展2.1技术发展2.2发展历程Page92.1技术发展多核技术能够使服务器并行处理任务，而在以前，这可能需要使用多个处理器，多核系统更易于扩充，并且能够在更纤巧的外形中融入更强大的处理性能，这种外形所用的功耗更低、计算功耗产生的热量更少。多核技术是处理器发展的必然。Page10英特尔推出的全球第一颗通用型微处理器4004Page11第三章多核CPU技术3.1技术简介3.2技术优势3.4技术原理3.5技术意义3.6技术种类3.3技术瓶颈Page123.7技术应用3.8云计算3.9框计算Page133.1技术简介多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。多核技术的开发源于工程师们认识到，仅仅提高单核芯片的速度会产生过多热量且无法带来相应的性能改善，先前的处理器产品就是如此。他们认识到，在先前产品中以那种速率，处理器产生的热量很快会超过太阳表面。即便是没有热量问题，其性价比也令人难以接受，速度稍快的处理器价格要高很多。Page143.2技术优势目前虽然单一的单线程程序无法体现出多核处理器的优势，但是多核处理器依然为程序设计者提供了一个很好的平台，使得他们可以通过对原有的单线程序进行并行设计优化，以实现更好的程序运行效果。Page153.3技术瓶颈要想让多核完全发挥效力，需要硬件业和软件业更多革命性的更新。其中，可编程性是多核处理器面临的最大问题。一旦核心多过八个，就需要执行程序能够并行处理。尽管在并行计算上，人类已经探索了超过40年，但编写、调试、优化并行处理程序的能力还非常弱。Page163.4技术原理多核CPU就是基板上集成有多个单核CPU，早期PD双核需要北桥来控制分配任务，核心之间存在抢二级缓存的情况，后期酷睿自己集成了任务分配系统，再搭配操作系统就能真正同时开工，2个核心同时处理2“份”任务，速度快了，万一1个核心死机，起码另一个还可以继续处理关机、关闭软件等任务。Page173.5技术意义多核处理器代表了计算技术的一次创新。由于数字数据和互联网的全球化，商业和消费者开始要求多核处理器带来性能改进，这个重要创新就开始了；因为多核处理器比单核处理器具有性能和效率优势，多核处理器将会成为被广泛采用的计算模型。Page183.6技术种类单芯片多处理器(CMP)与同时多线程处理器(SimultaneousMultithreading，SMT)，这两种体系结构可以充分利用这些应用的指令级并行性和线程级并行性，从而显著提高了这些应用的性能。Page193.7技术应用Page203.8云计算云计算(CloudComputing)是分布式处理(DistributedComputing)、并行处理(ParallelComputing)和网格计算(GridComputing)的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。云计算的基本原理是通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将更与互联网相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。Page213.9框计算框计算为用户提供基于互联网的一站式服务，是一种最简单可依赖的互联网需求交互模式，用户只要在框中输入服务需求，系统就能明确识别这种需求，并将该需求分配给最优的应用或内容资源提供商处理，最终返回给用户相匹配的结果。Page22结束语双核和多核的出现和应用是必然的，双核和多核也是符合市场需要的，处理器生产厂商也同时大力推广双核和多核处理器，从目前发展形势上看，双核和多核处理器已经显露出自己无可比拟的优势，也得到了用户的广泛信任和选购。但是，多核处理器的推广还受到一定程度的限制，如一些桌面应用尚不支持多线程、应用开发工具不成熟等。随着应用需求的扩大和技术的不断进步，多核必将展示出其强大的性能优势。多核处理器是处理器发展的必然趋势，无论是移动与嵌入式应用、桌面应用还是服务器应用，都将采用多核的架构，因此我们可以肯定地说：多核技术应用前景广阔。23谢谢！