浅谈双核技术

浅谈双核技术

摘要:本文主要依据某公司介绍了双核技术,并将其与双CPU和超线程技术进行了比较,在此基础上提出一些新的看法。

关键词:双核技术 CPU 超线程技术

本文研究的某公司的各部门使用的计算机中的中央处理器芯片—CPU一直以来都是单核的。随着技术的进步和计算应用的需求加大,双核处理器应运而生。近期,配发我公司的部分计算机也配置了双核处理器。那么,什么是双核处理器呢?双核处理器背后的概念蕴涵着什么意义呢?下面我就简单介绍一下双核技术。

1 什么是双核技术

双核就是二个核心,核心(Die)又称为内核,是CPU最重要的组成部分。CPU中心那块隆起的芯片就是核心,是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的,CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。各种CPU核心都具有固定的逻辑结构,一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。

从双核技术本身来看,到底什么是双内核?毫无疑问双内核应该具备两个物理上的运算内核,而这两个内核的设计应用方式却大有文章可作。据现有的资料显示,AMD Opteron 处理器从一开始设计时就考虑到了添加第二个内核,两个CPU内核使用相同的系统请求接口SRI、HyperTransport技术和内存控制器,兼容90纳米单内核处理器所使用的940引脚接口。而英特尔的双核心却仅仅是使用两个完整的CPU封装在一起,连接到同一个前端总线上。可以说,AMD的解决方案是真正的“双核”,而英特尔的解决方案则是“双芯”。可以设想,这样的两个核心必然会产生总线争抢,影响性能。不仅如此,还对于未来更多核心的集成埋下了隐患,因为会加剧处理器争用前端总线带宽,成为提升系统性能的瓶颈,而这是由架构决定的。因此可以说,AMD的技术架构为实现双核和多核奠定了坚实的基础。AMD直连架构(也就是通过超传输技术让CPU内核直接跟外部I/O相连,不通过前端总线)和集成内存控制器技术,使得每个内核都自己的高速缓存可资遣用,都有自己的专用车道直通I/O,没有资源争抢的问题,实现双核和多核更容易。而Intel是多个核心共享二级缓存、共同使用前端总线的,当内核增多,核心的处理能力增强时,就像现在北京郊区开发的大型社区一样,多个社区利用同一条城市快速路,肯定要遇到堵车的问题。

双核在运行单任务和不支持双核的软件时,无法体现双核的威力,只有在执行

多任务和支双核的软件(如最新的WinRAR6.0)的时候,才能显示出“一个顶俩”的效果,因为双核的买点并不是处理速度,而是工作量,在速度方面和单核CPU没多大区别,就好像是一个人做一件事要一分钟,如果同时做两件事就要两分钟,但如果有另一人帮你一起做,那么两件事一分钟就做完了,如果软件支持双核,那么就会出现“两人同做一件事只要半分钟”的情况,所以,随着双核软件的越来越多,双核的行情还是很被看好的。

2 双核技术的主要优势及问题

优点主要是双核技术的引入是提高处理器性能的行之有效的方法。由于生产技术的限制,传统通过提升工作频率来提升处理器性能的作法目前面临严重的阻碍,高频 CPU的耗电量和发热量越来越大,已经给整机散热带来十分严峻的考验。双核技术可以很好的避免这一点。增加一个内核,处理器每个时钟周期内可执行的单元数将增加一倍。引入双核架构也将可以全面增加处理器的功能,这是一个十分重要的影响因素。双处理器架构的引入和微软下一代Longhorn(Vista)操作系统将在很大程度上促进虚拟技术的发展。

问题是目前双核都是简单地将两个物理内核”叠加”在一起,这必然带来晶体管数量的大幅度增加,带来的直接后果就是由泄漏电流引起的功耗大幅度增加,就算是采用了节能技术其发热量也居高不下,从而导致双核心处理器相对于单核心处理器而言频率提升更加困难。而且由于目前的制造工艺的限制,双核心处理器的良品率要比单核心处理器的低,这必然会带来成本的居高不下。

3 双核CPU与双CPU、超线程技术的区别

3.1 三者的工作原理和概念

3.1.1超线程(HT)

超线程(Hyperthreading Technology)技术就是通过采用特殊的硬件指令,可以把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片,在单处理器中实现线程级的并行计算,同时在相应的软硬件的支持下大幅度的提高运行效能,从而实现在单处理器上模拟双处理器的效能。其实,从实质上说,超线程是一种可以将CPU内部暂时闲置处理资源充分“调动”起来的技术。

3.1.2 双核心

所谓双核心处理器,简单地说就是在一块CPU基板上集成两个处理器核心,并通过并行总线将各处理器核心连接起来。双核心并不是一个新概念,而只是CMP(Chip Multi Processors ,单芯片多处理器) 中最基本、最简单、最容易实现的一种类型。

3.1.3 双CPU

前面所说的双核心是在一个处理器里拥有两个处理器核心,核心是两个,但是其他硬件还都是两个核心在共同拥有,而双CPU则是真正意义上的双核心,不光是处理器核心是两个,其他例如缓存等硬件配置也都是双份的。

3.2 三者运行性能比较

CPU运行性能最为关键的就是运行速度,那么究竟这三者在运行速度方面表现如何呢?我们依然通过比喻的方法来区分。

假设CPU是一个运输卡车,货物就是我们要计算的信息,CPU运算就类似于卡车运输货物。同一时间运送的货物越多,说明CPU运算能力越强。

单CPU系统——相当于一辆卡车在一条车道上跑。由于车少,所以运输能力有限。以往CPU生产厂商都是在不断的提高卡车的载重即主频来提高他的运输能力。

双CPU系统——相当于两辆卡车在两条相交的车道上跑。每辆车大部分都在自己的路上跑,但偶尔会相遇、停车避让。由于车多路宽,所以双CPU运输能力最强。

上面就是我对双核技术的简单介绍,显而易见,双核在处理多任务和大数据量运算时有很大优势,但其技术还不成熟且价格较高,不做多任务处理的用户可不急于购买双核计算机。

参考文献:

[1] 祁金华,龙芯.等待成熟[N].网络世界,2006,(24).

[2] 陈飞. CPU现状及发展趋势[N].硅谷,2008,(11).