intel多核微处理器技术

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1、Intel多核微处理器技术Intel多核微处理器技术--严汇平(033226，yhp_blue@hotmail.com)　　俞陈霄(033227，littlefish1119@hotmailcom)　　毛坤宁(033316，lilliput8551@yahoo.com.cn)2006-6-22摘要：英特尔对多核芯片信心十足,预估，到2006年多核芯片将广泛应用于台式机电脑、服务器、移动装置上，市占率分别为70%、85%、70%,多核微处理器技术将成为主流关键字：多核微处理器技术、双核心处理器、晶体管效率一、引言　　根据摩尔定律,CPU的速度应该每

2、过18个月翻一番。在过去的几十年中,CPU的速度以一个令人意想不到的速度上升,根据两位计算机界的传奇人物JohnLHennessy和DavidA.Patterson的说法,在这当中每年性能的提升可以达到58%之多。可是自从1996年以后,CPU速度上升的步伐似乎慢了下来。根据专家们的分析,从1996年到2002年,CPU的提升速度只有41%,而从2002年至今,更是下降到25%。有业内人士分析说,这种下降的趋势还会继续下去。那么究竟是什么因素阻碍着CPU的快速发展?首先让我们看看影响CPU性能的几个关键技术指标。　　影响CPU性能的几个关键技术指

3、标：*主频。即CPU的工作频率,也就是CPU每秒执行的指令数。主频越高,CPU的速度越快。主频是衡量CPU性能的一个指标。*前端总线速度。前端总线即FrontSideBus,通常用FSB表示,是将CPU连接到北桥芯片的总线。计算机的前端总线频率是由CPU和北桥芯片共同决定的。北桥芯片是主板上最靠近CPU的那块芯片,它是负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件。前端总线是CPU和外界交换数据的最主要通道,因此前端总线的数据传输能力对计算机整体性能作用很大,如果没有足够快的前端总线,CPU的速度再快,也只能干着急,等着前端总线把所需数据传递过来后,才

4、能进行计算。*流水线和超标量技术及分支预测机制。每一条指令的执行至多需要5个周期,分别为取指周期、译码周期、执行周期、访问存储器周期和写回周期。流水线就是在一个时钟周期启动一条指令,从而实现一个时钟周期完成一条指令;超标量就是在一个时钟周期启动多条指令。因而,一个时钟周期可以完成多条指令。因此,流水线和超标量技术通过指令间的并行,来提高CPU的运算速度。指令间的并行度越大,CPU的速度越快。比如IntelXeon3.2GHz(EM64T)支持SSE3流指令技术,英特尔开发的第三代SIMD指令集,可以增强浮点和多媒体运算的速度。而正确的分支预测可以

5、将需要执行的指令提前预取,从而提高CPU的速度。*缓存的级数和各级缓存的大小。最初的计算机CPU里,并没有缓存。因为那时内存的速度和CPU的速度基本相当,内存能够满足CPU的数据需要。可是后来CPU的速度按照摩尔定律提升,而内存的速度却上升相对缓慢。为了解决内存速度缓慢引起的系统瓶颈,缓存的概念应运而生。缓存保存CPU经常使用的数据,所以缓存越大,保存的信息越多,命中率越高,就减少了CPU访问内存的次数,从而提高了整体性能。缓存可以做很多级,目前已经做到三级。*芯片架构。以前的CPU都是单核心的,现在双核心的CPU已经问世。Intel的Penti

6、um840ExtremeEdition芯片采用的是Smithfield,它是在一块硅芯片上集成两个处理器核心,以后还会有多核心的CPU。　　从芯片架构这方面分析，衡量处理器效率通常有两个指标：一是芯片的能源利用效率，也就是每瓦性能，在消耗同等能源条件下，最终性能高的产品能源效率就较高；第二个指标便是芯片的晶体管效率，我们可以引入"每晶体管性能"来衡量，在消耗等量晶体管数量条件下，芯片效能高者效率就越高。晶体管规模越大，制造成本越高，对芯片厂商来说，提高每晶体管性能能够在保持成本不变的前提下获得更卓越的性能。一般来说，每瓦性能和每晶体管性能总是被结

7、合起来讨论，不同指令体系的产品在此相差甚远，例如当前顶级的RISC处理器与顶级的X86处理器作对比，我们便会发现X86芯片远远落后。　　多核心设计可谓是提高每晶体管效能的最佳手段。在单核产品中，提高性能主要通过提高频率和增大缓存来实现，前者会导致芯片功耗的提升，后者则会让芯片晶体管规模激增，造成芯片成本大幅度上扬。尽管代价高昂，这两种措施也只能带来小幅度性能提升。而如果引入多核技术，便可以在较低频率、较小缓存的条件下达到大幅提高性能的目的。相比大缓存的单核产品，耗费同样数量晶体管的多核心处理器拥有更出色的效能，同样在每瓦性能方面，多核设计也有明显

8、的优势。正因为如此，当IBM于2001年率先推出双核心产品之后，其他高端RISC处理器厂商也迅速跟进，双核心设计由此成为高端RISC处理