多核程序设计课件1概述

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1、多核程序设计2008年8月18日1教材主教材：《多核程序设计》，ISBN9-787302-158356，清华大学出版社，2007年8月参考书：《多核程序设计技术-通过软件多线程提升性能》,电子工业出版社,ISBN9787121038716，2007年3月2实验环境硬件：英特尔多核计算机：双核酷睿2软件：Visualstudio2003/2005IntelC++compiler10.0forlinux&forwindowsIntelMKL9.1forLinux&WindowsIntelThreadChecker3.1forLi

2、nux&WindowsThreadProfiler3.1forWindowsVtune9.0forWindows&Linux3课件、工具、录像、代码http://multicore.zju.edu.cnhttp://multicore.net.cn4第一章并行与多核体系结构概论51微处理器发展史1945年，世界上第一台全自动电子数字计算机ENIAC计算机的发展按照硬件工艺可以分为第一代（1946~1958）：电子管数字计算机。第二代（1958~1964）：晶体管数字计算机。第三代（1964~1971）：集成电路数字计算机。第

3、四代(1971年以后）：大规模集成电路数字计算机。6微处理器1971年，第一款微处理器40041978年，英特尔公司80861979年，英特尔公司又开发出了80881981年，美国IBM公司将8088芯片用于其研制的PC机1982年，英特尔公司研制出了80286微处理器1985年10月17日，英特尔80386DX正式发布1989年，英特尔推出80486芯片1993年，新一代586CPU问世1996年底，多能奔腾PentiumMMX1998年，奔腾二代PentiumII、至强微处理器Xeon、赛扬Celeron1999年春，英

4、特尔公司PentiumIII奔三2000年，英特尔公司Pentium4，奔四2002年，英特尔超线程技术（HT，Hyper-Threading）2005年4月18日，英特尔全球同步首发奔腾D处理器7指令集变化提高电脑在多媒体、3D图形方面的应用能力MMX57条多媒体指令SSE3DNOW!3D加速指令集怎么利用这些指令用专业编译器82多核技术是处理器发展的必然推动微处理器性能不断提高的因素半导体工艺技术的飞速进步体系结构的不断发展这两个因素相互影响，相互促进工艺和电路技术的发展使得处理器性能提高约20倍体系结构的发展使得处理器

5、性能提高约4倍编译技术的发展使得处理器性能提高约1.4倍。如今，这个规律已经很难维持9十亿晶体管时代即将到来通用微处理器的主频已经突破了4GHz数据宽度也达到64位。65nm工艺的微处理器已经批量生产大连45nm工艺以下的微处理器也已问世芯片上集成的晶体管数目已经超过10亿个如何有效地利用数目众多的晶体管？多核通过在一个芯片上集成多个简单的处理器核利用这些晶体管资源发挥其最大的能效10门延迟逐渐缩短，全局连线延迟却不断加长晶体管特征尺寸不断缩小使得晶体管门延迟不断减少互连线延迟却不断变大芯片的制造工艺达到0.18微米甚至更小

6、时线延迟已经超过门延迟成为限制电路性能提高的主要因素CMP(单芯片多处理器)的分布式结构全局信号较少，与集中式结构的超标量处理器结构相比，在克服线延迟影响方面更具优势11符合Pollack规则Pollack规则处理器性能的提升与其复杂性的平方根成正比如一个处理器的硬件逻辑提高一倍，至多能提高性能40％采用两个简单处理器构成一个相同硬件规模的双核处理器可获得70％～80％的性能提升在面积上也同比缩小12能耗不断增长芯片的发热现象日益突出工艺技术的发展和芯片复杂性的增加多核处理器单核速度较慢处理器消耗较少的能量，产生较少的热量单

7、核处理器里增加的晶体管可用于增加多核处理器的核多核处理器关闭（或降频）一些处理器等低功耗技术13设计成本的考虑设计成本随时间呈线性甚至超线性的增长处理器结构复杂性的不断提高人力成本的不断攀升多核处理器处理器IP复用极大降低设计的成本模块的验证成本也显著下降14体系结构发展的必然超标量结构和超长指令字结构在目前的高性能微处理器中被广泛采用超标量结构使用多个功能部件同时执行多条指令，实现指令级的并行控制逻辑复杂，实现困难超标量结构的指令并行程度一般不超过8超长指令字结构使用多个相同功能部件执行一条超长的指令编译技术支持问题二进制

8、兼容问题。未来的主流应用需要同时执行更多条指令的能力单一线程不太可能提取更多的并行性不断增加的芯片面积提高了生产成本设计和验证所花费的时间变得更长更复杂化的设计也只能得到有限的性能提高15单芯片多处理器通过在一个芯片上集成多个微处理器核心来提高程序的并行性每个微处理器核心是一个相对简单的单