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多方位多角度 帶您重新詮釋多核技術

作者: 時間:2016-09-12 來源:網(wǎng)絡 收藏

HyperTransport協(xié)處理器方案最富殺傷力的地方并非在于靈活性,而在于AMD所創(chuàng)建的“共生模式”。AMD計劃將 HyperTransport協(xié)處理器授權給其他的專業(yè)IC設計公司,這樣大量的第三方公司都可以為AMD64平臺開發(fā)協(xié)處理器并分別銷售,AMD自身只需要負責通用處理器的開發(fā)和HyperTransport原生態(tài)的維護?;诠餐睦?,大量的第三方IC設計公司將緊密圍繞AMD公司共同發(fā)展 HyperTransport平臺:通過銷售協(xié)處理器,第三方IC公司能夠獲得豐厚的回報,AMD則通過平臺授權和AMD64處理器的銷售獲得利潤、并在第三方公司的幫助下提高市場份額。

至于終端用戶,則可以在現(xiàn)有基礎上通過增加或升級協(xié)處理器達成大幅度提高系統(tǒng)性能的目的—這便是AMD倡導的“友好生態(tài)系統(tǒng)”的實質。與AMD 的開放策略形成鮮明對比,英特爾將變得越來越封閉,從迅馳到VIIV平臺,第三方廠商的機會越來越少,英特爾希望將全部的商業(yè)利潤都歸自己所有,而不是與合作廠商共同分享機會。在這樣的背景下,越來越多IC廠商轉向對AMD平臺的支持,因此AMD所倡導的友好生態(tài)系統(tǒng)其實已經有相當良好的基礎。

圖6 2015年的處理器藍圖,Many Core設計成為標準

前瞻:架構革命的前夜

盡管X86業(yè)界依然按部就班地進行性能提升,軟件工業(yè)也是在以往基礎上匍匐前進,但這場架構革命距離我們并不遙遠。在RISC領域,針對實際應用對產品作定制化設計成為各個廠商的共識,而各個廠商在開發(fā)新一代架構時都會有意識地為處理器預留擴展定制的空間。

相信在未來,我們可以看到越來越多的專用型RISC處理器,例如游戲機/視頻任務處理器、網(wǎng)絡處理器、低耗能通用處理器、嵌入處理器等等;而在 X86領域,英特爾和AMD在今后兩年內還是會基于傳統(tǒng)的多核心方案繼續(xù)發(fā)展,其中,英特爾在下半年帶來的Merom架構以高效率見長,但它非常缺乏擴展的空間;到2008年,英特爾才會陸續(xù)引入CSI總線并整合內存控制器,解決多路服務器系統(tǒng)擴展性的問題;大約到2010年,我們有望看到第一代Many Core處理器出臺,X86處理器將轉向一個全新的多核時代。

而AMD公司在未來兩年內更多是對現(xiàn)有的AMD64架構進行改良,例如引入雙通道DDR2-800支持和65納米SOI工藝,服務器領域 Opteron的優(yōu)勢不太容易被打破。大約在2008年,AMD將帶來新一代的K9或K10,高度整合設計將被引入,更關鍵的是,AMD將帶來 HyperTransport 3.0和4.0版總線技術規(guī)范,并有可能開始啟動協(xié)處理器計劃。

由于HyperTransport 3.0/4.0將直接對協(xié)處理器提供支持,AMD只需要解決主處理器與協(xié)處理器的任務協(xié)作以及硬件連接標準的制定即可,接下來的協(xié)處理器開發(fā)工作便主要依靠第三方IC公司加以實現(xiàn)。如果AMD在新一輪變革中再度領先,那么在大量第三方企業(yè)和用戶的支持下,英特爾在微處理器市場的主導優(yōu)勢很可能徹底喪失,最終出現(xiàn)兩大平臺分庭抗禮的格局。

當前微處理器技術發(fā)展的幾個方向

提高架構執(zhí)行效率、多核心設計、靈活的擴展彈性、深層次的功能整合是當前微處理器領域的四大技術發(fā)展方向。處理器效率低下的弊端主要出現(xiàn)在 X86領域,X86指令集臃腫復雜,指令效率已明顯低于RISC體系,如果不在芯片設計方面加以彌補,X86處理器很難獲得媲美RISC產品的卓越性能。

衡量處理器效率通常有兩個指標:一是芯片的能源利用效率,也就是每瓦性能,在消耗同等能源條件下,最終性能高的產品能源效率就較高;第二個指標便是芯片的晶體管效率,我們可以引入“每晶體管性能”來衡量,在消耗等量晶體管數(shù)量條件下,芯片效能高者效率就越高。

晶體管規(guī)模越大,制造成本越高,對芯片廠商來說,提高每晶體管性能能夠在保持成本不變的前提下獲得更卓越的性能。一般來說,每瓦性能和每晶體管性能總是被結合起來討論,不同指令體系的產品在此相差甚遠,例如當前頂級的RISC處理器與頂級的X86處理器作對比,我們便會發(fā)現(xiàn)X86芯片遠遠落后。

即便基于相同的指令體系但設計不同的產品,也可能存在懸殊的效率差異—一個最典型的例子就是英特爾Netburst架構與AMD64架構,Pentium 4芯片的功耗更高,晶體管規(guī)模也普遍更大,但性能無法同對應的AMD64架構產品抗衡。且Pentium 4芯片的能耗已超過百瓦,達到風冷散熱的極限,無法進一步向上提升。

為了解決這個問題,英特爾將在今年中期引入Merom架構來代替Netburst,誠如我們之前的分析,Merom引入了RISC精簡指令的思想,對X86架構進行根本性的改進得以大幅提高效率。而在RISC技術領域,提高效率也一直都是各制造商的目標,雖然RISC芯片在這方面已占據(jù)先天優(yōu)勢,但各芯片廠商仍然在此方面花費巨大的精力并獲得斐然成果。在本文關于P.A.Semi的PWRficient雙核處理器、SUN UltraSPARC T1八核處理器的分析中,我們將能看到這一點。

多核心設計可謂是提高每晶體管效能的最佳手段。在單核產品中,提高性能主要通過提高頻率和增大緩存來實現(xiàn),前者會導致芯片功耗的提升,后者則會讓芯片晶體管規(guī)模激增,造成芯片成本大幅度上揚。盡管代價高昂,這兩種措施也只能帶來小幅度性能提升。而如果引入多核技術,便可以在較低頻率、較小緩存的條件下達到大幅提高性能的目的。相比大緩存的單核產品,耗費同樣數(shù)量晶體管的多核心處理器擁有更出色的效能,同樣在每瓦性能方面,多核設計也有明顯的優(yōu)勢。

正因為如此,當IBM于2001年率先推出雙核心產品之后,其他高端RISC處理器廠商也迅速跟進,雙核心設計由此成為高端RISC處理器的標準。而X86業(yè)界直到去年中期才開始嘗試推出雙核產品,預計實現(xiàn)全面普及要等到2006-2007年。

此時,RISC業(yè)界又朝向多核、多線程的方向發(fā)展,四核心、八核心設計紛紛登臺亮相,并行線程數(shù)量多達32條,并且開始從通用多核體系轉向簡化核以及專用化的DSP,實現(xiàn)性能的跨越性提升—這些新設計和新方向也都將被X86業(yè)界所借鑒。



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