分析多核处理器技术的发展趋势

　　从技术上来说，单处理器的已经不能满足日益增长的对性能的要求了。多核处理器以其高性能、低功耗优势正逐步取代传统的单处理器成为市场的主流。多核处理器也称为片上多处理器（chip multi-processor，CMP），或单芯片多处理器。自1996年美国斯坦福大学首次提出片上多处理器（CMP）思想和多核结构原型，到2001年mM推出个商用多核处理器POWER4，再到2005年Intel和AMD多核处理器的大规模应用，到现在多核成为市场主流，多核处理器经历了十几年的发展。在这个过程中，多核处理器的应用范围已覆盖了多媒体计算、嵌入式设备、个人计算机、商用服务器和高性能计算机等众多领域，多核技术及其相关研究也迅速发展，比如多核结构设计方法、片上互连技术、可重构技术、下一代众核技术等。然而，多核处理器的技术并未成熟，多核的潜力尚未完全挖掘，仍然存在许多待研究的问题。

　　多内核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），多核处理器是单枚芯片（也称为“硅核”），能够直接插入单一的处理器插槽中，但操作系统会利用所有相关的资源，将它的每个执行内核作为分立的逻辑处理器。通过在两个执行内核之间划分任务，多核处理器可在特定的时钟周期内执行更多任务。

　　多核技术能够使服务器并行处理任务，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。多核架构能够使目前的软件更出色地运行，并创建一个促进未来的软件编写更趋完善的架构。尽管认真的软件厂商还在探索全新的软件并发处理模式，随着向多核处理器的移植，现有软件无需被修改就可支持多核平台。

　　在整体结构设计上多核处理器与传统的单处理器相比，多核内部结构没有固定的组织形式，可以有很多种实现方式。各个研究机构和厂商根据自己的应用目标设计出结构完全不同的多核结构。虽然如此，但在已有的多核处理器中仍存在几种比较典型的结构，它们分别代表了多核处理器结构中的某一类特点，而Hydra、Cell和RAW处理器就是3种典型的结构。

　　操作系统专为充分利用多个处理器而设计，且无需修改就可运行。为了充分利用多核技术，应用开发人员需要在程序设计中融入更多思路，但设计流程与目前对称多处理系统的设计流程相同，并且现有的单线程应用也将继续运行。得益于线程技术的应用在多核处理器上运行时将显示出卓越的性能可扩充性，此类软件包括多媒体应用、工程和其他技术计算应用以及诸如应用服务器和数据库等中间层与后层服务器应用。

　　多核处理器主要具有以下几个显着的优点：

　　控制逻辑简单：相对超标量微处理器结构和超长指令字结构而言，单芯片多处理器结构的控制逻辑复杂性要明显低很多。相应的单芯片多处理器的硬件实现必然要简单得多。

　　高主频：由于单芯片多处理器结构的控制逻辑相对简单，包含极少的全局信号，因此线延迟对其影响比较小，因此，在同等工艺条件下，单芯片多处理器的硬件实现要获得比超标量微处理器和超长指令字微处理器更高的工作频率。

　　低通信延迟：由于多个处理器集成在一块芯片上，且采用共享Cache或者内存的方式，多线程的通信延迟会明显降低，这样也对存储系统提出了更高的要求。

　　低功耗：通过动态调节电压/频率、负载优化分布等，可有效降低CMP功耗。

　　设计和验证周期短：微处理器厂商一般采用现有的成熟单核处理器作为处理器，从而可缩短设计和验证周期，节省研发成本。

　　多核技术应用前景

　　随着操作系统及应用软件对多核处理器的进一步支持及优化、芯片制造工艺的成熟、AMD及Intel为代表的低功耗技术的发展、芯片级虚拟化技术的成熟等诸多因素，将推动服务器处理器多核化趋势的进一步彰显。多核技术将成为服务器技术的重要技术支点，更多的多核服务器处理器将在07年内登场，包括Intel和安腾、AMD的4核Opteron、Sun的UltraSPARC和Negara八核T1芯片、IBM的Cell和Power5多核、HP的PA-RISC多核、使得整个市场充斥着各种多核的技术。此外，国内的龙芯3也是专门面向服务器系统的CPU，目前也在进行多核的研发，国内厂商曙光将在其新品中搭栽龙芯多核处理器。

　　随着英特尔酷睿2双核处理器的正式发布，诱人的莫过于酷睿2双核处理器所带来的前所未有的强大性能，性能发挥到的同时，功耗也得到很好的控制，桌面级的酷睿2双核E6000系列处理器的热设计功耗（TDP）只有65W，远低于Prescott接近100W的TDP。在移动处理器上即将迎来的是Merom，Merom与如今大红大紫的Conroe一样，都采用Intel的Core架构。而AMD发布双核64位Athlon，统称Athlon 64 2x，用于支持桌面系统和笔记本系统；AMD还表示有可能推出桌面多核处理器，用于游戏市场，前提是游戏市场推出可利用多核功能的游戏。

　　AMD嵌入式处理器采用AMD64长效保修计划，保证至少五年之处理器供应时间，且增加两款以AMD行动产品为基础的低功耗处理器。分别为Mobile AMD Sempron 3500+处理器，以及AMD Turion 64 X2 TL-52双行动运算技术。此两款处理器的发表提供设计工程师在系统开发上新的选择，并且带给顾客性能与较低持有成本。

　　从目前来看，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、多核处理器价格相对偏高、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。但是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。