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为什么是多核

芯片科学家试图用加速芯片超越多核。

过去几十年来，芯片制造商依赖于提高时钟速度—每秒钟处理器执行指令的数量—作为提升运算能力的动力。时钟 频率每18个月会增长一倍，芯片速度也会随之增长，一年内就使机器无需增加更多芯片，应用程序的处理能力获得50%~60%的提高。而越来越小的晶体管、 越来越长的管线队列处理能力和日益复杂的微体系结构（Microarchitectures）的引入，都使诞生新产品的需求显得越来越紧迫。
而现在广泛使用的单线程软件模式使芯片的性能增长每年不超过20%。“现在主宰市场的单线程模式其实已日薄西山了。”为波音公司（Boeing）和美国联邦政府提供服务的超级计算机公司Cray的首席技术官（CTO）史蒂夫·斯科特（Steve Scott）这样断言。
 更快的晶体管会产生更多的热量，这使降温的成本变得惊人地昂贵，有时甚至限制了性能的增长。而导线越细，产 生的电阻越高，使得在一个时钟周期内要通过芯片表面完成传导变得越来越困难。基于这些原因，芯片业界转向了多核芯片， 基本上，它是为芯片新增了一个 CPU，这样就无需再提升时钟速度。尽管它引发了英特尔和 AMD之间一场新的竞争，但实际上，这只是一种勉强的性能提升。
毕竟多核芯片存在着潜 在的缺陷，多个处理器之间会争夺对内存的访问。比如现在是一块芯片上有两个内核，明年是四个，可能十年之后就变成上百个了—它们得消耗越来越长的内存数据 等待时间。这将会产生瓶颈和性能损耗。更重要的是，多核方式使个人电脑和服务器变成了并行式计算机，在编程上会变得异常困难。而许多程序并没有为多核芯片 做相应的优化。
随着英特尔和AMD计划在一个芯片上推出越来越多的内核，这些问题也会变得越来越严重。“多核芯片不是万能神药。”图瑞克认为。由 于个人电脑上的编程也逐渐向并行计算机靠拢，微软因此在高性能计算机上投了巨资。如果芯片业可以只靠计算加速器提升系统性能，而不会增加额外热量、并行计 算或者电源需求，用户就能够摆脱这些问题的困扰了。
然而特殊芯片的方式并不适用于所有场合。虽然谷歌公司（Google）著名工程师鲁兹·巴罗佐 （Luiz Barroso）认为，特殊用途型芯片可以“显著地”为科学型应用程序提速，但大众市场芯片已经用多内核芯片技术解决了并行数据处理的问题，这样能节省大 量的编程开发时间。“总体来说，多核是个更好的解决方式。”巴罗佐评论说，“对像我们这样需要快速创新的公司尤为重要。”谷歌一直在关注特殊用途处理器和 FPGA芯片的进展。的确，与网络搜索的应用相比较，特殊芯片在有可预见模式的应用和有大量实数运算的环境会更合适一些。

 硬件加速对通用计算来说，仍是前沿研究而非实用的IT技术。橡树岭国家试验室的CIO斯科特·司徒汉 （Scott Studham）也评论说，“这仍是一项新兴的技术。”但在不远的将来，随着高性能计算和商业数据处理的聚合度越来越高，这种方式也将使商业市场受益。现 在的商业计算包含大量的数据处理，如市场人员需要部署非常消耗计算机资源的数据挖掘算法，银行希望追踪全球财经市场动态，而实业和零售业公司则希望跟踪从 无线射频识别（RFID）设备涌入的大量数据流。“这是热门话题，”销售超级计算机集群的Linux Networx公司CTO乔舒亚·哈尔（Joshua Harr）表示。
在许多方面，对加速器的兴趣反映了芯片设计的潮流。特殊用途芯片里10% 的电路都贡献给了数学浮点运算，而对比之下，通用型芯片如AMD的皓龙和英特尔的Xeon只用到1%~2%的硅基区域。它们的绝大部分电路都用于系统的各 种控制元素、预测将进行哪个分支的运算和基于上述预测执行指令。这些需求的结果就是一块各方面很均衡的芯片。“无论你交给它什么任务，它都执行得不错，” 松冈评论说。
比起通用型芯片来，加速芯片可在更低的时钟速率上运行以节省功耗和热量。比如ClearSpeed公司的芯片可运行在250MHz。而英特尔最快的奔腾芯片运行在3.73GHz，是前者频率的15倍。
使 用特殊用途的芯片，应用程序的运行速度可以为原来的若干倍，以更低的功耗和无需额外增加网络节点就获得更高的性能。它们在用同一条指令处理多个数据点的矢 量计算和把信号分解成频率分量的“快速傅立叶变换”计算，以及其他许多领域里的科学与工程计算里都显示了卓越的运算能力。
目前为止，加速器最大的缺点是编程困难。“它们的威力无与伦比，但却难以控制。”
http://www.informationweek.com.cn/article_topictypeid_61_articleid_2229_sectopictypeid_62.html

posted on 2006-12-03 11:47 DestinyController 阅读(646) 评论(0)  编辑 收藏 引用

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