当前位置：首页> 服务器> 推荐文章> 正文

计算技术的飞跃谁带我们进入双核时代

作者：Amteam.org

2007/5/14 13:46:00

大中小

本文关键字：网络新闻

从2005年开始至今，计算机的发展出现了许多引人注目的技术热点，其中之一就是双核或多核技术，它正从应用的角度改变了人们的工作和生活。现在无论服务器、桌面台式机或者移动的笔记本电脑等许多产品都已经升级到双核，为我们的实际应用带来了缤纷多彩的美好未来。这原因似乎都是归功于AMD和Intel在X86服务器上的双核之争，带来性能和价格的实惠。那么到底什么是双核处理器，又是谁把我们带入双核时代呢?本文就和大家一起来探讨这个问题。

一、认识双核处理器技术

所谓双核心处理器，简单地说就是在一块CPU基板上集成两个处理器核心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来。双核心并不是一个新概念，而只是CMP(Chip Multi Processors，单芯片多处理器)中最基本、最简单、最容易实现的一种类型。CMP最早是由美国斯坦福大学提出的，其思想是在一块芯片内实现SMP(Symmetrical Multi-Processing，对称多处理)架构，且并行执行不同的进程。为什么用使用双核处理器呢?因为原有的普通单核心处理器的频率难于提升，性能没有质的飞跃，由于频率难于提升，为了解决这个棘手的问题，处理器厂商都利用双核技术提高性能，减少功耗等好处。

双核心处理器技术的引入是提高处理器性能的有效方法。因为处理器实际性能是处理器在每个时钟周期内所能处理器指令数的总量，因此增加一个内核，处理器每个时钟周期内可执行的单元数将增加一倍。在这里我们必须强调一点的是，如果你想让系统达到最大性能，你必须充分利用两个内核中的所有可执行单元：即让所有执行单元都有活可干!引入双核架构也将可以全面增加处理器的功能，这是一个十分重要的影响因素。另外双处理器架构的引入和微软下一代Longhorn(Vista)操作系统将在很大程度上促进虚拟技术的发展。当然双核处理器具体实施的前提是在半导体技术发展能够满足解决功耗、一个芯片能集成几千万个晶体管等条件。

在这里首先要明确的一点是，双核和单核在运算量并非繁重的情况下，他们的性能差距并不是那么明显，而在执行高强度、复杂、繁重的运算时，双核处理器具有明显优势。在复杂软件应用的挑战之下，单纯使用单核心处理器无疑显得有点应付不及。多任务往往会超过CPU的应用范围，大量时间浪费在排队等候处理的过程，极大的降低了性能。在双核心问世之前，对于需要同时处理多个任务的环境中，更多的是采用被称为SMP的多处理器技术来提高性能，其后Intel的超线程技术也是另外一个解决方法。但是多核心技术的出现，可以让计算机在更小的空间内获得对应的甚至是更好的性能。对于同时运行多个应用程序的计算机，多核心技术必定可以提高系统的效率和应用程序的性能。

实际上，双核处理器最早即是为服务器领域开发的，因为它可以解决最受关心的有两个问题：性能和成本。从性能上来说，双核心处理器是提高处理器性能最直接有效的方法。处理器在每个时钟周期内所能处理器指令数的总量决定了它的性能，每增加一个内核，处理器每个时钟周期内可执行的指令数将增加一倍。通过增加运算核心，处理器的速度也会随之带来大幅度的提升。在成本方面，双核服务器不仅解决了服务器的空间成本和散热成本，更直接解决了整套服务器的设备成本。

单核处理器目前并不会被淘汰，因为双核处理器需要对操作系统和应用软件进行优化才能发挥强大的性能，而现在，还没有进行优化，所以双核处理器在执行单任务时与单核处理器的效能是基本相同的，双核的优势是多任务并行处理的超强能力。以往的单核处理器只能保障多任务某几个一起应用，而且速度会很慢。目前双核处理器功耗问题基本上达到很好地解决，而且双核的价格已经基本上和单核差不了多少。

二、Intel和AMD双核之争

目前大家都知道的Intel和AMD的使用双核处理器的产品。2005年4月18日，Intel首次推出了基于双内核的家用桌面Pentium D处理器。那么Pentium EE比Pentium D的优势之处在哪里呢?Pentium EE系列支持HT超线程技术，当双内核处理器和Hyper-Threading技术整合后，CPU的多线程执行能力进一步得到加强，在适合的环境里，Pentium EE能够在每个核心上执行整数和浮点线程，也就是理想状态下同时可以运行4个线程。Intel酷睿双核处理器是基于Intel 迅驰移动计算技术的最新笔记本电脑中采用的下一代处理器，能够提供创新的双核移动性能和低功耗。

Montecito是Intel的首款双内核安腾2处理器，它有24MB三级缓存，同时还支持Intel的Hyper-Threading超线程技术，因此在拥有4个双内核Montecito处理器的系统中将能同时支持16个并发线程。Paxville DP沿用了目前单核至强采用的0.09微米制程，Paxville DP与Paxville相同，是采用两个独立的内核封装在一起，在前端系统总线频率方面，Paxville DP采用了800MHz的共享总线，在带宽上毫无优势可言。Dempsey与Paxville DP最大区别就在制造工艺和前端系统总线上，Paxville DP沿用了目前单核至强采用的0.09微米制程，而Dempsey则采用更为先进、有助于大幅降低功耗的0.065微米制程，而且Dempsey是将两个内核分别刻蚀在两个硅片上，然后在集成在一个处理器基板上。在前端系统总线频率方面，Dempsey采用了1066MHz的双独立总线，在带宽上更具优势。英特尔代号为Woodcrest的Xeon 5100系列双核处理器，这款处理器采用了Core微架构，不但具有出色的性能，还具有极低的功耗。

因此Intel双核心架构的出现，主要是为了解决单一处理器核心在芯片体积大幅增加、散热问题恶化的前提下，频率与性能提高却很有限的问题。加上Intel先前发布的超线程、虚拟化技术、64位兼容等技术，可望提升系统性能、刺激用户购买欲望。

而AMD推出的双核心处理器分别是双核心的Opteron系列和全新的Athlon 64 X2系列处理器。其中Athlon 64 X2是用以抗衡Pentium D和Pentium Extreme Edition的桌面双核心处理器系列。AMD双核炫龙64移动计算技术专为笔记本电脑设计的64位双核处理器。

AMD直连架构(Direct Connect Architecture)本身就带来了很多优势，给x86计算的双处理器、四处理器架构带来相当大的性能提升，由于所有组件都直接连接到CPU，系统架构方面的瓶颈得以消除，而将两个处理器核心直接连接到同一个晶圆上，进一步降低了处理器之间的延迟。每瓦性能与每空间性能方面，由于双核心产品在低功耗上的优势，用户不但可以获得更高的计算性能，还能获得更高的每瓦性能，每空间性能就更不用过多解释，在同样的空间中，双核心提供的计算密度和性能都更高。机架密集型设计和刀片服务器设计方面，AMD双核产品提供一种在功耗和性能之间寻求平衡的方法，在现有技术基础上，提供了一种低功耗同时高性能的平衡方式，延长数据中心不间断电源运行时间，同时降低电力成本和空调成本。

就在AMD双核产品推出前夕，各大主要操作系统厂商都表示正在准备推出相应的操作系统以支持AMD64 双核处理器产品。预计目前市场上现有的各主要操作系统都将推出新的版本，为基于直连架构AMD Opteron双核处理器提供支持，包括:Microsoft Windows、Novell和Red Hat Enterprise Linux 发行版，以及Sun的Solaris 10。其中有些操作系统还将包括专门支持应用的优化程序，以充分发挥AMD64多核功能的优势。

因此AMD的双核心处理器将采用Socket 940和939接口，前者面向工作站、服务器市场，可以支持最多8条DIMM;后者面向普通终端市场，最多支持4条DIMM。让双核心共享Hypertransport接口和双通道内存已经足够，因此AMD不需要急于引进更复杂的接口，Hypertransport的频率会提升到1GHz。AMD甚至表示，双核心处理器兼容于单核心Opteron处理器，现有的Opteron主机板只需要更新BIOS，就可以正常运行双核心Opteron处理器。借助AMD双核速龙64 X2处理器，计算机厂商可以轻松地提供基于同一主板的单核与双核配置，轻松捕捉转换期的商业机遇;这样，普通消费者就能以最少的代价，成功度过单核与双核的转换期，获得最适合自己需求的PC产品，轻松兼顾单核与双核的价值。

三、谁把我们带入双核时代

对于业内人士来说，双核并不是一个全新的产物。早在2001年，IBM就推出了基于双核的POWER4处理器;随后Sun和HP都先后推出了基于双核架构的UltraSPARC以及PA-RISC 芯片。只不过由于这些产品都是基于Unix架构，同时价格高昂，所以没有能够大范围进入普及应用。

IBM Power4处理器包含了两个核心，每个处理器核心具备64KB L1指令缓存、32KB L1数据缓存，然后两个核心共享三个512KB L2高速缓存区块，同时Power4还整合了外部L3缓存控制器。Power4首度整合了与对外处理器模块联系的高速光纤接口控制器，处理器模块之间可以高达35GB/s的频宽相互传递数据，并且运用MCM多芯片封装技术，将四个处理器以多芯片陶瓷封装技术直接整合成一颗针脚数多达5184pins的实体芯片，运作频率达1.3GHz，而且单一颗实体Power4处理器芯片可以达成8路并行运算处理能力。

IBM Power5采用130纳米SOI制程，初期时钟频率提供1.9GHz、1.65GHz以及1.5GHz。Power5同样具备双核心设计，每个核心具备64KB L1指令缓存、32KB L1数据缓存，而L2高速缓存则一样是三个区块的设计，但每个L2区块从原先512KB增加到640KB，因此二级高速缓存增加到1.875MB(3×640KB)。外接的三级高速缓存也从36MB开始起跳，并且借由MCM封装在同一个处理器模块内。IBM Power5处理器芯片内建虚拟引擎，每个处理器的微分区技术允许定义10个动态逻辑分割区(LPAR)或“虚拟服务器”，可以模拟出不同服务器的环境，每部虚拟服务器可选择Unix(AIX 5L)、Linux或i5/OS操作系统。

因此我们可以说是IBM将人们首先带入双核时代，在经历了4-5年后，通过Intel和AMD双核之争，使大家认识到双核处理器技术，使用它能够不断满足计算机硬件和软件的发展应用需要，最终达到计算机的普及应用，标志着计算技术的一次重大飞跃;从而使得双核或多核的计算机走向千家万户，真正造福于全人类。

【相关文章】