多核技术使收益递减 服务器CPU路在何方

四核服务器尽管经历了34年之久但终究取得了商业上的成功，正如大家所言，多核服务器的革新还只是刚刚开始。

　　Insight 64的分析师内森.博科伍德表示，随着二十一世纪的第一个十年逐渐走向尾声，X86服务器每个芯片上的核心数量增至8核甚至16核。原因很简单：增加核心的数量是提高性能的最快方式。

　　博科伍德介绍说，改进内存技术能将系统性能提高5%到10%，升级处理器体系架构可能还能为系统性能带来10%的提升。而将处理器核心的分布密度翻倍则能将系统性能立即提高50%甚至更多。

　　"与性能提升的水平相比，我们可以将英特尔推出的四核处理器与奔腾系列处理器来对比。英特尔的奔腾3发展到奔腾4，尽管奔腾4采用了全新的微体系架构，但系统性能也仅提高了20%左右"博科伍德解释说。而与此相对比的是，英特尔公司的四核至强处理器有望将系统性能提高40%甚至更高。

　　看起来我们可以大胆的预测未来的主流服务器每隔两年核心数量就会翻倍将达到收益递减。2009年的8核设计，2011年的16核设计到2013年的32核设计是否将按照这个发展轨迹来提升处理器性能还是个未知数，多数观察家对这个观点都持赞成态度。

　　Gartner咨询公司的分析师马丁.雷诺兹表示"还有更多的工作要做，核心的数量越多，你要承担的任务就越重"。

　　博科伍德认为，多核的时代还处在最初期的阶段"我们还没有碰到真正的难题"。

　　也就是说芯片行业对于未来的发展方向还没有明确的意见。英特尔和AMD两家芯片巨头都在采取不同的方式来进行四核处理器的设计。也有分析师认为，AMD公司在多核市场上最终还是会采取与英特尔类似的方式来实现对英特尔的赶超。

多核的历史渊源

　　多核制造商热衷多核设计来解决某些基础性问题。半导体技术一直遵循着1965年由英特尔公司合作创始人戈登.摩尔所首创的摩尔定律在向前发展。摩尔定律的含义是芯片上晶体管的数量将每隔两年实现翻倍增长。但是在芯片如此狭小的空间内集成如此密集的晶体管而产生的热量就迫使厂商要研发新的方法来推动系统性能的提升。

　　摩尔定律同时也决定了在芯片体积不断缩小的情况下晶体管的密度不断提高。这也让有限的芯片使用面积内密集了更多了晶体管。世界领先的半导体厂商都在致力于缩小芯片体积的研发，无论是90纳米还是65纳米，到今年下半年部分厂商采用45纳米制程工艺的处理器也即将出炉。

　　但是尽管半导体预算这些年呈持续增长态势，但微处理器的设计在几年前还是在处理能力上开始遭遇瓶颈，即如何在将处理器散热控制在可控范围内的同时，继续提高这些芯片的时钟频率。根据位于美国华盛顿的能量研究公司Digital Power Group的预测，目前美国供应的电力总量中有10%都是计算机所消耗的，这一数字到2015年还将翻倍。美国政府正在考虑采取立法途径来迫使企业和技术提供商来减少能耗。

　　随着芯片内多核趋势的发展，处理器制造商开始降低或者维持时钟频率，同时也在控制处理器的散热。整体性能可以在保持稳定能耗的同时，通过提高芯片的处理速度来提升系统性能。

　　英特尔公司商业客户部总经理David Tuhy表示"这确实实现了令人吃惊的全新性能水平。与最好的四核处理器相比我们实现了超过50%的性能提升，目前系统的性能是原先的单核至强处理器的4到8倍。而能耗并没有增长"。

前路如何

　　看来未来的核心增长并没有封顶限制。英特尔最近宣布他们制定了80个核心的芯片研究计划，这项计划有望比目前的四核设计使用更少的能量。这款芯片要实现商业化可能还需要5到8年，但是其他厂商的"大规模并行"处理器产品已经开始投放市场。

　　2005年底SUN微系统公司推出了他们代号为Niagara的首款多核Sparc处理器。这款芯片采用了8核设计，每个核心都能处理4个独立线程，一个芯片可执行的线程总数总计达到了32个。SUN公司还计划推出Niagara 2，这款芯片将沿用8核设计，但是每个核心能处理8个线程，这样可执行的线程总数就达到了64个。SUN公司还计划在2008年中旬推出他们的Rock处理器，这是一款将采用16核心设计的Sparc处理器。

　Azul Systems也走在多核的前沿，他们自2005年以来就推出了以24核Vega处理器为基础的服务器。12月，他们又推出了使用最新48核心的Vega 2处理器的全新服务器。

早期的多核用户

金融服务公司CitiStreet是率先配置Vega 2处理器为基础的Azul Compute Appliance服务器的企业之一。CitiStreet公司共有7台服务器，每台服务器都搭载了两个48核处理器。这些系统被全面应用于所有的生产线，灾难恢复和测试环境。

　　CitiStreet公司的首席信息官Barry Strasnick表示，服务器帮助他的公司来快速扩展基础架构来满足高速增长的业务需求，这些服务器比起他们之前使用的四核至强服务器性能提高了100%。

　　Strasnick称"我们经历的成本节约型增长管理对传统服务器交付的可扩展性和性能有更高要求"。

　　网络和电子邮件托管提供商Concentric Systems Inc.在去年底将过去的单核Sparc处理器为基础的服务器更换为SUN公司的Niagara服务器。公司总裁芭芭拉.布莱曼表示，公司已经用新的服务器对8台陈旧的服务器进行了更新换代。

　　"我们总在寻求少投入多产出的更好方法，新的服务器能帮助我们降低能耗。同样的物理服务器数量下，系统的处理能力却得到了提升，能耗也具备巨大的优势"。

　　迄今为止，Concentric公司已经配置了9台Sun Fire T2000和T1000 Niagara 服务器。公司还计划再增加5台服务器，他们希望在搭载Niagara 2处理器的服务器出炉之后，服务器性能能够得到更进一步的提升。

　　Charlotte Observer的IT基础架构经理Geoff Shorter希望在今年底四核至强处理器推出之际，他们能配置新的四核服务器，让系统虚拟化性能得到大幅提升。

　　他们的报纸已经开始将某些关键任务应用软件向四核至强服务器的虚拟化环境中迁移。通过这种方式Shorter能够在每个处理器上运行7到12个虚拟机。他认为他能在四核服务器上实现每个处理器运行15到30个虚拟机。

　　他表示"与花费50,000购买10台服务器相比，如果你在一个硬件节点上运行10个虚拟机，可能只需要花费12,000美元"。

带宽，软件和其他问题

　　Gartner咨询公司的分析师Reynolds警告说，只是简单的迁移到多核系统并不能保证服务器发挥效力。IT管理者必需事先做出规划来确保他们有足够的网络带宽来满足处理器多核心的胃口。他们必须确保他们的应用程序在最优状态下全面利用多核环境。

　　Reynolds表示"IT管理者不会因为过高的电力成本而火冒三丈，但他们会因为无法满足企业的计算需求而无比愤怒"。

　　企业在应用多核处理器之前必须彻底的对软件许可证授权进行评估。尽管微软公司已经承诺说他们将继续根据插槽数量而不是处理核心数量来收取许可证授权费用，但其他应用软件的许可证授权方式却并不明确。

　　Reynolds表示"每家企业都必须在应用双核或者四核服务器之前，确保他们不会遭遇高额许可证授权费用的难题"。

　　对此芯片制造商表示许可证授权成本并不是一个大数字。AMD公司皓龙处理器销售总监Pat Patla表示"从单核到双核是个巨大的飞跃，但是目前我们对于市场上多数许可证授权战略都有着自己的理解"。

　　戴尔公司服务器产品部门资深经理人Stori Waugh表示，戴尔目前正在和所有的主要应用软件和操作系统制造商紧密合作来推进按照插槽数量而不是按照核心数量来收取许可证授权费用的方式。有将近90%的软件厂商将采取按照插槽收取许可证授权费用的模式。

　　另一个问题是当应用软件是针对早期的硬件系统设计时，多核处理器下的软件该如何发挥效率。处理器制造商主张针对多核环境的应用软件优化的数量应该增加；他们表示在四核处理器向双核处理器过渡的过程中这个问题已经得到解决。

　　博科伍德对软件顺应多核环境的发展在双核的过渡过程中已经实现这种说法表示认同。但是他强调说每一代的应用软件都必须根据最新的处理器进行性能的优化。

　　"这将依赖于特殊的软件包。虚拟化就是目前正在进行的第三方软件厂商和芯片制造商之间所做出的努力。AMD和英特尔去年都相继推出了具有虚拟机硬件支持特性的四核X86处理器"博科伍德表示。像VMware，微软等公司都在继续致力于虚拟化软件的优化，目的就是为了最大化的发挥最新处理器的作用。

　　博科伍德称"通过测试我们会了解这些软件是否适用于IT专业认识，如何能让这些应用软件变的更好"。

　　多核协会和嵌入式微处理器基准联盟总裁Markus Levy表示，应用软件不断增长的数量需要付出更高水平的努力。换句话说，我们不能仅满足于使用目前提供的核心数量来运行现有的软件。

　　"即使英特尔发展到16核心，仍然需要其他技术的辅助"Levy认为"随着处理器中核心的数量越来越多，我们也看到常规的处理器不仅能处理更多的工作负载，而且对针对性加速技术的需求也有所增长"。

多核芯片的丰富选择

　　以下是目前市场上可供选择或者即将推向市场的多核处理器快速一览：

　　--2006年底英特尔公司推出了首款四核至强处理器。公司预测到年中四核处理器的数量超过100万片。这款处理器每个芯片上打包了两个英特尔双核处理器。

　　--AMD公司预计年中推出首款四核皓龙处理器。这款处理器将在一个芯片上搭载4个独立的核心。

　　--IBM公司自2005年就推出了四核Power处理器。与英特尔类似，他们的芯片也使用的是双核封装的模式。

　　--SUN公司在2005年底推出了Sparc Niagara。这款芯片有8个核心，每个核心能执行4个独立线程。到年中，SUN公司承诺推出Niagara 2，同样沿袭8核心设计，每个核心能执行8个线程。16核心的Sparc-based Rock处理器有望在2008年中推出。

　　--Azul Systems在2005年推出了24核Vega处理器。公司还宣布了Vega 2 48核心处理器计划。