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多核处理器的九大关键技术

发布时间:2019-08-15 19:16:07

  与单核处理器相比,多核处理器在体系结构、软件、功耗和安全性设计等方面面临着巨大的挑战,但也蕴含着巨大的潜能。

  CMP和SMT一样,致力于发掘计算的粗粒度并行性。CMP可以看做是随着大规模技术的发展,在芯片容量足够大时,就可以将大规模并行处理机结构中的SMP(对称多处理机)或DSM(分布共享处理机)节点集成到同一芯片内,各个处理器并行执行不同的线程或进程。在基于SMP结构的单芯片多处理机中,处理器之间通过片外Cache或者是片外的共享存储器来进行通信。而基于DSM结构的单芯片多处理器中,处理器间通过连接分布式存储器的片内高速交叉开关络进行通信。

  由于SMP和DSM已经是非常成熟的技术了,CMP结构设计比较容易,只是后端设计和芯片制造工艺的要求较高而已。正因为这样,CMP成为了最先被应用于商用CPU的 未来 高性能处理器结构。

  虽然多核能利用集成度提高带来的诸多好处,让芯片的性能成倍地增加,但很明显的是原来系统级的一些问题便引入到了处理器内部。

  1 核结构研究: 同构还是异构

  CMP的构成分成同构和异构两类,同构是指内部核的结构是相同的,而异构是指内部的核结构是不同的。为此,面对不同的应用研究核结构的实现对未来的性能至关重要。核本身的结构,关系到整个芯片的面积、功耗和性能。怎样继承和发展传统处理器的成果,直接影响多核的性能和实现周期。同时,根据 Amdahl定理,程序的加速比决定于串行部分的性能,所以,从理论上来看似乎异构微处理器的结构具有更好的性能。

  核所用的指令系统对系统的实现也是很重要的,采用多核之间采用相同的指令系统还是不同的指令系统,能否运行操作系统等,也将是研究的内容之一。

  2 程序执行模型

  多核处理器设计的首要问题是选择程序执行模型。程序执行模型的适用性决定多核处理器能否以最低的代价提供最高的性能。程序执行模型是编译器设计人员与系统实现人员之间的接口。编译器设计人员决定如何将一种高级语言程序按一种程序执行模型转换成一种目标机器语言程序; 系统实现人员则决定该程序执行模型在具体目标机器上的有效实现。当目标机器是多核体系结构时,产生的问题是: 多核体系结构如何支持重要的程序执行模型?是否有其他的程序执行模型更适于多核的体系结构?这些程序执行模型能多大程度上满足应用的需要并为用户所接受?

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