微处理器 多核已成为主流

　　不管是通用微处理器还是专用微处理器乃至异构微处理器，都已经进入多核时代，通过多核技术提高处理能力，同时降低电能消耗已成为微处理器的必然选择。

　　随着半导体细微化进程，提高芯片性能和减少电能消耗成为一对矛盾。之前的单核处理器主要通过提高指令的并行运算速度来提高器件性能，具体方法包括使用超标量、超级流水线和乱序执行等技术同时进行处理以及通过超长指令字的指令集结构来提高并行运算性能。这些复杂的计算处理耗用大量晶体管资源，使得微处理器在电能的消耗上一直无法降低，而多核结构的设计思路是通过减少并行处理，适当地降低每个核的工作强度来降低整个处理器的耗电。

　　一年来，多个厂商已经或计划推出一批多核处理器。在通用多核处理器上，有IBM的PowerXCell8i、Sun公司的Rock处理器、富士通的SPARC64VII、英特尔i7、Tukwila和AMD的Shanghai四核处理器和我国的龙芯-3等。它们有4至9个核。此外，在专用多核处理器上，有美国思科公司推出的40核的数据包处理器。美国NVIDI公司市售的240个核的GTX200线程处理器，处理能力到达同时执行300个线程。英特尔公司去年4月公布了多核图像处理器Larrabee。还有美国Tilera公司的拥有64个内核的嵌入式微处理器等。以上专用式多核处理器都有几十个核到上百个核。

　　消费市场，情形类似，目前市场上销售的个人电脑或服务器其处理器大多集成有2个内核，4核架构的也已经上市。近来，多核微处理器已开始进入通信和家用电器领域，可以说，多核微处理器将成为今后的潮流。

　　通用多核处理器：众厂商各展其长

　　IBM的PowerXCell8i处理器是新一代的Cell多核处理器。值得一提的是，目前世界上运算速度最快的超级计算机Roadrunner就采用了这款处理器。

　　PowerXCell8i采用了CellBroadbandEngine(Cell宽带引擎)结构，包括1个Power处理器PPE和8个优化的增强双精度(eDP)SIMD引擎，即协处理器SPE，PPE核旨在运行操作系统和协同计算，8个SPE核及其SIMD执行单元可提高固定点算法的性能。每个IBMPowerXCell8i处理器的二级缓存为512KB，每个eDPSPE的本地存储器容量为256KB。IBM的PowerXCell8i多核处理器的双精度性能是上一代Cell宽带引擎处理器的5倍。它的多核架构和超高速通信功能大幅度地提高了实时响应速度。结合先进的多处理技术，该处理器特别适合于高性能工作负载。PowerXCell8i处理器采用了非对称多核结构，非常适合于并行处理和流处理应用程序。与无法高效处理流处理应用程序的基于缓存的对称多核结构不同，PowerXCell8i处理器是专为提供较高的性能和快速响应而设计的。

　　由于PowerXCell8i提供了一种经济型的超级计算能力，因此可用于高性能服务器和大型计算机之中。当前世界上运算速度最快的计算机的运算速度是每秒可进行1105万亿(petaflop)次的浮点运算，其异构集群结构中就大量采用了这款处理器。

　　Sun公司16核的Rock处理器拥有尖兵线程(ScoutThread)和事务型内存。前者是用于收集数据而先执行的线程。Rock处理器采用的是一种指令型的并行处理，是由软件来实现的。它可节约收集数据的时间。处理器在进行计算时会遇到一些迟延时问较长的运算，例如缓存的Misshit(没有命中，脱靶)和除法运算。这时尖兵线程就可以先进行数据收集等处理过程。当完成了这些延时较长的计算时，尖兵线程就可将结果反映给寄存器，随后继续进行下一个处理。事务型内存将一连串的存取操作作为“事务”进行管理，避免了资源竞争并且易于进行并行处理。其设计理念是采用了锁相控制模式，阻止软件的多线程同时访问共享数据区(即一个线程正在使用某数据时，其他线程不得更改该数据)，从而使一个单线程将仅找到唯一的数据堆栈，保障了多线程处理的一致性，因而利于进行高速连续处理。由于上述原因，这款Sun处理器加强了乱序执行能力，提高了单线程的功能。