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(多图) 移动平台多核处理器:市场与现实

Marco Cornero?? Andreas Anyuru?? 意法·爱立信?? 2013年01月28日 ?? 收藏0
前言

近几年,移动平台厂商争先推出多核处理器,以顺应市场日益提高的性能需求。

由于移动市场竞争异常激烈,多核处理器变成了营销工具,厂商利用这个最显著的差异化特性向消费者传递一个过于简化的信息:处理器核数越多,平台就越好,性能就越高,事实却复杂得多,在多核处理器平台内,处理器数量对总体性能只产生一定的影响,不同的底层硅技术将会对性能产生完全不同的影响,多个关联因素决定了多核处理平台能效(例如,平台对软件性能的有效影响、芯片频率、芯片大小和功耗)。

本文论述并比较目前移动平台所采用的主要的多核处理技术,重点介绍多核处理技术与意法·爱立信未来产品所采用的具有突破性的FD-SOI 硅技术之间的协同效应,通过对比个人计算机市场,例证移动平台的单核处理器还有很大的性能提升空间,从软件性能角度分析,目前集中资源于速度更快的双核处理器比速度较慢的四核处理器更赢利。

此外,我们还将论述 FD-SOI 技术如何在相同功耗条件下提高双核处理器频率,以及如何扩展高能效工作模式,所有这些优势产生一个比异构和同构四核处理器更简单、更便宜、更高效的解决方案。

多核处理器的问世是必然,而不是可以选择!

多核处理器是技术发展的必然,而不是人类可选的,在此重申这一点很重要。从历史看,当工作频率提高到芯片散热极限时,主流PC 机多核处理器开始问世。事实上,自硅技术集成初期到2003-2005 年间,在主流计算机中,工作频率提高和晶体管数量主要用于提升单核处理器的性能(见图1)。在此期间,应用软件的性能提升与硬件技术发展保持同步,日益增多的旧版软件无需做任何修改,导致计算机行业出现空前的增长。

移动平台多核处理器:市场与现实

只要可能,这个趋势就不会发生改变,直到芯片散热达到极限为止。频率提高而非晶体管数量增加是芯片达到散热极限的部分原因。在这一问题上,多核处理器被认为是连续利用数量不断增加的晶体管同时把功耗限制在可控范围内的唯一解决办法。虽然有悖常理,但是,单核处理器在假定频率时的功耗高于双核处理器在假定频率的二分之一时的功耗,这是因为处理器频率越高,所需的电压就越高,此外,动态功耗与电压是平方关系(图2 所示是简单的动态功耗计算式)。

移动平台多核处理器:市场与现实

多核处理器确实使硬件集成度遵循摩尔定律(晶体管数量每18 个月增加一倍),为此而付出的代价是软件性能提升被完全破坏。对于软件,再也没有免费的午餐,正如Herb Sutter 2005年发表的一篇著名论文[1]所述,从那时开始,为了继续高效地应用硬件技术进步,软件开发人员必须采用并行且均衡的编程方式,使代码能够高效地映射到多核处理器,换句话说,软件需要并行化,糟糕地是,软件并行化在整个计算机领域仍然是最严峻的挑战之一,虽然最初的研发热情还没有减退,但是,到目前还没有发现一个效率令人满意的通用解决方案[2]。很多本身是串行的应用软件则根本没有并行化解决方案。

这个问题难度非常大,在过去10 年来进展很小。G. Blake et al 在2010 年的论文[3]中提出两个重要看法:

· 在双核处理器问世时,用户感受到的响应速度快是双核处理器的最直接的优点,但是,

· 10 年后,大多数软件,包括要求严格的游戏、办公软件、多媒体播放器和网络浏览器,还是仅能充分利用双核处理器,只有很少的应用软件(视频制作)能够更高效地利用双核处理器。

事实上,自多核处理器在10 年前问世至今,除很少的应用软件外,大多数PC 软件还没有实现并行化。因为多任务操作系统和某些应用软件的设计方法的原因,例如,用于处理用户界面等异步事件的事件驱动型代码,某些并行处理功能是原生的,但是,这些原生并行线程的均衡性通常很差,通常相互关联,只有少数线程可并行使用现有多核处理器,然而最终只能发挥双核以下处理器的能力。

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