多核設計競爭激烈異構架構漸行

　　隨著各類用戶對提升處理器性能的需求越來越強烈，多核這一始于服務器高端領域的技術開始逐漸升溫；65納米技術的應用更是為多核走向個人電腦、消費電子等領域鋪平了道路。Intel公司現任CEO歐德寧在2004年秋天宣布，Intel公司將重心轉向多核處理器市場時，也正式揭開了一場多核處理器新市場的序幕。Intel中國區市場總監洪力曾表示，2006年，雙核處理器將成為市場主流，非雙核產品將逐漸淡出。他預測，到2006年年底，雙核產品市場占有率有望超過非雙核產品。除Intel和多內核處理器的鼻祖Sun Microsystem外，IBM、AMD等眾多微處理器廠商也都相繼加入到了多核大戰之中。 

   
　　架構變遷

　　簡單地說，多核處理器就是將多個計算內核集成在一個處理器中，從而提高計算能力。當系統中有很多處理器時，多個任務可以同時運行，這種方法可用來提高絕對性能或性價比。

　　而隨著技術的成熟，多核處理器近兩年發生的一個最顯著的變化就是架構的變遷——那就是多核架構從通用的對等設計遷移到“主核心+協處理器”的異構架構，即處理器中只有一個或數個通用核心承擔任務指派功能，而諸如協處理器、加速器和外設等功能都可以由專門的DSP硬件核心來完成，由此實現處理器執行效率和最終性能的最大化。

　　我們知道，Intel最初的四核處理器采用的就是對等設計，即每個內核地位相同。而在2005年的IDF技術峰會上，Intel對外公布了Many Core超多核發展藍圖。Many Core采用的就是“主核心+協處理器”的異構架構，其中的某一個或幾個內核可以被置換為若干數量的DSP邏輯，保留下來的X86核心執行所有的通用任務以及對特殊任務的分派。

　　而IBM、索尼和東芝等聯手為游戲打造的強大“細胞”芯片Cell正是這種新型異構架構的典范，它是一枚擁有9個硬件核心的多核處理器。在Cell芯片中，只有一個是IBM標準的Power處理器，其余8個內核都是為處理圖像而專門設計的、用于浮點運算的協處理器。其中，主處理器的主要職能就是負責任務的分配，實際的浮點運算工作都是由協處理器來完成。由于Cell中的協處理器只負責浮點運算任務，所需的運算規則非常簡單，對應的電路邏輯同樣如此，只要CPU運行頻率足夠高，Cell就能夠獲得驚人的浮點效能。而由于電路邏輯簡單，主處理器和協處理器都可以輕松工作在很高的頻率上——Cell起步頻率即達到4GHz就是最好的證明。在高效率的專用核心和高頻率的幫助下，Cell可以獲得高達256Gigaflops（2560億次浮點運算每秒）的浮點運算能力，接近超級計算機的水準，遠遠超越目前所有的X86和RISC處理器。這正是異構架構所帶來的好處、

　　在本期“嵌入式多核設計”專題中，TI和ARM的文章將分別就這種異構架構的多核設計和調試等問題進行探討。


　　需要多核嗎？

　　盡管眾廠商都在追捧多核處理器，但也有人對它提出質疑。理論上，多核處理器架構具有無窮的可擴展性。如果有多余的內核，設計者總是想再增加一個。增加一個內核雖然會帶來性能提升，但SoC中增加的每個處理器內核都會增加芯片面積，因而MIPS科技更加看好多線程技術，公司科技工程副總裁Pat Hays博士說：“多核技術并不能從根本上解決存儲器的瓶頸問題，相反對于多核處理器，處理器多了以后，反而增加了面積和功耗。就共享存儲而言，我們更傾向于多線程技術。在多線程處理器中，當一個線程停止時，其它線程立刻進入流水線開始執行，使應用吞吐能力顯著增加。”

　　Pat Hays博士認為，從面積和能量效率的角度來說，最理想的 SoC 處理器解決方案應當使用多線程內核作為最基本的處理單元，如果應用需要比單內核所提供的更高的性能，可在多核配置中復制這些單元。

　　TI公司軟件與開發工具工程師Bruce Lee也認為，多核處理器并不適合所有場合。他說，隨著處理器功能日益增多，某些多內核設計可以回退到較傳統的單內核設計，如單個 DSP、GPP或 FPGA。而且，多內核 SoC 可能并不適合單功能設備，如：無線電監控設備 (radio control watch) 或助聽器。此外，對于那些不需要過多考慮功耗問題的產品，設計人員一般會提高時鐘頻率，以便獲得執行單內核處理的各種任務所需要的處理功率，而不一定要用多核產品。