为什么微处理器要从单核转向多核？

    最近开始在网上看一些经典的互联网的文章、新闻之类。。。平时对这些关注不多&＃xff0c;以后注意积累这方面的内容吧。

今天看了一篇很久之前的文章&＃xff0c;《为什么处理器要从单核转向多核》&＃xff0c;原文链接http://blogs.intel.com/china/2007/06/03/post_5/。总结如下&＃xff1a;

如何提高微处理器的性能

1.功耗问题限制了单核处理器性能的提高

    假定计算机的其他子系统不存在瓶颈的话&＃xff0c;那么影响计算机性能高低的核心部件就是处理器。反映在指令上就是处理器执行指令的效率。

                                                    处理器性能 &＃61; 主频 x IPC

    因此&＃xff0c;提高处理器性能就是两个途径&＃xff1a;提高主频和提高每个时钟周期内执行的指令数(IPC)。处理器微架构的变化可以改变IPC&＃xff0c;效率更高的微架构可以提高IPC从而提高处理器的性能。但是&＃xff0c;对于同一代的架构&＃xff0c;改良架构来提高IPC的幅度是非常有限的&＃xff0c;所以在单核处理器时代通过提高处理器的主频来提高性能就成了唯一的手段。

    不幸的是&＃xff0c;给处理器提高主频不是没有止境的&＃xff0c;从下面的推导中可以看出&＃xff0c;处理器的功耗和处理器内部的电流、电压的平方和主频成正比&＃xff0c;而主频和电压成正比。

                                 因为&＃xff1a; “处理器功耗 正比于 电流x 电压 x 电压 x 主频”&＃xff0c;“主频 正比于 电压”

                                 所以&＃xff1a;“处理器功耗 正比于 主频的三次方”

如果通过提高主频来提高处理器的性能&＃xff0c;就会使处理器的功耗以指数(三次方)而非线性(一次方)的速度急剧上升&＃xff0c;很快就会触及所谓的“频率的墙”(frequency wall)。

2.采用多核的方法提高IPC

   提高IPC有两种途径&＃xff1a;一是提高处理器微架构的并行度&＃xff1b;二是采用多核架构。
    在采用同样的微架构的情况下&＃xff1a;

                                 因为&＃xff1a;“处理器功耗 正比于 电流x 电压 x 电压 x 主频”&＃xff0c;“IPC 正比于 电流”  
                                 所以&＃xff1a;“处理器功耗 正比于 IPC”

    由单核处理器增加到双核处理器&＃xff0c;如果主频不变的话&＃xff0c;IPC理论上可以提高一倍&＃xff0c;功耗理论上也就最多提高一倍&＃xff0c;因为功耗的增加是线性的。而实际情况是&＃xff0c;双核处理器性能达到单核处理器同等性能的时候&＃xff0c;前者的主频可以更低&＃xff0c;因此功耗的下降也是指数方(三次方)下降的。

所以采用多核不但可以提高IPC&＃xff0c;还可以控制功耗。
    除了多核技术的运用&＃xff0c;采用更先进的高能效微架构可以进一步提高IPC和降低功耗——即提高能效。