用于Cavium OCTEON系列多核处理器的裸机性能工具

多核处理器

多核处理器 多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。多核技术的开发源于工程师们认识到，仅仅提高单核芯片的速度会产生过多热量且无法带来相应的性能改善，先前的处理器产品就是如此。他们认识到，在先前产品中以那种速率，处理器产生的热量很快会超过太阳表面。即便是没有热量问题，其性价比也令人难以接受，速度稍快的处理器价格要高很多。 最新新闻 中国发布全球首款全系统多核高精度导航定位芯片 全球首款全系统多核高精度导航定位系统级芯片，13日在第六届中国卫星[2.10% 资金研报]学术年会期间对外发布。专家表示，这意味着国产芯片不仅具备国际竞争力，还从“跟踪者”跃升为“引领者”。...详情 内容来自 中文名多核处理器 定义集成两个或多个完整的计算引擎 第一颗通用型微处理器4004 技术优势采用了线程级并行编程 目录 1技术发展 2发展历程 3技术优势 4技术瓶颈 5技术原理 6技术关键 ?核结构研究 ?程序执行模型 ?Cache设计 ?核间通信技术 ?总线设计 ?操作系统设计 ?低功耗设计 ?存储器墙 ?可靠性及安全性设计 7技术意义 8技术种类 9技术应用 10应用 11英特尔 1技术发展 256线程的CPU 256线程的CPU 英特尔工程师们开发了多核芯片，使之满足“横向扩展”（而非“纵向扩充”）方法，从而提高性能。该架构实现了“分治法”战略。通过划分任务，线程应用能够充分利用多个执行内核，并可在特定的时间内执行更多任务。多核处理器是单枚芯片（也称为“硅核”），能够直

接插入单一的处理器插槽中，但操作系统会利用所有相关的资源，将每个执行内核作为分立的逻辑处理器。通过在两个执行内核之间划分任务，多核处理器可在特定的时钟周期内执行更多任务。多核架构能够使软件更出色地运行，并创建一个促进未来的软件编写更趋完善的架构。尽管认真的软件厂商还在探索全新的软件并发处理模式，但是，随着向多核处理器的移植，现有软件无需被修改就可支持多核平台。操作系统专为充分利用多个处理器而设计，且无需修改就可运行。为了充分利用多核技术，应用开发人员需要在程序设计中融入更多思路，但设计流程与对称多处理(SMP)系统的设计流程相同，并且现有的单线程应用也将继续运行。得益于线程技术的应用在多核处理器上运行时将显示出卓越的性能可扩充性。此类软件包括多媒体应用（内容创建、，以及本地和数据流回放）、工程和其他技术计算应用以及诸如应用服务器和数据库等中间非标轴承https://www.sodocs.net/doc/9412311219.html,层与后层服务器应用。多核技术能够使服务器并行处理任务，而在以前，这可能需要使用多个处理器，多核系统更易于扩充，并且能够在更纤巧的外形中融入更强大的处理性能，这种外形所用的功耗更低、计算功耗产生的热量更少。多核技术是处理器发展的必然。推动微处理器性能不断提高的因素主要有两个：半导体工艺技术的飞速进步和体系结构的不断发展。半导体工艺技术的每一次进步都为微处理器体系结构的研究提出了新的问题，开辟了新的领域；体系结构的进展又在半导体工艺技术发展的基础上进一步提高了微处理器的性能。这两个因素是相互影响，相互促进的。一般说来，工艺和电路技术的发展使得处理器性能提高约20倍，体系结构的发展使得处理器性能提高约4倍，编译技术的发展使得处理器性能提高约1.4倍。但是今天，这种规律性的东西却很难维持。多核的出现是技术发展和应用需求的必然产物。 2发展历程 1971年，英特尔推出的全球第一颗通用型微处理器4004，由2300个晶体管构成。当时，公司的联合创始人之一戈登摩尔(Gordon Moore)，就提出后来被业界奉为信条的“摩尔定律”——每过18个月，芯片上可以集成的晶体管数目将增加一倍。 在一块芯片上集成的晶体管数目越多，意味着运算速度即主频就更快。今天英特尔的奔腾(Pentium)四至尊版840处理器，晶体管数量已经增加至2.5亿个，相比当年的4004增加了10万倍。其主频也从最初的740kHz(每秒钟可进行74万次运算)，增长到现在的3.9GHz(每秒钟运算39亿次)以上。 当然，CPU主频的提高，或许在一定程度上也要归功于1975年进入这个领域的AMD公司的挑战。正是这样的“双雄会”，使得众多计算机用户有机会享受不断上演的“速度与激情”。一些仍不满足的发烧友甚至选择了自己超频，因为在玩很多游戏时，更快的速度可以带来额外的饕餮享受。 但到了2005年，当主频接近4GHz时，英特尔和AMD发现，速度也会遇到自己的极限：那就是单纯的主频提升，已经无法明显提升系统整体性能。 以英特尔发布的采用NetBurst架构的奔腾四CPU为例，它包括Willamette、Northwood和Prescott等三种采用不同核心的产品。利用冗长的运算流水线，即增加每个时钟周期同时执行的运算个数，就达到较高的主频。这三种处理器的最高频率，分别达到了2.0G、3.4G和3.8G。 按照当时的预测，奔腾四在该架构下，最终可以把主频提高到10GHz。但由于流水线过长，使得单位频率效能低下，加上由于缓存的增加和漏电流控制不利造成功耗大幅度增加，3.6GHz奔腾四芯片在性能上反而还不如早些时推出的3.4GHz产品。所以，Prescott产品系列只达到3.8G，就戛然而止。 英特尔上海公司一位工程师在接受记者采访时表示，Netburst微架构的好处在于方便提升频率，可以让产品的主频非常高。但性能提升并不明显，频率提高50%，性能提升可能微不

多核处理器的优点和缺点

三、多核处理器的优点和缺点 从应用需求上去看，越来越多的用户在使用过程中都会涉及到多任务应用环境，日常应用中用到的非常典型的有两种应用模式。 一种应用模式是一个程序采用了线程级并行编程，那么这个程序在运行时可以把并行的线程同时交付给两个核心分别处理，因而程序运行速度得到极大提高。这类程序有的是为多路工作站或服务器设计的专业程序，例如专业图像处理程序、非线视频编缉程序、动画制作程序或科学计算程序等。对于这类程序，两个物理核心和两颗处理器基本上是等价的，所以，这些程序往往可以不作任何改动就直接运行在双核电脑上。 还有一些更常见的日常应用程序，例如、等，同样也是采用线程级并行编程，可以在运行时同时调用多个线程协同工作，所以在双核处理器上的运行速度也会得到较大提升。例如，打开浏览器上网。看似简单的一个操作，实际上浏览器进程会调用代码解析、播放、多媒体播放、、脚本解析等一系列线程，这些线程可以并行地被双核处理器处理，因而运行速度大大加快（实际上浏览器的运行还涉及到许多进程级的交互通信，这里不再详述）。由此可见，对于已经采用并行编程的软件，不管是专业软件，还是日常应用软件，在多核处理器上的运行速度都会大大提高。 日常应用中的另一种模式是同时运行多个程序。许多程序没有采用并行编程，例如一些文件压缩软件、部分游戏软件等等。对于这些单线程的程序，单独运行在多核处理器上与单独运行在同样参数的单核处理器上没有明显的差别。但是，由于日常使用的最最基本的程序——操作系统——是支持并行处理的，所以，当在多核处理器上同时运行多个单线程程序的时候，操作系统会把多个程序的指令分别发送给多个核心，从而使得同时完成多个程序的速度大大加快。 另外，虽然单一的单线程程序无法体现出多核处理器的优势，但是多核处理器依然为程序设计者提供了一个很好的平台，使得他们可以通过对原有的单线程序进行并行设计优化，以实现更好的程序运行效果。 上面介绍了多核心处理器在软件上面的应用，但游戏其实也是软件的一种，作为一种特殊的软件，对发展作出了较大的贡献。一些多线程游戏已经能够发挥出多核处理器的优势，对于单线程游戏，相信游戏厂商也将会改变编程策略，例如，一些游戏厂商正在对原来的一些单线程游戏进行优化，采用并行编程使得游戏运行得更快。有的游戏可以使用一个线程实现人物动画，而使用另一个线程来载入地图信息。或者使用一个线程来实现图像渲染中的矩阵运算，而使用另一个来实现更高的人工智能运算。如今，大量的支持多核心的游戏涌现出来，从而使得多核处理器的优势能得到进一步的发挥。 但布赖恩特直言不讳地指出，要想让多核完全发挥效力，需要硬件业和软件业更多革命性的更新。其中，可编程性是多核处理器面临的最大问题。一旦核心多过八个，就需要执行程序能够并行处理。尽管在并行计算上，人类已经探索了超过年，但编写、调试、优化并行处理程序的能力还非常弱。 易观国际分析师李也认为，“出于技术的挑战，双核甚至多核处理器被强加给了产业，而产业却并没有事先做好准备”。或许正是出于对这种失衡的担心，中国国家智能计算机中心主任孙凝辉告诉《财经》记者，“十年以后，多核这条道路可能就到头了”。在他看来，一味增加并行的处理单元是行不通的。并行计算机的发展历史表明，并行粒度超过以后，程序就很难写，能做到个以上的应用程

cpu频率单核多核的相关介绍

cpu频率单核多核的相关介绍 很多网友问cpu频率单核多核是什么，下面是小编带来的关于cpu频率单核多核的内容，欢迎阅读! cpu频率单核多核： 双核的优势不是频率，而是对付同时处理多件事情。单核同时只能干一件事，比如你同时在后台BT下载，前台一边看电影一边拷贝文件一边QQ。这么多程序同时需要CPU来响应要靠操作系统，window本身就是多线程操作系统(DOS就是单线程系统，dos下2核和单核没区别，处理一个任务时必须停下来等待处理结束才能干下一件事)，它可以把每个处理任务划分为多“份”，多个处理任务按顺序排成队列，这样单核心的CPU可以一次处理一“份”，轮流处理每个程序的“份”，这样你感觉就是CPU同时在干几件事了。 但如果CPU不够强劲，同时排队等待处理的东西太多了，你就会感觉系统在等待，有延时，反应慢等等症状。再或者某个程序出现错误，死机了，造成后面排队的其他任务都在那里干等，造成系统无反应。

双核CPU就是基板上集成有多个单核CPU，自己集成了任务分配系统，再搭配操作系统就能真正同时开工，2个核心同时处理2“份”任务，速度快了，万一1个核心死机，起码另一个U还可以继续处理关机、关闭软件等任务。所以一方面每个核心的性能还在发展，另一方面多核心集成的手段双管齐下，这样CPU的性能可以迅速提升。1G双核应该比1G单核快近2倍，那么1G的4核应该比1G的双核快近2倍!如果有4G的双核，那么应该和2G的4核性能近似。 单核就是CPU集成了一个运算核心; 双核是两个运算核心，相当于两个CPU同时工作; 四核是四个运算核心，相当于四个CPU 同时工作; 简单的比喻：完成同样的任务，由一条生产线来完成或由两条稍慢的生产线来完成或由四条更慢的生产线来完成，虽然生产线的生产速度慢，但由于同时进行的生产线多，所以任务的最终完成时间可能最短。 一般来看，如果经常运行大型软件或游戏，或经常进行图形设计，尽量采用多核处理器，可以有效提高处理速度。在几年以前，也曾有过类似的方法，就是主板支持双CPU，一般服务器用得多些。

多核CPU体系结构

1.3.2 片上多核处理器体系结构 片上多核处理器（Chip Multi-Processor，CMP）就是将多个计算内核集成在一个处理器芯片中，从而提高计算能力。 按计算内核的对等与否，CMP可分为同构多核和异构多核。计算内核相同，地位对等的称为同构多核，现在Intel和AMD主推的双核处理器，就是同构的双核处理器。计算内核不同，地位不对等的称为异构多核，异构多核多采用“主处理核+协处理核”的设计，IBM、索尼和东芝等联手设计推出的Cell处理器正是这种异构架构的典范。处理核本身的结构，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，程序的加速比受制于串行部分的比例和性能，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。 CMP处理器的各CPU核心执行的程序之间需要进行数据的共享与同步，因此其硬件结构必须支持核间通信。高效的通信机制是CMP处理器高性能的重要保障，目前比较主流的片上高效通信机制有两种，一种是基于总线共享的Cache结构，一种是基于片上的互连结构。 总线共享Cache结构是指每个CPU内核拥有共享的二级或三级Cache，用于保存比较常用的数据，并通过连接核心的总线进行通信。这种系统的优点是结构简单，通信速度高，缺点是基于总线的结构可扩展性较差。 基于片上互连的结构是指每个CPU核心具有独立的处理单元和Cache，各个CPU核心通过交叉开关或片上网络等方式连接在一起。各个CPU核心间通过消息通信。这种结构的优点是可扩展性好，数据带宽有保证；缺点是硬件结构复杂，且软件改动较大。 如何有效地利用多核技术，对于多核平台上的应用程序员来说是个首要问题。客户端应用程序开发者多年来一直停留在单线程世界，生产所谓的“顺序软件”，但是多核时代到来的结果是软件开发者必须找出新的开发软件的方法，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

多核处理器1

多核处理器 摘要： 多核处理器也称为片上多处理器(chip multi-processor，CMP)，或单芯片多处理器。自1996年美国斯坦福大学首次提出片上多处理器(CMP)思想和首个多核结构原型，到2001年mM推出第一个商用多核处理器POWER4，再到2005年Intel和AMD多核处理器的大规模应用，最后到现在多核成为市场主流，多核处理器经历了十几年的发展。在这个过程中，多核处理器的应用范围已覆盖了多媒体计算、嵌入式设备、个人计算机、商用服务器和高性能计算机等众多领域，多核技术及其相关研究也迅速发展，比如多核结构设计方法、片上互连技术、可重构技术、下一代众核技术等。然而，多核处理器的技术并未成熟，多核的潜力尚未完全挖掘，仍然存在许多待研究的问题。 二．什么是多核处理器 2.1什么是多核处理器 多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。多核技术的开发源于工程师们认识到，仅仅提高单核芯片的速度会产生过多热量且无法带来相应的性能改善，先前的处理器产品就是如此。他们认识到，在先前产品中以那种速率，处理器产生的热量很快会超过太阳表面。即便是没有热量问题，其性价比也令人难以接受，速度稍快的处理器价格要高很多。英特尔工程师们开发了多核芯片，使之满足横向扩展（而非纵向扩充）方法，从而提高性能。该架构实现了分治法战略。通过划分任务，线程应用能够充分利用多个执行内核，并可在特定的时间内执行更多任务。多核处理器是单枚芯片（也称为硅核），能够直接插入单一的处理器插槽中，但操作系统会利用所有相关的资源，将每个执行内核作为分立的逻辑处理器。通过在两个执行内核之间划分任务，多核处理器可在特定的时钟周期内执行更多任务。多核架构能够使软件更出色地运行，并创建一个促进未来的软件编写更趋完善的架构。尽管认真的软件厂商还在探索全新的软件并发处理模式，但是，随着向多核处理器的移植，现有软件无需被修改就可支持多核平台。操作系统专为充分利用多个处理器而设计，且无需修改就可运行。为了充分利用多核技术，应用开发人员需要在程序设计中融入更多思路，但设计流程与对称多处理(SMP)系统的设计流程相同，并且现有的单线程应用也将继续运行。得益于线程技术的应用在多核处理器上运行时将显示出卓越的性能可扩充性。此类软件包括多媒体应用（内容创建、编辑，以及本地和数据流回放）、工程和其他技术计算应用以及诸如应用服务器和数据库等中间层与后层服务器应用。多核技术能够使服务器并行处理任务，而在以前，这可能需要使用多个处理器，多核系统更易于扩充，并且能够在更纤巧的外形中融入更强大的处理性能，这种外形所用的功耗更低、计算功耗产生的热量更少。多核技术是处理器发展的必然。推动微处理器性能不断提高的因素主要有两个：半导体工艺技术的飞速进步和体系结构的不断发展。半导体工艺技术的每一次进步都为微处理器体系结构的研究提出了新的问题，开辟了新的领域；体系结构的进展又在半导体工艺技术发展的基础上进一步提高了微处理器的性能。这两个因素是相互影响，相互促进的。一般说来，工艺和电路技术的发展使得处理器性能提高约20倍，体系结构的发展使得处理器性能提高约4倍，编译技术的发展使得处理器性能提高约1.4倍。但是今天，这种规律性的东西却很难维

多核CPU面临的挑战与机遇

多核CPU面临的挑战与机遇 ——如何发挥多核CPU的性能 09计算机科学与技术一班 2009118231 樊如霞

多核CPU面临的挑战与机遇 ——如何发挥多核CPU的性能取代过去的单一中央处理器，计算机目前正在步入多核时代。尽管这项技术对我们而言并不是新鲜事物，但这是这种类型的体系架构首次大规模运用于商用个人电脑和服务器市场。这场变革将影响到每位计算机用户。多核技术的触角已经深入到服务器，笔记本电脑甚至游戏机控制台领域。从最终用户的角度来看，这种变革的影响是潜移默化的。程序设计者们发现要实现多核设计的性能也是一项充满挑战的艰巨任务，特别是现在还没有一劳永逸的办法和自动化技术能适应多核系统上运行的现行软件。 多核CPU就是基板上集成有多个单核CPU，早期PD双核需要北桥来控制分配任务，核心之间存在抢二级缓存的情况，后期酷睿自己集成了任务分配系统，再搭配操作系统就能真正同时开工，2个核心同时处理2“份”任务，速度快了，万一1个核心死机，起码另一个U还可以继续处理关机、关闭软件等任务。 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集成电路技术的发展，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网络进行通信。 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。

从多核到众核处理器

从多核到众核处理器 此文由客座作者Zheng Li所写，欢迎大家follow他的twitter: https://www.sodocs.net/doc/9412311219.html,/biglizheng 其实“多核”这个词已经流行很多年了，世界上第一款商用的非嵌入式多核处理器是2002年IBM推出的POWER4。当然，多核这个词汇的流行主要归功与AMD和Intel的广告，Intel 与AMD的真假四核之争，以及如今的电脑芯片市场上全是多核处理器的事实。接下来，学术界的研究人员开始讨论未来成百上千核的处理器了。有一个与多核匹配的词叫片上网络（Networks on Chip），讲的是多核里的网络式互连结构，甚至有人预测未来将互连网集成到片上这种概念了。当然，这样的名词是很吸引眼球的，不过什么东西都得从实际出发，这篇文章也就简单地分析了为什么有多核这个事情，以及多核系统的挑战。 为什么有多核处理器？ 事先需要提及的是，一个常见误区就是多核和众核处理器的发展来源于应用和市场驱动。实际上，应用和市场希望单核处理器的寿命越来越长，而物理限制是多核以及未来众核处理器出现和发展的动力。之后我们来谈论一下，首先，为什么有多核处理器？从Intel 80286 到Intel Pentium 4大概二十多年的时间都是单核处理器的天下，为什么最近几年单核处理器却销声匿迹了？是什么导致了多核时代的到来？ 这里需要知道一个经验定律和三个限制，他们是多核处理器的最本质缘由。这个定理就是摩尔定律。Gordon Moore博士是Intel的创始人之一。早在他参与创建Intel之前的1965年，他就提出，在至少十年内，每个芯片上集成的晶体管数（集成度）会每两年翻一番。后来，大家把这个周期缩短到十八个月。这个指数规律的发展速度是令人难以置信的，大家都听过那个国王按几何级数赏赐大臣谷粒，从而使得国库被掏空的传说。而摩尔定律讲得就是现实中晶体管数量几何级数倍增的故事，更令人难以置信的是这个速度保持到今天已经快五十年了。人类历史上应该还没有任何技术是指数发展这么久的。题外话一句，若干年前，互联网骨干网带宽曾经这么指数了几年，曾有人将其总结为一个定律忽悠一堆人研究光纤通讯，后来发现带宽没法按照指数定律涨了，许多搞光电的人也就找不到工作了。扯远了点，整个 IT产业之所以风光了这么多年，摩尔定律是本质的因素。 当无数的硅公硅婆和软件民工们将晶体管数目的增长转换为计算机等IT产品的性能时，摩尔定律也就有了两个推论，每十八个月，计算机等 IT 产品的性能会翻一番；相同性能的计算机等 IT 产品，每十八个月价钱会降一半。后面这个推论很可怕的一件事情，他说，如果你IT产品像菜市场的商贩一年年复一年的卖同样的东西，那么你IT产品的价钱会指数下降。从某种意义上来说摩尔定律逼迫着所有的IT企业不断的按指数规律提高产品的性能，并且创新出新的产品。但不幸的是，这种从晶体管数转换为性能增长的过程日趋困难。 时至今日，集成度还在以摩尔定律的速度增长，但是性能的增长遇到了三个物理规律的限制。第一是功耗，第二是互连线延时，第三是设计复杂度。

如何解决多核处理器兼容问题

如何解决多核处理器兼容问题 欢迎来到，本文为大家介绍如何设置网络使电脑启动更快，欢迎大家阅读。 随着科学技术的发展，双核处理器在我们生活中应用已经极为平常，双核处理器(Dual Core Processor)是指在一个处理器上集成两个运算核心从而提高计算能力。 你可以打开任务管理器，点击性能，就可以查看CPU的工作状态。 虽然在大多数情况下，双核工作是我们的最佳选择。然而，在有些时候，双核处理器也有其弊端。例如，一些比较老的程序，用双核处理器中运行就会出现卡机等异常。 在Windows7中，你可以配置多个核心的处理器在应用程序运行的时候只使用一个，或几个核心。 下面我将告诉你们具体的步骤：

CTRL+Alt+Delete打开任务管理器，选择应用程序选项，左键点击想要设置的应用程序--右键--转到进程，你就会进入进程选项界面。 产看CPU运行状态 然后右键，选择设置相关性。 这样你就可以看到控制CPU核心运行的控制，你可以根据你的需要设置适合你自己的方式。 看一看影响 你可以打开微软自带的磁盘碎片整理程序，然后到任务管理的性能选项，点击下面的资源监视器选项。 你可以清楚的看到CPU各个核心的运行情况，根据自己的需要配置并查看之间的不同表现。 创建快捷方式 如果发现运行的应用程序在一个特定的处理器核心的工作比较

快，而你又经常使用这一程序，你可以设置快捷键进行操控，下面我们以启动磁盘碎片整理程序为例，希望能对大家有点帮助。 win 7系统桌面 启动磁盘碎片整理程序，只想它只在CPU0运行，可以用下列命令创建一个快捷方式： C:WindowsSystem32cmd.exe /C start /affinity 1 dfrgui.exe 如果你想磁盘碎片整理程序只在CPU1运行，那么可以用下列命令创建一个快捷方式： C:WindowsSystem32cmd.exe /C start /affinity 2 dfrgui.exe 如果你想磁盘碎片整理程序在两个核心都运行，你则可以用下面的命令创建一个快捷方式： C:WindowsSystem32cmd.exe /C start /affinity 3 dfrgui.exe

多核处理器的产生原因及现状

多核处理器的产生原因及现状 计算机科学与技术杜立明 200926100406多内核（multicore chips）是指在一枚处理器芯片（chip）中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。多核技术的开发源于工程师们认识到，仅仅提高单核芯片(one chip)的速度会产生过多热量且无法带来相应的性能改善。 一、为什么要发展多核 为什么不能用单核的设计达到用户对处理器性能不断提高的要求呢？答案是功耗问题限制了单核处理器不断提高性能的发展途径。 作为计算机核心的处理器就是将输入的数字化的数据和信息，进行加工和处理，然后将结果输出。假定计算机的其他子系统不存在瓶颈的话，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 = 主频 x IPC 从上面的公式可以看出，衡量处理器性能的主要指标是每个时钟周期内可以执行的指令数(IPC: Instruction Per Clock)和处理器的主频。 因此，提高处理器性能就是两个途径：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，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，对于同一代的架构，改良架构来提高IPC的幅度是非常有限的，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，给处理器提高主频不是没有止境的，从下面的推导中可以看出，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，而主频和电压成正比。 即：处理器功耗∝电流x 电压2x 主频 主频∝电压 则：处理器功耗∝主频3 如果通过提高主频来提高处理器的性能，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，很快就会触及所谓的“频率的墙”(frequency wall)。过快的能耗上升，使得业界的多数厂商寻找另外一个提高处理器性能的因子，提高IPC。 提高IPC可以通过提高指令执行的并行度来实现，而提高并行度有两种途径：一是提高处理器微架构的并行度；二是采用多核架构。 在采用同样的微架构的情况下，为了达到处理器IPC的目的，我们可以采用多核的方法，同时有效地控制功耗的急剧上升。 因为：处理器功耗∝电流x 电压2x 主频 IPC ∝电流 所以：处理器功耗∝ IPC 由单核处理器增加到双核处理器，如果主频不变的话，IPC理论上可以提高一倍，功耗理论上也就最多提高一倍，因为功耗的增加是线性的。而实际情况是，双核处理器性能达到单核处理器同等性能的时候，前者的主频可以更低，因此功耗的下降也是指数方(三次方)下降的。反映到产品中就是双核处理器的起跳主频可以比单核处理器

(完整word版)操作系统对多核处理器的支持方法

随着多核处理器的发展，对软件开发有非常大的影响，而且核心的瓶颈在软件上。软件开发在多核环境下的核心是多线程开发。这个多线程不仅代表了软件实现上多线程，要求在硬件上也采用多线程技术。可以说多核提供了可以大幅提升性能的机制，多核软件就是可以真正利用这一特点的策略。只有与多核硬件相适应的软件，才能真正地发挥多核的性能。多核对软件的要求包括对多核操作系统的要求和对应用软件的要求。 多核操作系统的关注点在于进程的分配和调度。进程的分配将进程分配到合理的物理核上，因为不同的核在共享性和历史运行情况都是不同的。有的物理核能够共享二级cache，而有的却是独立的。如果将有数据共享的进程分配给有共享二级cache的核上，将大大提升性能；反之，就有可能影响性能。进程调度会涉及到比较广泛的问题，比如负载均衡、实时性等。 面向多核体系结构的操作系统调度目前多核软件的一个热点，其中研究的热点主要有下面几方面：程序的并行研究；多进程的时间相关性研究；任务的分配与调度；缓存的错误共享；一致性访问研究；进程间通信；多处理器核内部资源竞争等等。这些探讨相互独立又相互依赖。考虑一个系统的性能时必须将其中的几点同时加以考虑，有时候对一些点的优化会造成另一些点的性能下降，需要用程序进行性能优化评测，所以合适的多核系统软件方案正在形成过程中。 任务的分配是多核时代提出的新概念。在单核时代，没有核的任务分配的问题，一共只有一个核的资源可被使用。而在多核体系下，有多个核可以被使用。如果系统中有几个进程需要分配，是将他们均匀地分配到各个处理器核，还是一起分配到一个处理器核，或是按照一定的算法进行分配。并且这个分配还受底层系统结构的影响，系统是SMP构架还是CMP构架，在CMP构架中会共享二级缓存的核的数量，这是影响分配算法的因子。任务分配结束后，需要考虑任务调度。对于不同的核，每个处理器核可以有自己独立的调度算法来执行不同的任务（实时任务或者交互性任务），也可以使用一致的调度算法。此外，还可以考虑一个进程上一个时间运行在一个核上，下一个时间片是选择继续运行在这个核上，还是进行线程迁移；怎样直接调度实时任务和普通任务；系统的核资源是否要进行负载均衡等等。任务调度是目前研究的热点之一。 在单核处理器中，常见的调度策略有先到先服务（FCFS）,最短作业调度（SJF），优先级调度（Priority-scheduling algorithm）,轮转法调度（round-robin RR），多级队列调度（multilevel queue-schedule algorithm）等。例如在Linux操作系统中对实时任务采取FCFS和RR两种调度，普通任务调度采取优先级调度。 对于多核处理器系统的调度，目前还没有明确的标准与规范。由于系统有多个处理器核可用，必须进行负载分配，有可能为每个处理器核提供单独的队列。在这种情况下，一个具有空队列的处理器就会空闲，而另一个处理器会很忙。所以如何处理好负载均衡问题是这种调度策略的关键问题所在。为了解决这种情况，可以考虑共同就绪队列，所有处理器公用一个就绪队列。但是这无疑对进程上下文切换、锁的转换增加了执行时间，降低了性能。另外一种想法就是选择一个处理器来为其他处理器调度，因而创建了主从结构。有的系统将主从结构作进一步扩

浅议多核处理器技术

浅议多核处理器技术 00748712 荣振 摘要：多核处理器以其高性能、低功耗优势正逐步取代传统的单处理器成为市场的主流。随着应用需求的扩大和技术的不断进步,多核必将展示出其强大的性能优势。但目前多核处理器技术还面临着诸多挑战，本文主要介绍了多核处理器发展的关键技术并对多核处理器技术的发展趋势进行简要分析。 关键词：多核；同构异构；片上通信；I/O结构；低功耗 1多核处理器介绍 多核处理器也称为片上多处理器(chip multi-processor，CMP)，或单芯片多处理器。自1996 年美国斯坦福大学首次提出片上多处理器(CMP)思想和首个多核结构原型，到2001 年IBM推出第一个商用多核处理器POWER4，再到2005 年Intel和AMD多核处理器的大规模应用，最后到现在多核成为市场主流，多核处理器经历了十几年的发展。在这个过程中，多核处理器的应用范围已覆盖了多媒体计算、嵌入式设备、个人计算机、商用服务器和高性能计算机等众多领域，多核技术及其相关研究也迅速发展。 多核处理器将多个完全功能的核心集成在同一个芯片内，整个芯片作为一个统一的结构对外提供服务，输出性能。多核处理器首先通过集成多个单线程处理核心或者集成多个同时多线程处理核心，使得整个处理器可同时执行的线程数或任务数是单处理器的数倍，这极大地提升了处理器的并行性能。其次，多个核集成在片内，极大地缩短了核间的互连线，核间通信延迟变低，提高了通信效率，数据传输带宽也得到提高。再者，多核结构有效共享资源，片上资源的利用率得到了提高，功耗也随着器件的减少得到了降低。最后，多核结构简单，易于优化设计，扩展性强。这些优势最终推动了多核的发展并逐渐取代单处理器成为主流。 2 多核发展的关键技术 多核处理器结构不仅有性能潜力大、集成度高、并行度高、结构简单和设计验证方便等诸多优势，而且它还能继承传统单处理器研究中的某些成果，例如同时多线程、宽发射指令、降压低功耗技术等。但多核处理器毕竟是一种新的结构，在多核结构设计和应用开发中出现了以前未曾遇到的新问题，这些问题给多核处理器的未来提出了挑战。

对于多核cpu和多核编程模型的讨论

对于多核cpu和多核编程模型的讨论 多内核定义: 多内核（multicore chips）是指在一枚处理器（chip）中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。 背景: 为什么不能用单核的设计达到用户对处理器性能不断提高的要求呢？ 答案是功耗问题限制了单核处理器不断提高性能的发展途径。 多核技术的开发源于工程师们认识到，仅仅提高单核芯片(one chip)的速度会产生过多热量且无法带来相应的性能改善，先前的处理器产品就是如此。他们认识到，在先前产品中以那种速率，处理器产生的热量很快会超过太阳表面。即便是没有热量问题，其性价比也令人难以接受，速度稍快的处理器价格要高很多。 上世纪八九十年代以来，推动微处理器性能不断提高的因素主要有两个：半导体工艺技术的飞速进步和体系结构的不断发展。半导体工艺技术的每一次进步都为微处理器体系结构的研究提出了新的问题，开辟了新的领域；体系结构的进展又在半导体工艺技术发展的基础上进一步提高了微处理器的性能。这两个因素是相互影响，相互促进的。一般说来，工艺和电路技术的发展使得处理器性能提高约20倍，体系结构的发展使得处理器性能提高约4倍，编译技术的发展使得处理器性能提高约1.4倍。但这种规律性的东西却很难维持。 多核的出现是技术发展和应用需求的必然产物。这主要基于以下事实： 1.晶体管时代即将到来 根据摩尔定律，微处理器的速度以及单片集成度每18个月就会翻一番。多核通过在一个芯片上集成多个简单的处理器核充分利用这些晶体管资源，发挥其最大的能效。 2．门延迟逐渐缩短，而全局连线延迟却不断加长 3．符合Pollack规则 按照Pollack规则，处理器性能的提升与其复杂性的平方根成正比。如果一个处理器的硬件逻辑提高一倍，至多能提高性能40％，而如果采用两个简单的处理器构成一个相同硬件规模的双核处理器，则可以获得70％～80％的性能提升。同时在面积上也同比缩小。 4．能耗不断增长 5．设计成本的考虑 6．体系结构发展的必然 研究人员提出了两种新型体系结构: 单芯片多处理器(CMP)与同时多线程处理器(Simultaneous Multithreading，SMT)，这两种体系结构可以充分利用这些应用的指令级并行性和线程级并行性，从而显著提高了这些应用的性能。 从体系结构的角度看，SMT比CMP对处理器资源利用率要高，在克服线延迟影响方面更具优势。CMP相对SMT的最大优势还在于其模块化设计的简洁性。复制简单设计非常容易，指令调度也更加简单。同时SMT中多个线程对共享资源的争用也会影响其性能，而CMP对共享资源的争用要少得多，因此当应用的线程级并行性较高时，CMP性能一般要优于SMT。此外在设计上，更短的芯片连线使CMP比长导线集中式设计的SMT更容易提高芯片的运行频率，从而在一定程度上起到性能优化的效果。 总之，单芯片多处理器通过在一个芯片上集成多个微处理器核心来提高程序的并行

多核处理器 核心结构分析

英特尔新一代处理器Core 2 Duo架构分析 “我们大致回顾了从Pentium到Pentium4架构的演进，细数了Conroe体系结构的特点并以大量的测试结果和深入地分析为大家更透彻地了解Conroe的优缺点。” 英特尔Core 2微体系架构的前世今生——从586到NetBurst 在1993年3月22日，英特尔引入了该公司的第5代x86处理器，由于x86兼容处理器大量冒起，许多兼容处理器厂商（NEC、西门子、AMD、富士通、Harris、德州仪器、IBM、Cyrix、UMC、NexGen、IDT、SGS-Thomson、C&T等等）都早就把"xxx86"当成其自己产品的生招牌使用（例如1995年就出现了NexGen公司的Nx586），而单纯的 数字代号是不能作为商标受到保护的。 为了巩固品牌的知名度，英特尔希望给这个原本代号586（也被称作P5）的处理器注册一个商标，最后选择了内含数字“5”玄机的商标——“Pentium”，中文名称为奔腾。

Pentium（P5）微架构体系图 Pentium处理器是英特尔第一枚桌面超标量处理器，能够最高同时执行两条指令，在执行条件跳转指令的时候，U-Pipe的预测失误带来的性能损失是4个周期，V-Pipe的预测失误带来的性能损失是5个周期，其余的控制转移指令预测失误性能损失是4个周期。Pentium拥有8KB数据cache和8KB指令cache，初期的Pentium 60/66使用600纳米的BiCMOS工艺，采用273 pin的PGA封装，晶体管数量是3.1百万（大约是1971年4004处理器晶体管数量（2250只）的一千三百倍），L2 cache集成于主板上（常见的预安装容量为256KB）。Pentium是一枚32位处理器，拥有64位的外部总线，物理内存定址空间为32位（据说工程样品出现过36位物理定址，但是正式产品降回32位），逻辑内存能力为64TB。 Pentium Pro家族微架构

多核处理器

多核处理器是计算机体系结构 发展的必然 对于传统的单核处理器来说，其性能的提高主要依赖于主频的提高。但这无论在性价比还是性能功耗比方面都遭遇到令市场无法接受的发展瓶颈。在性能提升方面，处理器主频，内存访问速度以及I/O访问速度的发展是十分不平衡的。处理器的主频每两年就要翻一番，而内存访问的速度要每六年才能提高一倍，而I/O访问的速度要提高一倍的话需要八年的时间，所以处理器与I/O的发展不均衡已经产生了很大的瓶颈，单纯依靠提高处理器主频来提升整个系统的性能已经不可行，反而会造成投资的浪费，因为大部分时间CPU都在等待内存或者I/O访问的返回才能继续下一步的工作。高频处理器的设计对工艺要求非常高，生产难道大，成品率也较低，因此造成生产的成本据高不下。另外，在系统设计时，功耗也是必须考虑的问题，性能功耗比对于整个系统的设计非常重要。相对于其提供的性能，高频的单核处理器在功耗上也是不适合大量集中式使用的。 多内核是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)，多核处理器是单枚芯片(也称为“硅核”)，能够直接插入单一的处理器插槽中，但操作系统会利用所有相关的资源，将它的每个执行内核作为分立的逻辑处理器。通过在两个执行内核之间划分任务，多核处理器可在特定的时钟周期内执行更多任务。 多核技术能够使服务器并行处理任务，多核系统更易于扩充，并且能够在更纤巧的外形中融入更强大的处理性能，这种外形所用的功耗更低、计算功耗产生的热量更少。多核架构能够使目前的软件更出色地运行，并创建一个促进未来的软件编写更趋完善的架构。尽管认真的软件厂商还在探索全新的软件并发处理模式，随着向多核处理器的移植，现有软件无需被修改就可支持多核平台。 和单核处理器相比，多核处理器有着5个显著的优点： 1、逻辑简单：相对超标量微处理器结构和超长指令字结构而言，单芯片多处理器结构的控制逻辑复杂性要明显低很多。相应的单芯片多处理器的硬件实现必然要简单得多。 2、高主频：芯片多处理器结构的控制逻辑相对简单，包含极少的全局信号，因此线延迟对其影响比较小，因此，在同等工艺条件下，单芯片多处理器的硬件实现要获得比超标量微处理器和超长指令字微处理器更高的工作频率。 3、低通信延迟：由于多个处理器集成在一块芯片上，且采用共享Cache或者内存的方式，多线程的通信延迟会明显降低，这样也对存储系统提出了更高的要求。 4、低功耗：调节电压/频率、负载优化分布等，可有效降低CMP功耗。 5、设计和验证周期短：微处理器厂商一般采用现有的成熟单核处理器作为处理器核心，从而可缩短设计和验证周期，节省研发成本。 虽然多核能利用集成度提高带来了以上诸多好处，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，多核处理器面临着九大关键技术的挑战。 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微处理器的性能至关重要。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，

支持多核处理器的RTOS

支持多核处理器的RTOS的关键技术 1、体系结构 支持多核处理器的OS可能有几种结构：主从结构、粗加锁方式、细加锁方式。（1）主从结构：修改一个OS内核使其支持多处理器系统的最简单的方法，是将整个OS视为一个不可分割的整体，并限定所有内核模式的操作均运行于同一个处理器（即主处理器）上，而另一个处理器（即从处理器）只用来执行用户模式的操作，这样得到的软件结构就不再是对称的。 系统维持两个队列：一个用来管理申请在主处理器上执行的任务，另一个用来管理申请在任意一个从处理器上执行的任务，都必须由旋转锁保护。只有大多数任务都以用户模式运行时，这种结构才能体现其优越性。 （2）粗加锁结构：是将整个OS当作一个由旋转锁保护的整体单片电路，但又不会将内核模式的操作局限在某一个特定的处理器上。 任何一个要求内核模式操作的任务都可以获得粗加锁，并且继续在它正在使用的处理器上运行。但在某个特定的时刻，这种内核模式的操作仍然只能在某一个处理器上运行。当某项任务占用着粗加锁时，其它所有等待获得内核服务的任务都只能空闲。 粗加锁的问题在于如果有几个任务都在等待获得内核服务，那么这些任务将像在单处理器系统中一样一个接一个地连续运行。 （3）内核细加锁：设计内核细加锁（fine-grained locking）结构的目的是为了让不同处理器上运行的任务能够同时执行内核模式操作，采用这种结构的内核叫做线程化内核（threaded kernel），这是通过对不同的内核子系统分别采用旋转锁来实现的，以便企图访问这些子系统的任务能够并发执行。 加锁机制的粒度（granularity）决定了最大可并发执行的内核线程数。 2、系统引导和初始化 OS的引导和初始化是指从系统加电到能够在多个处理器内核间平等地进行任务调度的过程，是建立平等调度实施的基础。虽然说SMP系统中，各处理器可以平等地并行工作，但这是建立在系统有多个可并行执行任务的基础上；而在引导和初始化过程中，由于很多工作只能串行执行，在这个阶段处理器内核是不

当前典型多核处理器的cache结构分析

当前典型多核处理器的cache结构分析 摘要：对多核处理器发展中高速缓存 Cache 存储层所出现的问题进行分析与研究，主要是多核结构采用的多级分布式 Cache 引发的存储一致性问题。最早的NUCA研究了对单处理器环境下 NUCA 效应给处理器性能带来的影响。后来针对NUCA 提出了一种称为动态非一致性访问（Dynamic Non-Uniform Cache Access, DNUCA )的设计来管理大容量 Cache。多核架构下的另一种管理片上大容量Cache 的思路是采用分布式管理，将片上的 Cache 资源分布到各个处理器内核结点，通过设计划分强调连线的局部性，避免频繁长距离 Cache 通信的产生。 1 背景 高速缓冲存储器 Cache 是计算机存储系统中最重要的部分，最早由Wilkes 于1951 年构想出来。Cache 技术的出现正是为了弥补处理器与存贮器之间的速度差异。目前，多核处理器芯片普遍采用在片内集成大容量Cache 的方式来提高存储系统的性能。大容量 Cache 可以直接增加处理器芯片内 Cache 命中率，减少片外访存的频率，但由于 Cache 面积过大，又分散在芯片的不同位置，在线延迟的影响下，同一层次但不同距离Cache 的访问呈现出不同的通讯延迟，即所谓的非一致性缓存访问 NUCA (Non-Uniform Cache Access)。 2 多核中Cache结构综述 2.1多核芯片上的Cache技术 多处理器核组织结构主要有UCA （UniformCache Access）和NUCA （Non-Uniform Cache Access）两种（如图1所示）。在UCA结构中，多个处理器核与二级Cache通过互联总线（Bus）或交叉开关（cross switch）互联，所有处理和对二级Cache访问延迟相同；在NUCA结构中，每个处理器核具有本地二级Cache，通过互联系统对其他处理器核的二级Cache访问（延迟变长）。随着集成度的提高，也可以讲三级Cache集成到片内，如图2所示。在以上4种组织中，片内二级或三级Cache均为所有处理器核共享。 当一块芯片上集成了多个处理器核时，各个处理器核之间通过共享Cache数据单元实现数据的交换与同步，多核争用Cache中的数据是多核芯片需要解决的一个重要问题。 2.2 多核架构对处理器Cache技术的影响 最早的 NUCA研究了对单处理器环境下 NUCA 效应给处理器性能带来的影响。后来针对 NUCA 提出了一种称为动态非一致性访问（Dynamic Non-Uniform Cache Access, DNUCA )的设计来管理大容量 Cache。DNUCA 是将大容量Cache 分为很多小的Bank，允许 Cache块动态地进行物理位置上的迁移，运行时的热点数据将逐渐集中到离处理器内核较近位置的Bank 中，以此来降低访问 Cache 的延迟。