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多核心處理器

多核心處理器(英語:Multi-core processor),又称多核微处理器,是在單個計算元件中加入兩個或以上的獨立實體中央處理單元(簡稱核心,英語:Core)。這些核心可以分別獨立地執行程式指令,利用平行計算的能力加快程式的執行速度。

通常把两个或更多独立处理器封装在一个单一集成电路(IC)中的方案會稱為多核心處理器,而封裝在不同IC中的獨立處理器形成的計算機系統被稱為多處理器。在某些情况中(比如广告中),有些人会将在同一个集成电路中多个独立的单核心微处理器(或多核心微处理器)称做“多处理模块”、“多核心”等,其实是指“多处理器”而不是“多核心处理器”。除非特别说明,本文将使用“多核心”指代在同一集成电路中集成多個獨立處理器的CPU(即“多核心处理器”)。

一般情況下,多核心处理器可以在每个核心分别独立物理封装的情况下进行多任务处理(線程級並行處理Thread-Level Parallelism,TLP),这种形式的TLP通常被认为是晶片級多處理)。

商业化的例子

  • IBMPOWER4,2000年发布的第一个双核心模块处理器。
  • IBM的POWER5双核心芯片,还有应用在苹果电脑PowerMac G5中的[PowerPC 970|PowerPC 970MP]]双核心处理器。
  • Broadcom SiByte(SB1250, SB1255, SB1455)
  • PA-RISC(PA-8800)
  • Sun Microsystems UltraSPARC IV, UltraSPARC IV+, UltraSPARC T1
  • AMD在2005年4月22日发布了它的双核心Opteron服务器/工作站用处理器,还在2005年5月31日发布了双核心桌面处理器Athlon 64 X2家族。此外,AMD还发布了FX-60和FX-62高性能桌面处理器,以及Turion 64 X2移动处理器。
  • Intel的基于NetBurst微架构的双核心Pentium DXeon处理器。
  • 用於筆記型電腦的Intel Core Duo
  • Intel Core 2
  • Intel Core i3/i5/i7/i9
  • MicrosoftXbox 360游戏终端使用了三核心的PowerPC微处理器。
  • Raza Microelectronics的XLR处理器拥有8个MIPS核心。
  • Cavium Networks的Octeon处理器拥有16个MIPS核心。
  • Intel® Xeon Phi™ Coprocessor 7100 Series處理器擁有61核心,運算能力可達1.208 TeraFLOPS。
  • AMD Ryzen及Ryzen Threadripper。
  • 目前AMD發布的锐龙9 3950X使用了7奈米製程的技術。

开发动机

技术压力

CMOS製造技術不斷改善、單個邏輯閘不断变小,基於半導體的微電子學的物理極限變成主要的設計考量。

商业诱因

由於商用電腦要求提升,處理器向高效能的方向發展。兩個同效能的處理器理論上的處理能力是原來的兩倍。早年的Intel就曾推出可安裝多個單核心Xeon的伺服器底板。此外,家用電腦也出現過可以安裝最少2個Pentium III的底板。但由於能源、成本、空間等問題,現今的底板已向「多核心」方向發展。

优势

由于采用了相对简单的微处理器作为处理器核心,多核心处理器具有高主频、设计和验证周期短、控制逻辑简单、扩展性好、易于实现、功耗低和通信延迟低等优点。此外,多核心处理器还能充分利用不同应用的指令级并行和线程级并行,具有较高线程级并行性的应用可以很好地利用这种结构来提高性能。

劣势

尽管多核心有比单核心运行速度更快的优势,但如果应用程序不支援多核心處理,这个优势就不能發揮。例如早期的軟件和Windows只支援单核心處理,不會自動使用多个核心作分工處理,但這問題目前已經不存在了,因為現在幾乎所有程序都支援多核心處理。

软件影响

編程問題

對於多核心的電腦,若在程式編寫或編譯時無法把程式線性化,就不能充分利用多核心的特色,結果程式只能在一個核心上運行,白白浪費中央處理器的資源。

许可

另外一個問題是對多核心處理器的軟件授權企業級的伺服器軟件是以處理器為單位授權。以前,中央處理器只有一個核心而多數電腦只有一個處理器,並不存在這個問題。而在雙核心處理器剛面世時,有些軟件是以核心為單位授權,雙核心處理器則需要兩個授權。現在的主流是把雙核心或多核心處理器計算成一個處理器。微軟英特爾超微支持這個觀點,甲骨文雖然也支持這個觀點,但是甲骨文只將英特爾和超微的多核心處理器計算為一個處理器,卻把其他的多核心處理器當成多個處理器。國際商業機器、惠普和微軟把多處理器模組當成多處理器,因為假如把多處理器模組當成一個處理器,處理器廠商會製造大型、昂貴的多處理器模組來幫助客戶節省軟件費用,所以現在行業上漸漸把一枚晶片當作一個處理器。

普遍误解

很多人以為中央處理器的核心數目越多,其效能會越高。这其实是缺乏對處理器運算速度和軟體的支援問題的理解。例如:4核486MHz的處理器與單核3.0GHz處理器相比,雖然前者可同時有四條線路運算,而後者卻只有一條線路運算,但是時脈明顯有差距。而且不是全部軟體都支持多核心及多處理器的工作環境。

若是以上述的例子來做簡單的說明, 4核486MHz的處理器就像是一個部門可以一次處理四個單位的工作,但每個處理單位卻只有一個人慢慢完成。而單核3.0GHz的處理器則像是一個部門一次只處理一個單位的工作,但該處理單位卻有好幾個人來快速地完成工作。

註釋

  1. ^ Digital signal processors, DSPs, have utilized dual-core architectures for much longer than high-end general purpose processors. A typical example of a DSP-specific implementation would be a combination of a RISC CPU and a DSP MPU. This allows for the design of products that require a general purpose processor for user interfaces and a DSP for real-time data processing; this type of design is suited to e.g. mobile phones.
  2. ^ Two types of operating systems are able to utilize a dual-CPU multiprocessor: partitioned multiprocessing and symmetric multiprocessing (SMP). In a partitioned architecture, each CPU boots into separate segments of physical memory and operate independently; in an SMP OS, processors work in a shared space, executing threads within the OS independently.

参见

外部链接

  • AMD HyperTransport Technology (页面存档备份,存于互联网档案馆
  • Hyper-Threading Technology Intel
  • Intel First to Ship Dual Core (页面存档备份,存于互联网档案馆) – By Michael Singer, internetnews.com, 12 April 2005
  • Intel® Xeon Phi™ Product Family(页面存档备份,存于互联网档案馆

多核心處理器, 本條目存在以下問題, 請協助改善本條目或在討論頁針對議題發表看法, 此條目需要精通或熟悉相关主题的编者参与及协助编辑, 2015年12月14日, 請邀請適合的人士改善本条目, 更多的細節與詳情請參见討論頁, 此條目需要編修, 以確保文法, 用詞, 语气, 格式, 標點等使用恰当, 請按照校對指引, 幫助编辑這個條目, 幫助, 討論, 此條目没有列出任何参考或来源, 2019年3月5日, 維基百科所有的內容都應該可供查證, 请协助補充可靠来源以改善这篇条目, 无法查证的內容可能會因為異議提出而移除, . 本條目存在以下問題 請協助改善本條目或在討論頁針對議題發表看法 此條目需要精通或熟悉相关主题的编者参与及协助编辑 2015年12月14日 請邀請適合的人士改善本条目 更多的細節與詳情請參见討論頁 此條目需要編修 以確保文法 用詞 语气 格式 標點等使用恰当 請按照校對指引 幫助编辑這個條目 幫助 討論 此條目没有列出任何参考或来源 2019年3月5日 維基百科所有的內容都應該可供查證 请协助補充可靠来源以改善这篇条目 无法查证的內容可能會因為異議提出而移除 多核心處理器 英語 Multi core processor 又称多核微处理器 是在單個計算元件中加入兩個或以上的獨立實體中央處理單元 簡稱核心 英語 Core 這些核心可以分別獨立地執行程式指令 利用平行計算的能力加快程式的執行速度 通常把两个或更多独立处理器封装在一个单一集成电路 IC 中的方案會稱為多核心處理器 而封裝在不同IC中的獨立處理器形成的計算機系統被稱為多處理器 在某些情况中 比如广告中 有些人会将在同一个集成电路中多个独立的单核心微处理器 或多核心微处理器 称做 多处理模块 多核心 等 其实是指 多处理器 而不是 多核心处理器 除非特别说明 本文将使用 多核心 指代在同一集成电路中集成多個獨立處理器的CPU 即 多核心处理器 一般情況下 多核心处理器可以在每个核心分别独立物理封装的情况下进行多任务处理 線程級並行處理 Thread Level Parallelism TLP 这种形式的TLP通常被认为是晶片級多處理 目录 1 商业化的例子 2 开发动机 2 1 技术压力 2 2 商业诱因 2 3 优势 2 4 劣势 3 软件影响 3 1 編程問題 3 2 许可 4 普遍误解 5 註釋 6 参见 7 外部链接商业化的例子 编辑IBM的POWER4 2000年发布的第一个双核心模块处理器 IBM的POWER5双核心芯片 还有应用在苹果电脑PowerMac G5中的 PowerPC 970 PowerPC 970MP 双核心处理器 Broadcom SiByte SB1250 SB1255 SB1455 PA RISC PA 8800 Sun Microsystems UltraSPARC IV UltraSPARC IV UltraSPARC T1 AMD在2005年4月22日发布了它的双核心Opteron服务器 工作站用处理器 还在2005年5月31日发布了双核心桌面处理器Athlon 64 X2家族 此外 AMD还发布了FX 60和FX 62高性能桌面处理器 以及Turion 64 X2移动处理器 Intel的基于NetBurst微架构的双核心Pentium D Xeon处理器 用於筆記型電腦的Intel Core Duo Intel Core 2 Intel Core i3 i5 i7 i9 Microsoft的Xbox 360游戏终端使用了三核心的PowerPC微处理器 Raza Microelectronics的XLR处理器拥有8个MIPS核心 Cavium Networks的Octeon处理器拥有16个MIPS核心 Intel Xeon Phi Coprocessor 7100 Series處理器擁有61核心 運算能力可達1 208 TeraFLOPS AMD Ryzen及Ryzen Threadripper 目前AMD發布的锐龙9 3950X使用了7奈米製程的技術 开发动机 编辑技术压力 编辑 CMOS製造技術不斷改善 單個邏輯閘不断变小 基於半導體的微電子學的物理極限變成主要的設計考量 商业诱因 编辑 由於商用電腦要求提升 處理器向高效能的方向發展 兩個同效能的處理器理論上的處理能力是原來的兩倍 早年的Intel就曾推出可安裝多個單核心Xeon的伺服器底板 此外 家用電腦也出現過可以安裝最少2個Pentium III的底板 但由於能源 成本 空間等問題 現今的底板已向 多核心 方向發展 优势 编辑 由于采用了相对简单的微处理器作为处理器核心 多核心处理器具有高主频 设计和验证周期短 控制逻辑简单 扩展性好 易于实现 功耗低和通信延迟低等优点 此外 多核心处理器还能充分利用不同应用的指令级并行和线程级并行 具有较高线程级并行性的应用可以很好地利用这种结构来提高性能 劣势 编辑 尽管多核心有比单核心运行速度更快的优势 但如果应用程序不支援多核心處理 这个优势就不能發揮 例如早期的軟件和Windows只支援单核心處理 不會自動使用多个核心作分工處理 但這問題目前已經不存在了 因為現在幾乎所有程序都支援多核心處理 软件影响 编辑編程問題 编辑 對於多核心的電腦 若在程式編寫或編譯時無法把程式線性化 就不能充分利用多核心的特色 結果程式只能在一個核心上運行 白白浪費中央處理器的資源 许可 编辑 另外一個問題是對多核心處理器的軟件授權 企業級的伺服器軟件是以處理器為單位授權 以前 中央處理器只有一個核心而多數電腦只有一個處理器 並不存在這個問題 而在雙核心處理器剛面世時 有些軟件是以核心為單位授權 雙核心處理器則需要兩個授權 現在的主流是把雙核心或多核心處理器計算成一個處理器 微軟 英特爾和超微支持這個觀點 甲骨文雖然也支持這個觀點 但是甲骨文只將英特爾和超微的多核心處理器計算為一個處理器 卻把其他的多核心處理器當成多個處理器 國際商業機器 惠普和微軟把多處理器模組當成多處理器 因為假如把多處理器模組當成一個處理器 處理器廠商會製造大型 昂貴的多處理器模組來幫助客戶節省軟件費用 所以現在行業上漸漸把一枚晶片當作一個處理器 普遍误解 编辑很多人以為中央處理器的核心數目越多 其效能會越高 这其实是缺乏對處理器運算速度和軟體的支援問題的理解 例如 4核486MHz的處理器與單核3 0GHz處理器相比 雖然前者可同時有四條線路運算 而後者卻只有一條線路運算 但是時脈明顯有差距 而且不是全部軟體都支持多核心及多處理器的工作環境 若是以上述的例子來做簡單的說明 4核486MHz的處理器就像是一個部門可以一次處理四個單位的工作 但每個處理單位卻只有一個人慢慢完成 而單核3 0GHz的處理器則像是一個部門一次只處理一個單位的工作 但該處理單位卻有好幾個人來快速地完成工作 註釋 编辑 Digital signal processors DSPs have utilized dual core architectures for much longer than high end general purpose processors A typical example of a DSP specific implementation would be a combination of a RISC CPU and a DSP MPU This allows for the design of products that require a general purpose processor for user interfaces and a DSP for real time data processing this type of design is suited to e g mobile phones Two types of operating systems are able to utilize a dual CPU multiprocessor partitioned multiprocessing and symmetric multiprocessing SMP In a partitioned architecture each CPU boots into separate segments of physical memory and operate independently in an SMP OS processors work in a shared space executing threads within the OS independently 参见 编辑线程 超线程 多线程 对称多处理机 SMP 多任务处理 平行計算 浮點數 時鐘頻率 CUDA OpenCL PRAM模型 分区全局地址空间 PGAS 競爭危害 图形处理器通用计算 超執行緒外部链接 编辑AMD HyperTransport Technology 页面存档备份 存于互联网档案馆 Hyper Threading TechnologyIntel Intel First to Ship Dual Core 页面存档备份 存于互联网档案馆 By Michael Singer internetnews com 12 April 2005 Findings of a test carried out by Anandtech showed that dual core chips produced by AMD and Intel had individual performance merits under different situations of application Intel Xeon Phi Product Family 页面存档备份 存于互联网档案馆 取自 https zh wikipedia org w index php title 多核心處理器 amp oldid 76498877, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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