关于多核CPU的发展的探讨
软工114 陈俊逸 1106100059
在我们的计算机组成原理课本里，我们不难发现，在讨论我们的计算机的任务处理的时候，书本着重描述了“指令”和“周期”。这里的周期就是指我们单位时间执行的指令数的多少。因此这就和我们所知道的频率直接挂钩了。所以，在早起的CPU发展进程当中，频率是厂商们非常重视的一个参数。通过提升频率来提升CPU处理的能力。但是到了后来，意识到一味提升主频的提升带来了CPU的发热的提升和稳定性下降等问题。厂商们开始寻求新的出路，那就是多核处理器。厂商通过在一个芯片里封装多个处理器核心来提升处理器的运算性能。
我们普遍认为开创了多核处理器的先河的先驱者，是IBM POWER4处理器。它不仅仅是第一个双核心CPU，并且有着128MB L3 缓存的“怪物”级数据。当然这样“特别”的产品自然是王谢堂前燕，不可能进入多数人的个人计算机里面。它仅仅是在服务器端使用。所以像我这样的一般人，可是没有机会接触。但是，作为一个普通的平民百姓，也算是在2005年体会到了这个新技术给我们带来的一切，就在那一年。AMD 和 INTEL 都发布了自己的多核CPU。在现在的我眼中看来，那可是个腥风血雨的年代。
关于多核心CPU，按照我们现在的眼光看来就是在一个处理器当中有多个互相的核心。并且每个核心之间有自己的前端总线，在两个核心要能够相互协作。因此，多核心CPU在设计的初级阶段，就应该考虑以上因素，为多核CPU设计独特的架构。显然，在最初的家用双核产品当中，AMD做到了这点，但INTEL却没有做到。因为AMD的CPU在设计的时候，每一个单独的核心都考虑到了多核的扩展，两个核心使用相同的内存控制器，和不同的总线，使他们可以协作工作之余又不会在数据传输的时候产生拥塞。而我们
知道，当年的INTEL却只是简单地封装了两个CPU，在架构上落后于AMD，总线是核心共用的，很容易产生“堵车”问题。现在看来，INTEL最早的奔腾D系列或许只是试水之作，权宜之计，没有真正的跟上多核处理器的发展步伐，这也导致INTEL一时风头被AMD压过，直到后来推出了酷睿2的多核处理器，INTEL才开始了自己的领跑生涯。这段历史除了听起来风起云涌以外，其实也提醒了我们一个问题，处理器的核心多少其实并不能直接决定处理器的运算性能。要使处理器的多个核心高效有序地执行，还必须要依赖于处理器先进的架构。
顺带一提，在那个双核技术刚刚萌芽的年代，INTEL在多核心处理器方面的尝试除了多核CPU，还有奔腾4所主打“超线程”技术。所谓的超线程技术就是用硬件指令是一个物理上的核心模拟出多个核心，不同的“虚拟核心”可以进行不同的线程级运算。尽管从现在的眼光来看，这个技术并不总能发挥它的作用。因为它需要软件的支持。但是无论如何，在INTEL最近的产品有如I3 I7 XEON系列当中，我们却能够看到它的身影。也得到了越来愈多厂家的支持，得益于这一点，这个技术逐渐地施展开了拳脚。
回首过去的往事之后，我们看看今天。比较令人感慨的是，开创了多核处理器先河的AMD，现在却正在处于徘徊阶段。主打的8核心推土机架构的处理器在和INTEL的酷睿系列的较量中处于下风。由两个核心才能协力完成浮点运算和整数运算的架构让这个“八核”并没有听起来那么“美丽”。但是AMD却有了自己的新构想，那就是将图形处理单元和处理器整合在一起。在我看来，AMD在最新的APU A10-7850K中有一个颇为之新颖的技术，在过去，CPU和GPU总是工作，各司其职。而在AMD的构想之下，可以实现GPU和CPU的统一寻址，也就是说CPU和GPU可以访问同样的存储空间，这点让CPU和GPU的工作的结合更加紧密。这应该会成为以后CPU发展的一个趋势。而现在， 譬如以将POWERPC架构的CPU使用在游戏机的厂商如索尼，也开始选择使用AMD的融合APU。这或许也是一个小小的征兆，告诉我们，以后的处理器不仅仅会集成多个核
心，还会集成实现不同功能的核心。
相比x86处理器漫长的发展过程，现在专注于于低功耗的ARM CISC的多核之路，就显得来去如电，其疾如风了。2011年，第一个双核心处理器Nvidia Tegra2 在ARM的处理器走到了1GHZ瓶颈之时横空出世。同年年底Nividia 又快马加鞭地发布了第一个四核心处理器Tegra3。2013年，三星发布了第一个八核心产品Exynos 5410。ARM处理器的核心大战，真是迅雷不及掩耳。当然，参考x86多核处理器的发展脚步，我们可以估计。追求核心数量的多少的时代应该也要走到尽头了。在这里我们不得不提三星的八核心产品Exynos5410,他并非我们之前所理解的拥有八个一样处理核心的处理器，而是由四个低功耗处理核心和四个高性能处理核心封装在一起的八核处理器。在低负载的环境下，任务由四个低功耗处理核心完成，在高负载的环境下由四个高性能处理核心处理任务。也就是说，三星的八核处理器是为了在性能和功耗之间获取一个平衡，并不是为了将八个核心全部投入到使用当中。有了这个例子我们能够看出，ARM的产品也一样遵循着“架构优者胜”“校能高者胜”这样的在X86处理器发展中总结出来的规律。尽管仍然有厂商热衷于使用堆砌核心的方法去增加性能，但是最终还是要交给市场去检验。除此之外，专注移动市场的处理器，其集成度是非常的高的。这类处理器不紧要有处理器，还要有图形处理器，基带，协处理器等等一系列的单元。ARM的处理器在未来也会有着更多的突破。
经过了三段历史，印证了之前的一个看法：多核CPU尽管最初是为了实现性能的提升而提出的概念，但到了今天，多核CPU已经开始走向“高性能”“多功能”“低功耗”三个目标齐头并进的道路。有人说近年的摩尔定律似乎走到了瓶颈，濒临失效。我觉得这反而是CPU改变发展方向的一个契机。尽管人们对性能的需求总是不断增长的，多核处理器正在扮演一个重要的角色，但是随着我们的生活中越来越多东西进入互联化，智能化，多核对CPU在功能方面的增长也会起到它的不可或缺的作用的。