四核只是過家家千核“芯”時代即將來臨

四核只是過家家千核“芯”時代即將來臨

近日，英美科學家聲稱研制出一種超高速計算機芯片，運行速度是現有頂級臺式計算機芯片的20倍。科學界稱這是一項重大突破，相信在未來數年內能帶領家庭計算機進入高速新時代。

其實“多核”這個詞已經流行很多年了，世界上第一款商用的非嵌入式多核處理器是2002年IBM推出的POWER4。當然，多核這個詞匯的流行主要歸功與AMD和ntel的廣告，Intel與AMD的真假四核之爭，以及如今的電腦芯片市場上全是多核處理器的事實。現代個人電腦很多都已經內置雙核、4核或16核處理器，如今，美英研究人員開發的中央處理器(CPU)將1000個內核有效集成于一個芯片上。這項突破或將在今后幾年開啟一個超高速運算的新時代，使家庭用戶不再對運行緩慢的電腦系統感到沮喪。

這種名叫“現場可編程門陣列”(以下簡稱“FPGA”)的芯片，使得微晶片就像都含有數百萬個晶體管一樣，而晶體管也是作為任何電子線路基礎的微型開關。不過，FPGA芯片的好處是，可由用戶配置安裝到特定電路，而不是在出廠時就設定好它們的功能。這樣一來，用戶可以將晶體管劃分成一個個“小群體”，要求每個“小群體”執行不同的任務。

正是如此，通過在FPGA芯片中構造000多個微型電路，研究人員事實上是把芯片變成了一個千核處理器，使其中每個核心都依照自己的指令運行。在進行試驗的時候，這塊超高速芯片平均每秒可處理約GB數據。換句話說，它的運行速度是現有計算機芯片的20倍。而且這種新型“超級”電腦要比現在電腦綠色的多，雖然其運行速度快得多，但消耗的能量卻大大減少，更加環保。

這項研究是由英國格拉斯哥大學的韋姆·范德堡韋德(Wim Vanderbauwhede)博士和美國馬薩諸塞大學盧維爾分校的同行共同實施。對此，范德堡韋德博士說：“FPGA芯片目前沒有應用于標準家庭用電腦上，原因是雖然FPGA芯片的處理能力強大，速度更快，能耗也相當低，但對FPGA芯片的編程相當困難。”

＞＞ 英特爾公司和ARM等廠商都曾宣布，他們研制出了將傳統CPU和FPGA結合在一起的微處理器將加速千核“芯”時代的來臨。

最初的多核處理器集成的處理器核數量較小，典型的特點就是互連方式是以總線和交換開關為主，而每個核結構相似功能較為強大。這種設計也該可以看作傳統一個主板上多處理器結構在片上的集成，主要的創新來源于摩爾定律指導下半導體技術進步帶來的集成度提高，體系結構的創新并不明顯。雖然當前市場上銷售的家用電腦大多數內核普遍超過一個，可以同時實施不同任務，但傳統多核處理器只能共用一個存儲源，這大大降低了運算速度。

有一個很明顯的問題是，到底用少數幾個強大的單核，還是很多簡單的單核最能優化處理器設計呢？問題的困境是：如果每個核很強大，其能提供的總指令吞吐率與其功耗或面積成本呈亞線性關系，投入產出效率較低，但是如果每個核很簡單，那么單線程的性能很低，而不幸的是每個應用程序總是有一部分沒法并行化，這部分將最終決定整個程序的性能。一個程序到底有多大部分是必需串行執行的？如果這個部分很大，那么少數幾個強大的單核是比較理想的方案，而如果這個部分很小，那么傾向于使用更多的較簡單的核。最為理想的方案是一個異構多核的設計，這樣串行的部分能在一個強大的單核上加速，而可以并行的部分則通過很多很小的核來提速。而范德堡韋德的研究團隊正是給每個內核分配一定量的專用存儲空間，從而達到加快處理器的運算速度的目的。

范德堡韋德博士說：“雖然這還只是初期概念驗證研究，我們仍試圖展示對FPGA編程的便捷方式，令其超高速處理的潛力可以在不久的將來更為廣泛地應用于計算機和電子設備上。雖然現有許多技術充分使用FPGA芯片，如等離子電視、液晶電視和電腦網絡路由器，但它們在標準臺式機上的應用卻十分有限。”

不過，包括英特爾公司和ARM等廠商都曾宣布，他們研制出了將傳統CPU和FPGA結合在一起的微處理器，這近一步加速了千核“芯”時代的來臨。范德堡韋德認為此類處理器會得到更廣泛的應用，有助于在今后幾年進一步提升電腦運算速度。”