多核的提出

    随着个人电脑走入每一个生活家庭，我们对CPU的性能要求越来越高，从简单程序处理，到办公辅助系统，再到休闲娱乐，特别是大型游戏与多媒体对CPU的性能要求越来越高。过去的经验说明要达到提升40％左右性能的复杂超标量CPU，它的晶体管数量就得翻一翻。许多业内分析家和研究人员的结论都是：单核CPU不再有前途了。正如英特尔的Shehar Borkar所说的那样。“多线程技术有着这样的潜力，可以提供接近线性的性能提高。两块相对较小的芯片，而不是一块巨无霸式的芯片，能够提供70％到80％的性能提升，而如果用一块巨无霸式的芯片基本只有40％的提升水平。”请注意“巨无霸”这个词。这里它是有贬义倾向的，暗示了单核CPU是基于过去的技术的。当单核CPU基本只有40％的性能提升时，它却增加了结构的复杂性，同时更带来了头痛的漏电问题。这也解释了为何突然间英特尔的市场推广中不再讨论有关10GHz的CPU，而大谈“线程并行时代”。

    一些芯片的厂商指出，当处理器的频率达到某种程度后，处理器在工作量的要求会比速度的要求要大，且0.13微米所含的晶体管已很高，将来65纳米和45纳米，其1组光罩的成本会倍增。但是，这种成本成倍的增长并不会给厂商们带来相应的收入增长。且发热量和干扰的因素的介入使得集成度和处理器的频率已经越来越趋近于一个极限。

    因此，使摩尔定律失效的有可能是技术，有可能是经济效益。

    单内核处理器技术的发展遇到了瓶颈，而多内核技术则可以提升处理器的整体性能。由于处理器功耗和散热问题日益突出，英特尔逐步放弃了通过提升主频来增强处理器性能的传统方法，转而更加关注处理器的功能以及支持多核技术的软件。

    超线程技术的性能提升受到了两个执行线程共享资源可用性的限制。结果，由于这些共享资源之间的争用，超线程技术不能实现两枚独立处理器的处理吞吐率。如欲在单个芯片上实现更出色的性能提升，处理器就需要两个单独的内核，这样每个线程就能拥有其专属的整套执行资源。进入多内核。

    为了突破这一障碍，处理器制造商开始采取一项新战略，将两个或更多的完整的、独立的处理器内核安装在一个芯片上。这种多内核处理器直接插在主板上的一个插座中，操作系统将每一个执行内核视为一个可以独立控制的逻辑处理器。拥有两个独立的CPU核，可以让每个CPU核以较低的速度运行，因此降低了温度，并且在大多数情况下，还提高了计算机的总体吞吐量。

    从一个角度看，多内核只是多年来我们所采用的两个或更多标准CPU的“n路”服务器设计思想的延伸，我们只是使芯片的封装变得更小、集成得更彻底。但是，实际上，这种多内核战略代表着处理器架构的重大变化，这一变化将迅速席卷计算行业。在一个芯片上集成两个CPU，而不是将它们插入到两个独立的插座上，大大加快了CPU之间的通信速度，减少了等待时间。

    多内核处理器，顾名思义，就是在同一个物理封装中包含两个或多个独立的内核。图 2 显示了多内核处理器与前代技术在这方面的不同。

    在此款设计中，每个内核均拥有其专属的执行流水线。此外，每个内核均有其自己所需的运行资源，而不会对其它软件线程所需的资源造成阻塞。虽然图 2 实例中显示的为双内核设计，但实际上对于放置在单个芯片中的内核数量并没有固定的限制。

    多内核设计支持两个或多个内核以稍慢的速度同时运行，温度却要低许多。这些内核的吞吐率结合起来可提供更加强大的处理动力，超过了现今单内核处理器的最高水平，功耗也得以大幅降低。这样，英特尔依然如摩尔定律所预言的那样提高了服务器平台的性能，同时该技术不再将物理限制推向新的极限。