【IT168 专稿】[编者按]今天，随着多核处理器的发展，计算领域正在发生具有革命性影响的转变，本文的主要目的就是要探讨，在这一转变过程中，多核处理器将扮演什么样的关键角色？并试图帮助读者从不同的角度来了解多核处理器的趋势和走向。
为此，文章首先通过SPEC_fp2000和SPECfp_rate2000基准测试，比较了三种CPU设计方案（更小的芯片、增加缓存、增加核心）在性能和性价比方面的不同表现，你将看到，这三种方案各具优劣势。
然后，作者讨论了多核处理器在短期内需要解决的一些问题，如功耗问题、单/多线程性能矛盾、最优核心数量等，为此，作者还对传统的Amdahl 定律进行了适当修改。此外，文章还从技术和市场的角度对多核芯片与RISC SMP进行了比较，作者认为这二者之间存在一定的相似性，而且，64位多核处理器对RISC市场构成了挑战。
最后，作者从长远角度，对未来多核处理器的方向性问题进行了一些探讨，如片上SMP、异构多核、核心过多、内存带宽等问题。
值得一提的是，原文的三位作者John McCalpin、Chuck Moore和Phil Hester是AMD公司的资深技术专家，其中Phil Hester是AMD公司高级副总裁兼首席技术官，负责为AMD的微处理器业务制定架构和产品方面的策略和规划。Hester同时也是AMD技术委员会的主席，负责确保产品开发、整合与工艺等各部门的综合技术能力与产品发展方向一致。由于文章技术性较强，且带有较强的前瞻性，加上编译者水平有限，难免有疏误之处，请读者多多指正。
AMD专家:多核革命的希望、风险及影响-上
——三种CPU设计方案
第1页：三种CPU设计方案
第2页：三种方案对CPU性能和成本的影响
AMD专家:多核革命的希望、风险及影响-中
——多核处理器发展中的当前问题和短期问题
第3页：功耗问题也很复杂
第4页：单线程性能和多线程性能的矛盾
第5页：多核芯片与RISC SMP的相似性
第6页：X86冲击RISC-打破系统平衡
第7页：小型SMP和大型SMP的性价比差距越..
第8页：多核X86处理器的性价比
AMD专家:多核革命的希望、风险及影响-下
——多核处理器发展方向的长期预测
第9页：在芯片上实现SMP系统（SoC，SMP o..
第10页：CPU设计时有更大的灵活度
第11页：异构多核芯片中不仅有CPU，还有GPU
第12页：核心过多带来的问题
第13页：内存带宽是多核系统的瓶颈
第14页：总结与结论
三种CPU设计方案比较
多核处理器最初的开发在很大程度上要归功于 CMOS 光刻印刷（lithography）工艺的持续进步。众所周知，随着CPU 核心的尺寸/带宽的不断提升，很快就会造成投资回报的递减。因此，当核心的尺寸工艺收缩到一个小尺度上后，出于成本方面的考虑，芯片制造商通常的选择有如下三种：
• 生产更小的芯片
• 增加大量缓存
• 增加更多核心
注意，增加更多内存带宽也是一种方法，但会导致处理器芯片之外的成本也会大幅增加，如修改主板（可能需要更多的PCB层）、增加DIMM插槽等。正是因为这些额外成本以及插槽兼容性方面的顾虑，增加更多内存带宽这种方法不在本文的讨论范围。
针对上述三种方案，我们建立了SPEC测试模型，图 1 和图 2 显示了相关的性能和性价比指标，假定光刻印刷精度提高30%（即尺寸缩减50%），单核频率可提高17%，双核频率则需降低17%，以保持相同的功耗水平。注意，SPECfp_rate2000基准测试包含14个独立的测试。测试指标包括：最小加速比（minimum speedup）、中值加速比（median speedup）、几何平均加速比（geometric mean speedup）和最大加速比（maximum speedup）。对于双核处理器方案，要同时估算单核(uni) 和双核(mp) 的加速比。
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如图1所示，我们针对上述三种方案进行了SPECfp_rate2000 性能评估，假定光刻印刷精度提高30%（尺寸缩减50%），相应地，单核芯片频率提高 17%，双核芯片频率降低 17%。其中，“更小芯片”方案的芯片尺寸是参考芯片的½大小，“大缓存”和“双核”两个方案的芯片尺寸以及功耗要求都与参考芯片相同。注意，“大缓存”方案的最大加速比应该是+156%，图1没有显示完整。
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图 2则针对三种方案的SPECfp_rate2000进行性价比评估，也是假定光刻精度提高30%（尺寸缩减50%），相应地，单核芯片频率提高 17%，双核芯片频率降低 17%。为进行性能和性能价格比分析，我们假设：
- 双路“裸”系统（带有磁盘、内存和网络接口，但没有 CPU）成本为 1,500 美元。
- 基本CPU 配置为 2.4 GHz 单核处理器，配备 1 MB L2 缓存，成本为 300 美元。
- Die设定为CPU 核心和L2 缓存约各占一半，其他片上功能限制在Chip全部区域的小区间中。
- “小型芯片”配置为 2.8 GHz 单核心处理器，配备 1 MB L2 缓存，成本为 150 美元。
- “大缓存”配置为 2.8 GHz 单核心处理器，配备 3 MB L2 缓存，成本为 300 美元。
- “多核”配置为 2.0 GHz 双核心处理器，每个核心配备 1MB L2 缓存，成本为 300 美元。
下面，我们依次看看这三种方案对CPU性能和成本的影响：
