【IT168评测中心】早在10月14日，在Intel发布Nehalem架构处理器桌面版——Core i7的一个月之前，我们IT168就已经发布了《再攀性能之巅 Intel全新酷睿i7深度评测》。在其中，我们可以看到以下的图像文字：

　　最后，在Pentium 4时代被大家所熟知的HyperThreading超线程技术回归到了Nehalem架构当中，现在它被称之为SMT同步多线程技术，从执行上而言它和HT技术是完全一样的，只是借助Nehalem增强的RSB和ITLB架构，Nehalem的超线程性能比起老前辈来要更为强大。

　　这是笔者在4月份参加IDF2008上海Intel春季开发者论坛上的报道《[IDF08]英特尔下一代处理器:Nehalem》所采用的内容，并一直沿用至今。很多媒体也采用了这样的说法。然而，“现在它被称之为SMT同步多线程技术” 这个说法确是不正确的。

Intel Core i7支持HT超线程（SMT的一种），共具有4个处理内核，每内核支持两个线程，共8个线程

　　SMT(Simultaneous Multi-Threading，同步多线程)实乃是一个专有名词，是一种类技术的名称，不仅仅Nehalem有采用，Pentium 4也有采用，还有很多其他商用处理器也有采用。正确的情况应该是，Nehalem的HT技术和Pentium 4的HT技术一样，都是属于SMT技术。

　　实际上，超线程技术在Intel的很多处理器里面都有使用，除了Pentium 4（NetBurst架构）、Core i7（Nehalem架构）之外，Itanium 2(Mondecito)和Atom(Silverthorne)处理器里面都有，然而它们携带的HT技术却不属于SMT！

　　在整理Intel的多种HT超线程技术之前，我们先来回顾一下MultiThreading多线程技术的分类，MultiThreading多线程就是在一个单个的处理核心内同时运行多个工作线程的技术，和CMP（Chip MultiProcessing，芯片多处理）不同，后者是通过集成多个处理内核的方式来让系统的处理能力提升——也就是现在常见的多核技术。现在主流的处理器都使用了CMP技术。

　　然而CMP技术大规模增加了相应的电路，从而增加了成本，MT（MultiThreading）技术却不是这样，它只需要增加规模很少的部分线路（通常，约2%）就可以提升处理器的总体处理器能力，从而可以很简单地提升相关应用的性能。

　　MultiThreading（或作Multi-Threading）来源于可以追溯到上个世纪90年代开始的一个叫做ILP（Instruction Level Parallelism，指令级并行化）的思想，这个思想产生了一个叫做Throughput Computing（吞吐量计算）的名词，用来提升如在线交易这样的并行计算的性能。Throughput Computing的两种主要方式就是MultiProcessing和MultiThreading。

　　一开始，为了开发ILP，在过去的几十年中利用了超标量（Superscalar，同时具备多个执行器）、乱序执行（Out-Of-Order Execute，允许无数据关联性的指令同时运行）、动态分支预测、VLIW（Very Long Instruction Word，超长指令集 ） 等技术（前三种可在经典的Pentium Pro架构上看到，最后一个就是Itanium的特色技术）。然而，超标量使设计的复杂性急剧增加，同时，指令之间的数据和控制相关，可以开发的ILP 也有限，以及一些其它因素，使得经典的超标量结构处理器难以进一步提高处理器性能。

　　而且从应用的角度看，如在线事务处理OLTP、决策支持系统DSS、Web服务等这样的应用的特点是具有丰富的线程级并行性（Thread Level Parallelism）而缺乏ILP，因此也就促使了MultiProcessing和MultiThreading的出现。

　　MultiThreading多线程技术的思想有些类似于早期的分时共享计算系统，执行多个线程的处理器在遇到某个线程由于Cache Miss或者分支预测失败而停顿的时候，可以切换到另一个线程来执行。目前主流的MultiThreading具有着三种形式，差别在于线程间共享的资源以及线程切换的机制： 

　　首先介绍CMT——Coarse-Grained MultiThreading是因为：它是最简单的多线程技术，当单一执行线程遇到长时间的延迟，如Cache Missed时，就进行线程切换，直到原线程等待的操作完成，才切换回去。Coarse-Grained MultiThreading有时也叫Block MultiThreading堵塞多线程或者Cooperative MultiThreading协作多线程。

Fujitsu SPARC64 VI/VI+处理器，双核，每核两个线程

Fujitsu SPARC64 VI/VI+的CMT技术叫做VMT（Vertical Multi-Threading垂直多线程）

　　由于CMT很简单，因此很多处理器都有实现，除了下面列出之外，很多嵌入式微控制器都有实现：

1999年的IBM RS64 III「Pulsar」（单核心／双线程）
2005年Fujitsu SPARC64 VI「Olympus-C」（双核心／4线程）
2006年Intel Itanium 2「Montecito」（双核心／4线程）
2007年Intel Itanium 2「Montvale」（双核心／4线程）

　　Intel的Itanium 2赫然在目！

　　FMT——Fine-Grained MultiThreading随时可以在每个时钟周期内切换多个线程，以追求最大的输出能力——当然，随时可以切换也是有代价的，它拉长了每个执行线程的平均执行时间。Fine-Grained MultiThreading有时也叫Interleaved MultiThreading交错多线程或者Pre-emptive MultiThreading抢先多线程。

Sun UltraSPARC T1处理器，8核心，每核4个线程

Sun UltraSPARC T2处理器，8核心，每核8个线程

最后一段表明UltraSPARC T2使用了FMT

　　和CMT比起来，FMT要复杂一些，因此相应的处理器就没有那么多，例：

2005年Sun UltraSPARC T1「Niagara」（8核心／32线程）
2007年Sun UltraSPARC T2「Niagara 2」（8核心／64线程）

　　其实UltraSPARC T2同时还使用了其他的MT技术，才实现了比T1多了一倍的多线程能力，仔细看看上图，T2还使用了什么MT技术（注意第一段的CMT是Chip MultiThreading的意思而不是Coarse-Grained MultiThreading的意思）？

　　虽然CPU上使用FMT技术的并不多，不过我们可以看看另一个领域：GPU，现在NVIDIA和ATI的GPU，都使用了FMT技术：

　　前面说过，SMT其实和其他两种多线程技术都不同——那两种技术被称之为TMT时间多线程。SMT——Simultaneous MultiThreading具有多个执行单元，可以同时运行多条指令，因此才叫做“同步多线程”！SMT起先源自充分挖掘超标量架构处理器的潜力——超标量的意思就是可以同时执行多个不同的指令。因此SMT具有最大的灵活性和资源利用率，然而实现也最复杂（当然比起多核结构来说就是小意思了）。

 
Intel Pentium 4，单核，每核两个线程

2002年Intel Pentium 4 Xeon「Prestonia」（单核心／双线程）
2007年Sun UltraSPARC T2「Niagara 2」（8核心／64线程）
2008年Intel Core i7「Nehalem」（4核心／8线程）

　　这里又看到了UltraSPARC T2，这是因为它同时采用了FMT和SMT技术：因为UltraSPARC T2具有两个执行单元，每一个线程组使用一个，线程组内则按照T1那样执行4个线程。现代的GPU也采用了类似的混合设计：

NV G80的GigaThread架构

　　不同的流处理器可以同时执行不同的线程，当然同一个流处理器也可以在不同的线程之间切换。

　　介绍了所有的MT多线程技术种类之后，我们可以来看Intel的HyperThreading超线程技术了，前面说过，Intel具有超线程技术的CPU有：Pentium 4（NetBurst架构）、Core i7（Nehalem架构）、Itanium 2(Mondecito)、Atom(Silverthorne)。我们已经知道具有超线程技术的Pentium 4/Pentium 4 Xeon（不是所有的P4都有超线程技术）采用的是SMT架构，Core i7的则是其改进版本。我们再来看看Itanium 2：

Itanium 2 Montecito采用了双核心设计，每核心两个线程

Itanium 2 Montecito的超线程技术采用了CMT架构

Itanium 2的超线程技术：在遇到如L3 cache missed的时候进行线程切换

　　可见，Itanium 2的超线程技术和Pentium 4的SMT不同，它实际上是CMT粗粒度多线程技术。这是因为Itanium 2是In-Order架构的，SMT的原始构想就是充分压榨OOOE（Out-Of-Order Execution）的能力，因此In-Order架构的Itanium 2就没有采用SMT的方式。因为要创建多个线程的代价太大。

　　那是否In-Order架构的处理器就不能实现SMT了呢？并不是，Intel的Atom就是一个典型的例子：

迷你处理器：Intel Atom（凌动），还有一种叫法是阿童木处理器……

Atom的超线程基于In-Order架构的SMT技术

　　除了Atom之外，IBM的怪物Power6（起始频率4.7GHz）也采用了基于In-Order架构的SMT技术（Power5的SMT是基于Out-Of-Order）：

IBM Power6处理器，双核，每核两个线程

Power6:In-Order + SMT，Power5则是Out-Of-Order + SMT

　　【IT168评测中心】现在，我们知道Core i7的超线程技术的名称的正确对待方法了。最后，我们来回顾一下，Intel的超线程技术到底有几种？

基于NetBurst架构的超线程：OOOE + SMT
基于Itanium架构的超线程：IOE + CMT
基于Atom架构的超线程：IOE + SMT
基于Nehalem架构的超线程：OOOE + SMT

　　一共几种呢？

Core i7(左)与Core 2(右)，为什么Core2没有超线程技术呢？这是一个有些难度的问题

　　附主流商用处理器的对比表格：