MIPS与计算能力消耗的竞赛

　　计算技术的发展，实际上是MIPS(每秒百万条指令)指标与计算能力消耗指标之间一场从未中断的竞赛。当我们回顾PC机诞生二十年来我们所创造的MIPS是怎样被消耗的，那将是一件非常有趣的事情。

　　286个人电脑于1982年问世。该行业早期的风云人物之一Gordy Campbell预计，这种产品的寿命和增长期均为十年。但围绕286个人电脑而开发的应用程序很快用尽了其计算能力。事实上，在VGA图形工具、Windows、PageMaker和其他类似的应用程序被引入后不久，386个人电脑的计算能力很快也被挖掘殆尽。

　　在我们推出486微处理器时，人们首次认为计算能力已绰绰有余，他们甚至断言，“您的用户是否真正需要一台486电脑？”但是，软件行业的发展还是很快就耗尽了486个人电脑可提供的计算能力。

　　随后我们进入了奔腾时代，当时，一家名气不逊于《PC World》的杂志这样写到，“在服务器上装配奔腾，当然如此！在台式机上装配奔腾，永远不会！”但行业的发展仍然超过了奔腾的MIPS速度。事后看来，我们都觉得这是理所当然的事情。在迈入互联网时代后，我们随后推出的奔腾II代和奔腾III代处理器都逐渐也无法满足业内对计算能力的需要。

　　现在，在我们推出高能力的奔腾4处理器时，我们再次听到了“计算能力已绰绰有余”这种论调。“市场是否真正需要1.5G的处理器？”去年，又有媒体曾这样问道。

　　那么，是什么因素推动了对MIPS需求的不断增长？这就是各种类型的应用，每种应用都需要比我们当前所能制造的最快的处理器更高的MIPS。就像语音文本转换这样简单的应用就需要1500MIPS的处理能力。如今，自然语言处理和软件中的802.11a功能需要两个4GHz处理器。我们可以想象，如果要更快完成处理任务，例如在两分钟而不是两小时内将一部长度为两个小时的影片压缩为MPEG-2格式，情况会怎样。此类应用对MIPS的需求，超过了我们在可预见的将来所能达到的高度。

　　超越时钟速度

　　昨天，我们展示并推出了2GHz奔腾处理器。今天我们演示了3.5GHz的处理器。我们相信，奔腾4处理器所基于的微架构，能够在其产品周期内将处理器的时钟频率提高至10GHz。主频的提升对计算机技术的发展和进步至关重要。但重要的不仅仅是主频,因为单是主频的提升尚不是计算机产业的发展和创新的全部。

　　在微处理器架构的发展历程中，我们在处理器中不断引入新的架构模块以提升其能力。回顾386和486时代，我们在处理器中集成了高速缓存和浮点单元。后来我们又为多媒体应用引入了多执行单元和新指令，为视频应用引入了新指令等等。在这个方面,我们将一如既往,不断发展。

　　我们所进行的另外一项工作是推动应用平台的发展。从平台标准来看，我们这个行业已取得了长足进步。在此次召开的英特尔开发技术论坛上，人们关注的焦点之一就是一系列增强平台能力的技术和标准，例如USB 2.0、AGP 8X、InfiniBand、Serieal ATA和3GIO等。

　　我们不仅需要改变我们的投资模式，我们还要考虑如何超越时钟速度以创造出整体性能更优秀的计算机。为了真正超越时钟速度，我们在三个领域取得了重要的进展：在降低功耗方面；在发展安腾架构方面以及在增强微处理器的并行处理能力方面。

　　Banias技术推动移动计算

　　英特尔最新发展出的Banias的技术其目的是在大幅度降低移动计算的功耗的同时，大大增强其性能，从而延长笔记本电脑的电池工作时间。该技术可望在2003年应用于笔记本电脑，随后还将逐步应用到超密度服务器产品和小型台式机。

　　过去十多年间，英特尔先后开发出十多项能够降低计算功耗的技术，例如可变电压技术、降压技术，以及能够根据电路的使用情况而控制电路开关的时钟选通(Clock Gating)技术等等。

　　目前，我们正在探索能够集成于这种名叫Banias的新一代移动微处理器的新技术。这些技术包括：微型光学熔接技术-一种能够让我们根据所要求的功耗水平精确选定电路尺寸的特殊定径技术，以及更高级的时钟选通技术。

　　我们开发这种新一代移动处理器的主旨是突破所谓的“功耗墙(power wall)”。就Banias计划而言，通过一系列架构增强，我们能够实现比现有水平高得多的性能，这也是英特尔在推出一代又一代处理器时的一种典型做法。

　　不断发展的安腾架构

　　在英特尔看来，共有三种基本的需求在推动当今企业计算的发展，即性能(performance)需求，可扩充性(scalability)需求和可用性(availability)需求。

　　在开发安腾架构的早期，我们曾将其设计为能够无缝增添许多执行单元(只要晶体管集成度允许我们这样做的话)的架构。翻看第一款安腾处理器(当时名叫Merced)的框图，您会发现，在微处理器的旁边是一个独立的三级高速缓存，因为受到晶体管集成度的限制，我们不得不这样安排。

　　第二代安腾处理器的名字叫McKinley。此时我们终于可以将三级高速缓存集成到芯片上。McKinley处理器上共包含2.4亿只晶体管，但根据摩尔定律，我们不仅能够继续增加微处理器上不同器件的数量，而且可以将多颗内核集成到一块面积不变的硅片上，从而实现最佳的企业级计算性能。

　　在这种架构的设计中，我们的第二个侧重点是可扩充性。以下这个例子最能说明问题：最近，美国国家科学基金会宣布建立全球第一个太拉级计算机网络。这是一个分布式超级计算机系统，可实现13.6太拉的处理能力，是世界上最大和最快的计算机系统。这个超级计算机系统将由IBM公司提供的1,000多台服务器组成，这些服务器总共将装配3,300多颗McKinley处理器。

　　这个架构的第三个特性是其可用性。我们在提高处理器的可靠性方面花费了很多精力。我们设计了一种名为机器自检架构(machine-check architecture)的新技术，这种架构不仅能够执行纠错和检错操作，而且可以检索错误记录，这样就能让IT经理了解系统的哪个部分容易发生故障(即便它们从未真正发生故障)，知道怎样改进系统的可靠性。

　　令人振奋的超级线性技术

　　在超越时钟速度这一话题上，我想讨论的最后一个方面就是由英特尔开发的一种全新技术--超级线性(hyper-threading)技术。这种技术的诞生，有力地证明了英特尔公司通过提高并行度来增强计算性能这一始终不渝的追求。

　　第一代并行处理技术首先应用于486个人计算机，它是一个指令级并行技术，在486计算机中，每个时钟可分别执行一条指令。随着并行处理技术的进步，我们先后推出了奔腾、奔腾II和奔腾III架构，虽然我们仍然采用指令级并行技术，但我们可让每个时钟执行两到三条指令。这就是第二代并行计算技术，在这一时期，我们在高能奔腾架构中成功地引入了线性并行处理特性。这是英特尔处理器首次实现对称多处理模式(symmetric multiprocessing mode, SMP)，每个处理器虽然只有一个线程,但每个时钟仍可执行三条指令，。

　　现在，在我们跨入第三代并行计算时期，指令级并行处理技术得到了进一步发展。在奔腾4架构上，每个时钟可执行三条指令，但却可提供更大的频率空间，使每个特定循环的性能得到了进一步增强。在安腾家族中和EPIC架构上，我们实现了更高的并行度。这就是精确并行指令计算技术，其主要特点是编译程序优化并行计算，在优化环境中，每个时钟最高可执行6条指令。

　　现在的问题是，我们能否将这种超高并行度的优势融合于低价位产品中。事实上，这也是我们下一步的计划。我们将这种技术称为超级线性技术，它实际上是一颗芯片上的多处理能力或多处理的级别。有了超级线性技术，用户能够在各种系统中利用多处理能力，使某些针对服务器和工作站的应用效率提高30%以上。对那些要求最高性能的系统而言，用户可以利用超级线性技术实现多处理能力。对那些更注重成本的系统来说，用户可以借助资源分享在单一处理器上实现更高的性能，从而在单一芯片上实现多处理能力。

　　这是一种非常令人激动的技术。我认为这是微处理器的发展方向之一。英特尔将在更多的产品线上采用这项技术，2002年我们将首先在服务器和工作站上实现这项技术，最后，我们将把这项技术引入到台式机中。

　　新技术带来巨大机遇

　　计算机行业的增长并不是确定不变的。我们必须一步一步地实现技术进步。英特尔开发技术论坛期间所揭示的我们在未来几年内在各个领域的应用和实现这些新技术的能力令人震撼。这些新技术包括：充分发挥这些处理器优势的个性化移动芯片集，可全面改善计算环境的平台计划，以及开发更佳产品所需的工具、编译器和基础设施。

　　对软件行业来说，并行技术发展的意义同样重要，在这届英特尔开发论坛上，60%的研讨会的主题都与软件开发有关。借助我所描述的多种架构的并行度的提高，软件行业能够革新软件开发工作。用户可以将各种应用、驱动程序和操作系统线性化，以充分利用这种优越性能。

　　在移动计算领域，众多新技术即将浮出水面。我们希望让用户用到电池工作时间超过一天、而且可随时随地建立无缝连接的移动计算设备。

　　最后，我希望我们共同拥抱在我们看来是业内最大的增长机遇，这就是电子商务大潮，特别是倚重安腾处理器家族来把握这一机遇。我非常清楚地知道，在我们前面，有一个巨大的机遇在等待着我们。英特尔将与业界一起打造杰出的产品，让我们这个行业再度焕发出勃勃生机！

　　(完)

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