颜国伟：多核多线程CPU时代在敲门

　　作者：颜国伟 CNET台湾投稿作者，为自由作家，专精于IT软硬件报导写作。

　　CNET科技资讯网 12月1日 台北报道：最近“双核Dual Core”话题不断，除了AMD、英特尔先后推出双核版的Opteron、Athlon 64 X2、Xeon、Pentium D外，也冲击IBM、甲骨文、BEA、微软、EMC/VMWare、Novell/SuSE等多家知名企业的软件授权政策。

　　为何双核会盛行？这除了英特尔例行抄袭大型主机、高端UNIX系统的技术架构外，另一原因是频率提升的障碍。英特尔上一次遭遇瓶颈是在Pentium III时代，当时铝工艺的Pentium III难以突破1GHz，即便勉强突破了也付出了极大的代价(高耗电、热烫、不稳)，最后只好向IBM讨教，取得IBM的铜工艺技术授权，才得以跨越1GHz的障碍(AMD一开始也是向IBM请求铜工艺授权，但因未谈拢，最后转向Motorola授权，不过AMD后续的SOI技术依然向IBM授权，相关授权合作也将持续。)这一次英特尔遭遇的是瓶颈是难以突破4GHz，一直处于3.8GHz而难以更高。

　　不过这并非只是英特尔的问题；即使IBM也只能在实验室内让Cell达4GHz，量产Cell时，仍为求稳定还是降至3.2GHz。对众家处理器厂商而言，既然频率难以再提升，只好改以增加处理核心数目的手法来持续增快性能。IBM于2000年就已经完成双核工艺的POWER4处理器，2001年底推出使用POWER4处理器的服务器：eServer p690，惠普、Sun的双核处理器及服务器是在2004年初到位。 至于今年才推出双核的AMD、英特尔则是落后IBM近四年的时间。

　　英特尔的未来展望规划(Roadmap)中，包括Celeron、Itanium 2等也会有双核版，几乎英特尔全系列的处理器(手持、嵌入较例外)都会跟进，AMD也同样朝全面双核化迈进，即便已知双核版的Itanium 2无法赶在今年底发布，而必须再等待半年时间，但仍然是未来研发主流。

　　多核X绪时代

　　不过，双核不仅不是“终极”还只是个“开端”。2003年英特尔发布使用HyperThreading技术(简称HT，线程)的Xeon，仅在原有裸晶(Die)上增加10%的电路面积，就可以获得20%～30%的性能提升，这大概是英特尔少数的原创技术，而非来自抄袭，此技术一出立即成为其他CPU企业的抄仿对象，尤其以仍在持续发展POWER、SPARC的IBM、Sun最为积极，而此时双核产品还衍生出单绪及双绪的差别。

　　首先以IBM率先见贤思齐，在接替POWER4的POWER5上也使用类似HT的设计，但IBM称这样的技术为Multi-Threading，一个POWER5除了有两个执行核心外，每个执行核心还有两个执行绪，如此就成了双核双绪的处理器，而　英特尔 Xeon with HT则是单核双绪。类似的技术Sun则纳入到原有的CMP理念中，称为CMT。

　　到了今年AMD推出双核Opteron、双核Athlon 64(称为Athlon 64 X2)，由于AMD的处理器不具有双绪能力，尚处于双核单绪，至于英特尔最近才推出的新款Xeon(研发代号Paxville)也具有双核，但也包括过去的HT，与IBM POWER5一样是双核双绪。此外IBM也在今年发布双核版的PowerPC G5处理器，过去单核版称为PowerPC970或PowerPC970FX(工艺技术强化版)，如今双核后改称PowerPC970MP，属于双核单绪。

　　多核、多线程时代即将展开

　　到此为止了吗？技术是永无止境的。不像惠普的双核版PA-RISC--PA-8800/PA-8900确定不会有后续发展，改由Itanium 2接替，Sun推出双核版的UltraSPARC-IV/IV+后，预计明年初就会有UltraSPARC V，从规范上来看，UltraSPARC V将会是个“可怖”的处理芯片，毕竟Sun的处理器研发团队人数在全球仅次于英特尔(约1,400多人)，还胜过IBM、AMD。

　　就目前所知，UltraSPARC V拥有八核四绪(正式名称为UltraSPARC T1)，也就是同时间最多可以有32个执行绪在处理，而且，当某一个绪线(也有人反过来称：线绪)工作完成后，后面若没有其他的工作，也可以自动将排于其他绪线位置的待处理工作进行转移，以维持平行绪线的整体利用效率，并更快完成工作。这点与IBM POWER5很类似。

　　相对的，英特尔现有的CPU都不具有线绪工作机动转移的能力，无论单核双绪的Xeon还是双核双绪的Xeon都是如此。不能灵活调度绪线工作的结果，有时反而会让工作性能减退(类似电影售票口，即便另一窗口比较少人或新加开窗口，也不准已在队列的人离开，只有完全还没排过队的人可以去新窗口、较少人的窗口)，这点已在双颗实体Xeon(都具有HT)的电脑测试中得到证实。

　　不过，UltraSPARC V也有不完美之处，那就是运作频率过低，仅1GHz，至多到1.2GHz(视工艺良率而定，Sun是交付给TI代工生产)，然而32绪x1GHz的结果也是相当可观，而UltraSPARC的下一版：Rock(研发代号)更是锁定同时最高达64绪。所以笔者必须说：多核多线程的时代即将展开！

　　英特尔, AMD等加入全面双核化以及IBM, Sun持续研发多核产品，开敨了多核多线程的时代，不过却也引发新的问题，即软件如何授权。

　　新兴主题：软件授权

　　但是，多核多线程很快又要将软件授权方案形成冲击。双核并不表示性能就是比单核多一倍，事实上以AMD的说法，相同频率下，双核Opteron仅比单核多出30～55%的性能，过去双颗单核的系统反而能有70%的性能，也就是说，双颗单核的服务器，性能是传统单颗单核的1.7倍，但是单颗双核则只有1.3～1.55倍，这是因为双核共享同一组FSB(Front Side Bus，前端汇流排)的原因，以致性能折损，但两颗单核则有两组FSB。

　　也因为单颗双核不等于两颗单核，所以BEA、甲骨文才会调整授权策略。但是不同的双核处理器又有不同的设计，较良善的设计确实更接近2倍的性能，IBM也是因此坚持双核POWER4/5要收取双颗处理器的授权。

　　至于双绪、多线程，虽然也具有加速效果，但因为绪的加速不如核(

　　笔者认为，最可能的作法是采行效用计算概念的用量计费，以每核使用时间来收费。Sun目前即有每颗Opteron使用一小时收取一美元的运算租用法。不过不同架构的CPU，每小时能够贡献的性能也有差异，不同的操作系统也有不同的性能发挥，不能一概而论，总而言之只会让事情愈来愈复杂，或者愈来愈简化(既然难以细估，干脆概算，付年费随便用，或其他的概略计法)。

　　此外，现在Java程序、.Net程序愈来愈多，这两种程序本就原生支持多线程执行，反而是更早的是C++是采变通方式(用API提供多线程能力，并在撰写程序时呼叫API)支持多线程执行，且用C++撰写的机会愈来愈少，就连多数的学校也从过去教授C++而改教Java。

　　所以，执行Java、.Net的软件更能与多核多线程芯片相应相合，如何是过去的MS-Office 95，由于是以单核单绪方式撰写成(当时的背景所致，PC十多年来都是单核单绪的执行环境)，那么无论在多少绪、多少核的系统上执行都无法获得加速效果，永远是单核单绪的缓步执行，过去许多单机版游戏也都是如此。

　　自此我们可以说，多核多线程无论软件、硬件都到了水到渠成的一刻。