計算機體系結構課程論文課堂報告 主流雙核微處理器技術分析及性能對比 陳豐李宏量孫瑜杰2006 06 26 計算機體系結構課程論文課堂報告 引言 背景 一直以來 處理器的頻率就像夜空中最耀眼的星星 吸引著人們的目光 在90年代 頻率對于處理器來說簡直就是性能的唯一標尺 長久以來CPU在摩爾定律指引下保持高速發(fā)展 CPU速度每18個月提高一倍 而價格下降為原來的二分之一 計算機體系結構課程論文課堂報告 頻率提高遭遇瓶頸 當處理器的頻率進入了 G 時代后 頻率對于處理器綜合性能的影響力開始減弱 AMD的低頻產(chǎn)品同樣可以擁有其標稱值 PR 性能 Intel用于迅馳平臺的低頻移動處理器也能夠輕松擊敗其自家的高頻產(chǎn)品 計算機體系結構課程論文課堂報告 產(chǎn)生問題 在現(xiàn)有工藝下 普通單核心處理器的頻率難于提升 性能沒有質的飛躍 反而在功耗散熱 良品率以及成本的控制上給廠商帶來了眾多難題 由于頻率難于提升 Intel在發(fā)布3 8GHz的產(chǎn)品以后只得宣布停止4GHz的產(chǎn)品計劃 而AMD在實際頻率超過2GHz以后也無法大幅度提升 3GHz成為了AMD無法逾越的一道坎 計算機體系結構課程論文課堂報告 CPU的高功耗和高發(fā)熱 計算機體系結構課程論文課堂報告 CPU功耗發(fā)展圖 計算機體系結構課程論文課堂報告 新技術引入 雙 多核心處理器 所謂雙核心處理器 簡單地說就是在一塊CPU基板上集成兩個處理器核心 并通過并行總線將各處理器核心連接起來 雙核心并不是一個新概念 而只是CMP ChipMultiProcessors 單芯片多處理器 中最基本 最簡單 最容易實現(xiàn)的一種類型 其實在RISC處理器領域 雙核心甚至多核心都早已經(jīng)實現(xiàn) 但此時雙核心處理器架構還都是在高端的RISC領域 直到前不久Intel和AMD相繼推出自己的雙核心處理器 雙核心才真正走入了主流的X86領域 計算機體系結構課程論文課堂報告 與HT 超線程 技術對比 計算機體系結構課程論文課堂報告 Intel向廠商提供的資料中 Intel把雙核心原理形象的比喻為一名廚師 一位廚師在同一時間只能做出一道美味的菜肴 因此客人點的下一道菜必需等上一道菜完成后才可以繼續(xù) 雖然我們可以進行多項任務 但實際上每一個線程只能處理一個工作 Intel把它比喻作原始人只懂起一個爐頭做飯 而Intel的Hyper Threading就好比一個廚師用兩手同一時間熟兩個食物 雖然效率會比單線稱處理好些 但還是有很多限制 而雙核心就好比兩個廚師分開煮兩個食物 效率當然比Hyper Threading更佳 另外Intel的雙核心還會擁有Hyper Threading技術 即代表兩個廚師兩只手 同一時間可以運作四個線程 計算機體系結構課程論文課堂報告 技術剖析 Intel篇 Intel目前的桌面平臺雙核心處理器代號為Smithfield 基本上可以簡單看作是把兩個Pentium4所采用的Prescott核心整合在同一個處理器內(nèi)部 兩個核心共享前端總線 每個核心都擁有獨立的1MB二級緩存 兩個核心加起來一共擁有2MB 由于處理器中的兩個內(nèi)核都擁有獨立的緩存 因此必須保證每個物理內(nèi)核的緩存信息必須保持一致 否則就會出現(xiàn)運算錯誤 計算機體系結構課程論文課堂報告 例如在系統(tǒng)的內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)記錄著A 1 如果Core1對此數(shù)據(jù)區(qū)進行讀寫操作 并且改寫為A 0 那么Core2的cache也必須進行更新 把A更新為0 否則的話 在以后的操作中數(shù)據(jù)就會出錯 此即cache數(shù)據(jù)的一致性問題 雙核心處理器需要 仲裁器 來作協(xié)調(diào) Intel將這個協(xié)調(diào)工作交給了北橋芯片 兩個核心需要同步更新處理器內(nèi)緩存的數(shù)據(jù)時 需要通過前端總線再通過北橋作更新 計算機體系結構課程論文課堂報告 技術剖析 AMD篇 AMD的技術架構為實現(xiàn)雙核和多核奠定了堅實的基礎 其Athlon64處理器內(nèi)部整和了內(nèi)存控制器 在當初Athlon64設計時就為雙核心做了考慮 AMD采用了SRQ SystemRequestQueue 系統(tǒng)請求隊列 技術 在工作的時候每一個核心都將其請求放在SRQ中 當獲得資源之后請求將會被送往相應的執(zhí)行核心 所以其緩存數(shù)據(jù)的一致性不需要通過北橋芯片 直接在處理器內(nèi)部就可以完成 AMD雙核心處理器的仲裁器是在CPU內(nèi)部而不是在北橋芯片上 所以在主板芯片組的選擇上要比Intel雙核心處理器要寬松得多 甚至可以說與主板芯片組無關 計算機體系結構課程論文課堂報告 由于成本方面考慮 目前AMD是采用雙核心共享單內(nèi)存控制器的做法 計算機體系結構課程論文課堂報告 實際性能考察 計算機體系結構課程論文課堂報告 計算機體系結構課程論文課堂報告 CPUmark99測試 開啟雙核關閉雙核 計算機體系結構課程論文課堂報告 計算機體系結構課程論文課堂報告 SuperPi測試 情況類似 計算機體系結構課程論文課堂報告 SisoftSandra測試 計算機體系結構課程論文課堂報告 TMPGEncPlus測試 TMPGEncPlus是一個視頻音頻壓縮 轉換軟件 這類軟件往往由于專業(yè)性較強而較早的提供了對多處理器的支持 分別在雙核狀態(tài)下運行單個任務和雙個任務 觀察CPU使用情況 計算機體系結構課程論文課堂報告 雙核狀態(tài)運行單個TMPGEncPlus 用時 3分37秒 計算機體系結構課程論文課堂報告 雙核狀態(tài)同時運行兩個TMPGEncPlus 用時 6分10秒 計算機體系結構課程論文課堂報告 關閉雙核 時間 5分23秒 是開啟雙核花費時間的1 49倍 計算機體系結構課程論文課堂報告 游戲測試簡述 總共測試了6個游戲項目 而雙核處理器的表現(xiàn)可以說并沒有給我們驚喜 在6個項目中 雙核心PD840只有微弱的優(yōu)勢 而這些并不顯著優(yōu)勢還是建立在高分辨率以及雙顯卡SLI平臺之上的 其實得到這樣的結果也并不意外 因為雙核架構的優(yōu)勢在目前的游戲上很難體現(xiàn)出效果 一來 針對雙核架構設計的游戲目前還沒有真正意義上存在 并且估計未來一段時間內(nèi)也不會出現(xiàn) 二來 在驅動方面 雖然NVIDIA早先的Forceware就宣稱針對雙核進行了優(yōu)化 但我們看到的效果卻并不明顯 計算機體系結構課程論文課堂報告 總結 從測試結果可以看出 如果你問我雙核比單核來說是不是性能有提高 那么我回答你是有提高的 如果你問我雙核處理器對你來說有沒有用 那么我回答你得看你的應用狀況了 你是不是會用到支持多CPU的軟件 或者會不會經(jīng)常同時進行多個操作或者使用大型專業(yè)軟件 如視頻圖像處理 音頻處理 長時間編譯等 如果你的回答是肯定的 那么我的回答也是肯定的 計算機體系結構課程論文課堂報告 過對雙核技術的分析 可以看出雙核心技術對于解決近期CPU頻率提升瓶頸已經(jīng)隨之而來的性能瓶頸具有革命性的作用 至少在理論上它的出現(xiàn)為CPU廠家?guī)砹诵碌南Ｍ唾u點 也讓用戶有機會接觸到更高性能的處理器 當然這只是體現(xiàn)在理論上 如果要雙核處理器真正發(fā)揮他的實力 勿庸置疑需要主板架構 操作系統(tǒng) 應用軟件的全方位支持 這在測試中已經(jīng)體現(xiàn)出來 支持雙核與不支持雙核的軟件在CPU使用率上幾乎是2 1的關系 如果沒有這些支持 那么雙核只能浪費在那里 無法全速運行 計算機體系結構課程論文課堂報告 價格方面 如果單核和雙核的價格差不多 選擇雙核還是單核這個問題 相信已經(jīng)不用我來回答了 目前看來Intel和AMD都在低端雙核處理器上大做文章 大打價格戰(zhàn) 其雙核產(chǎn)品價格已經(jīng)到達千元以內(nèi) 相信雙核處理器的普及只是時間問題 計算機體系結構課程論文課堂報告 感謝張老師和劉老師 Thankyou