行动平台多核心处理器的场与现实-电子工程专辑.pdfVIP

行動 平台 多核心處理器的 市場與現實 作者：Marco Cornero 、Andreas Anyuru 意法愛立信/ (ST-Ericsson) 近幾年，行動平台廠商爭先推出多核心處理器，以順應市場日益提高的性能需求。由 於行動市場競爭異常激烈，多核心處理器變成了行銷工具，廠商利用這個最顯著的差 異化特性向消費者傳遞一個過於簡化的訊息：處理器核心數越多，平台就越好，性能 就越高。 但事實卻複雜得多，在多核心處理器平台內，處理器數量對整體性能只產生一定的影 響，不同的底層矽製程將會對性能產生完全不同的影響，多個關聯因素決定了多核心 處理平台能效(例如，平台對軟體性能的有效影響、晶片頻率、晶片大小和功耗) 。 本文論述並比較目前行動平台所採用的主要的多核心處理技術，重點介紹多核心處理 技術與意法愛立信未來產品所採用的 、具突破性的 FD-SOI 矽製程之間的協同效應 ； 透過與 PC 市場的比較 ，例證行動平台的單核心處理器還有很大的性能提升空間。還 將從軟體性能角度分析，其實目前集中資源於速度更快的雙核心處理器 ，會比速度較 慢的四核心處理器更有利。 此外，我們還將論述 FD-SOI 技術如何在相同功耗條件下提高雙核心處理器頻率，以 及如何擴展高能效工作模式，所有這些優勢產生一個比異質和同構四核心處理器更簡 單、更便宜、更高效的解決方案。 多核心處理器的問世是必然 ！ 多核心處理器是技術發展的必然，而不是人類可選的，在此重申這一點很重要。從歷 史看，當工作頻率提高到晶片散熱極限時，主流PC 多核心處理器開始問世。 事實上，自矽製程整合初期到 2003~2005 年間，在主流 PC 中，工作頻率提高和電晶 體數量主要用於提升單核心處理器的性能(如圖一) 。在此期間，應用軟體的性能提升 與硬體技術發展保持同步，日益增多的舊版軟體無需做任何修改，導致電腦產業出現 空前的成長。 只要可能，這個趨勢就不會發生改變，直到晶片散熱達到極限為止。頻率提高而非電 晶體數量增加是晶片達到散熱極限的部分原因。在這一問題上，多核心處理器被認為 是連續利用數量不斷增加的電晶體同時把功耗限制在可控範圍內的唯一解決辦法。 Copyright © 2013 eMedia Asia Ltd. 電子工程專輯網站()所有內容均受版權保護 圖一 英特爾CPU 頻率提高趨勢 雖然有悖常理，但是單核心處理器在假定頻率時的功耗高於雙核心處理器在假定頻率 的二分之一時的功耗，這是因為處理器頻率越高，所需的電壓就越高；此外，動態功 耗與電壓是平方關係(圖二所示是簡單的動態功耗計算式) 。 ( ) ( ) 圖二 雙核心處理器與單核處理器動態功耗對比 多核心處理器確實使硬體整合度遵循摩爾定律(電晶體數量每 18 個月增加一倍) ，為此 而付出的代價是軟體性能提升被完全破壞。對於軟體 ，再也沒有免費的午餐，正如 Herb Sutter 2005 年發表的一篇著名論文[1]所述，從那時開始，為了繼續高效率地應用 硬體技術進步，軟體開發人員必須採用平行且均衡的編程方式，使程式碼能夠高效率 地映射到多核心處理器 。 換句話說，軟體需要平行化；糟糕的是，軟體平行化在整個電腦領域仍然是最嚴峻的 挑戰之一，雖然最初的研發熱情還沒有減退，但是，到目前還沒有發現一個效率令人 滿意的通用解決方案[2] 。很多本