多核技术已成潮流

在各种多核处理器中，由IBM、Sony以及Toshiba共同开发的Cell处理器是非常特别的一款。Cell是以IBM所研发的64位PowerPC微处理器核心为核心，结合多个独立的浮点数运算单元，因此它所构成的多核微处理器并非是传统意义上的对称结构，不过，Cell同样具备强大的运算效能。

全面的应用范围

Cell处理器已经应用于Sony新一代游戏主机Playstation 3，不过可千万不容忽视这位主角，因为其应用范围不仅仅是游戏主机，包括服务器以及各种专用设备都是其发挥巨大威力的舞台。与此同时，IBM还能够将Cell应用于娱乐家电领域，HDTV解码以及视频编码应用都对处理器性能有着很高的要求，而此时Cell芯片的优势正好得以发挥。毫无疑问，多核设计的Cell处理器有着非常广泛的应用范围，包括高清晰数字影音家电、游戏机、计算机图形、科学运算等领域的产品。

Cell处理器的多核设计非常有助于多媒体方面的运算，但是却给游戏制作人员带来不便。理论上讲，如果充分发挥所有协处理器的话，整体性能会有很大的提升。但程序员必须把所有的数据“切割”出来细分到各个协处理器中，这是非常复杂的，而且以往的应用软件不可能进行改进来适应Cell处理器。此外，微软工程师非常尖锐地指出Cell处理器缺乏“分支预测”功能，这对于整数性能发挥有些不利。因此，Cell处理器被认为是最适合应用在单一封闭领域的产品。譬如，Sony的Playstation 3游戏机便是最好的例子。由于硬件环境的统一性以及游戏开发商坚决地为Cell处理器多核协处理器进行优化，所以综合效能非常出色。同样，即便是IBM将Cell处理器应用于服务器，也主要是那些专门用于计算某些领域复杂数据的产品，然后根据这类服务器的硬件特点开发配套的应用软件，甚至嵌入式操作系统。

浅析Cell核心架构

Cell架构是一个单芯片多核处理单元，它内置9个处理单元，它们之间共享存储器资源。与我们所熟悉的多核处理器不同，Cell更多地采用协处理器方式，然后依靠多个处理器并行技术实现惊人的运算速度。Cell是以IBM所研发的64位PowerPC处理器为主核心，结合多个独立的浮点数运算单元所构成的多核微处理器，具备强大的运算效能。这种非对称式的多核设计尽管存在应用程序难以充分利用的弊病，但是其综合效率以及功耗控制都非常理想。

以Sony Playstation 3所采用的Cell处理器为例，它集成了2亿3400万个晶体管，采用IBM的90纳米绝缘硅、低k工艺制造。这款处理器的核心面积为221平方毫米，芯片规模与Intel的双核Pentium D相当，两者的制造成本处于同一条水平线上。在逻辑上，Cell处理器基于一个“PowerPC处理单元”，它可以支持虚拟多线程技术，同步执行两个不相干的线程。此外，Cell内部还拥有8个基于SIMD的协处理器。简单而言，一枚Cell处理器内部整合了9颗独立的运算核心，可支持多达10条线程的同步运行。

Cell的多核技术使得线程分配、资源管理等方面的程序模式具有了多种多样的发展可能性。Cell的主性能处理内核可处理双线程，其余每个协处理器可处理一个线程，这样Cell处理器的9个处理单元总共可同时处理10个线程，怎样最佳应用处理器资源是今后软件工程师的一个重要研究课题。现在很多评论都认为Cell处理器有望冲击x86的主流地位，但是这基本是不可能的，因为现有的软件无法对Cell架构进行优化，这注定Cell只能应用于封闭的嵌入式环境中。但Cell处理器的可怕之处在于，先前有传言称IBM有意将Cell软硬件开放给开放软件社群，如此一来，则可能改变整个PC产业界生态。然而即便如此，一种全新核心架构的处理器必然需要5年以上才能普及，因此x86在PC市场的垄断地位依然不可撼动。

Sun多核技术

采用UltraSPARC T1多核处理器的Sun服务器

1987年，Sun和TI公司合作开发了RISC微处理器――SPARC。SPARC微处理器最突出的特点就是可扩展性，这是业内第一款有可扩展的微处理。SPARC的推出为Sun赢得了高端微处理器市场的领先地位，而第一次运用双核技术的处理器是UltraSPARC IV。

Sun的 UltraSPARC IV处理器在一个硅片上集成了两个UltraSPARC Ⅲ内核，这样最终的芯片同时能执行两个线程。该处理器最初推出的版本运行在1.20GHz的频率，在相同频率下能提供比前一代产品快60%~100%的速度，同时该款处理器能够使用和UltraSPARC III相同的插槽，使系统能够平滑升级。随后，双核处理器UltraSPARC Ⅳ+采用了片上多线程技术，通过多个线程的同时进行，继续执行Sun的吞吐量计算战略，以进一步提高系统的性能。

2006年年初，Sun了T1。T1在一个硅片上集成了8个处理器SPARC V9兼容内核，每个内核可以支持4个线程，因此单个芯片可以支持32个线程。其他厂商的产品大多是2核或4核，每个核一般也仅支持2个线程。虽然T1芯片的运行频率只有1GHz~1.2GHz，但是功耗低，整个芯片的典型功耗只有72W，比其他高性能服务器芯片要低得多。Sun的高端服务器处理器将是代号为Rock的芯片，预计在2008年问世，单个芯片上将会集成16个内核。

链 接

德州大学TRIPS

所谓TRIPS架构(Tera-op Reliable Intelli-gently adaptive Processing System)，即万亿次高可靠智能适应性处理系统。该系统的设想最初源于德州大学奥斯汀分校两位助教的研究课题，初衷主要是对现有微处理器设计结构的不满。

2005年年底前推出的TRIPS原型芯片中包含4个处理器内核，每个内核在每个时钟周期内能够完成16次运算，整个芯片可以完成64次运算。尽管预计原型芯片的时钟频率为500MHz，理论上可达到每秒种320亿次的运算速度。到2010年，当32纳米制程的处理器制造工艺成熟时，研发小组将把这种芯片的时钟频率提高到10GHz，使其能够在1秒钟内完成1万亿次以上的运算。

德州大学研发的TRIPS多核处理器

MIPS多核处理器

MIPS是一种很流行的RISC处理器，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。SGI公司在1992年收购了MIPS计算机公司，1998年，MIPS公司又脱离了SGI，成为MIPS技术公司。现在，MIPS架构已经可以公开授权，因此大量新兴的芯片设计公司开始采用MIPS架构。

RMI公司的XLR系列是基于RMI增强型MIPS64内核，同时支持32个线程的独特构架的处理器，工作频率可达1.5GHz，并且支持高度集成的独立硬件安全引擎和网络应用加速器。

Cavium Networks公司也拥有采用MIPS架构的多核处理器。Octeon处理器拥有16个核心，虽然工作频率只有600MHz，但是功耗很低，仅有50W。

此外，备受国人关注的龙芯3处理器也将使用MIPS架构16核心设计。毫无疑问，凭借MIPS架构的高效率优势，未来芯片设计公司将摆脱对主频的依赖，多核设计已经成为一种不可逆转的趋势。