多核時代

英特爾在IDF上宣佈的新品計劃中透露，第一款四核處理器將於今年11月份出貨，主流的英特爾酷睿2四核處理器將在2007年第一季度出貨。其中，在PC市場的目標用户為熱衷電腦遊戲的人羣和內容創作者，命名為英特爾酷睿2四核處理器至尊版。英特爾聲稱，與現在的英特爾酷睿2雙核處理器至尊版相比，新的處理器性能將提升67%。而在服務器方面，兩路服務器的四核英特爾至強處理器5300（研發代碼為Kentsfield）系列也將於今年出貨。而為刀片服務器設計的50瓦、低功耗的四核英特爾至強處理器L5310將於明年第一季度出貨。

目前制定的出貨時間，全都早於英特爾最初公佈的路線圖，而AMD也在不久之前宣佈其將在明年中期，同時在兩大主力產品線桌面端和服務器端銷售自己的“四核處理器”，今年晚些時候將推出一款名為“4×4”的產品，由兩塊處理器連接在同一塊高端主板上構成。顯然，市場上的兩大芯片廠商目前將所有的“寶”都押在了“多核”上。

如此熱衷於雙核和多核的推廣，英特爾和AMD顯然是將多核看作是繼主頻速度、64位之後的又一個新的戰場。但是，多核的概念，最早並不是源於英特爾或者AMD。IBM、惠普公司早在上個世紀末就提出了雙核處理器概念，並推出了相應的產品。比如IBM的 Power 處理器、惠普的P A - 8 8 0 0 處理器。去年年底，Sun還推出了8內核的Sparc Ultra SPARC T1處理器。而今英特爾和AMD在x86市場上掀起的“核戰爭”，讓人們不禁想到這樣一個問題：他們的多核又意味什麼？

對於英特爾來説，提前四核的出貨時間，不失為其在與AMD的競爭中極具能量的一招。在AMD以低價、64位上佔先等手段在芯片市場取得長足進步以後，英特爾顯然從對手那裏學到了很多。首先是價格上的變化：在最近的一次價格調整中，英特爾的主力產品價格下降60%。“在目前整個市場橫向來看，英特爾在性價比上已經超過了AMD，形成了多年競爭以來的倒掛。目前市場流行的2.5GHz～3GHz的產品上，英特爾的價格比AMD的要低。”某電腦廠商主板事業部經理説。其次是在考慮到和下游廠商的技術合作細節上，以前英特爾的CPU插座規格常常受到消費者和主機板製造商的抱怨，而現在，英特爾開始在這方面有所考慮，現在的產品都注意了和上一代產品的封裝管腳相同。“我們在系統級上的變化很少，主要是為了方便下游廠商的設計，相同的芯片組將會肩負着CPU一代一代傳承的作用。”英特爾平台應用創新同盟經理趙軍説。

而四核的搶先發布，更被業界看作是英特爾“雪恥”的戰役。“64位和雙核的兩次被AMD搶先，英特爾也需要提前四核的發佈來應對AMD的競爭。”業內人士王書貴説。

除卻競爭的壓力，四核對於英特爾進一步整合產業鏈也有着重要的意義。業內人士認為，由於四核應用對於軟件提出很高要求，就意味着推動者需要具有強大的產業整合能力，牽引應用軟件商圍繞四核硬件環境開發應用程序。而目前，在芯片廠商裏，英特爾佔據了實力優勢，加上首發四核，“四核標準”可能成為英特爾的又一利器。

這樣做的目的，從硬件上，可以進一步達到壟斷的目的。據一位台企主機板公司技術人員透露：“當在主機板上集成更多的CPU內核後，英特爾與AMD在悄然蠶食着其他外圍配套芯片企業的市場。”由此，未來大量硬件加速設備，經過程序優化，都可能由多核CPU承擔，而不再需要相應的芯片。所以，通過這種方式，“英特爾與AMD兩大CPU企業將可以利用多核集成搶佔外設端口加速芯片企業大筆的生意。從而進一步使自己成為行業壟斷者。”該人士説，而這樣的情況，主機芯片組、WiFi無線網卡芯片就是先例。

隨着技術的成熟，當多核為服務器帶來足夠的性能提升以及更具競爭力的價格的時候，多核，更像是為x86架構與RISC架構的競爭提供了一個舞台，不僅是致力於x86服務器的供應商可以與RISC廠商同台競技，國內服務器廠商也因此而獲得了新的商機。多年來，RISC服務器一直佔據着高利潤的服務器市場，儘管基於x86架構的服務器在銷量方面遠遠超出RISC服務器，但是50%以上的銷售額卻被RISC服務器佔據。“用户選擇的標準永遠是性價比。如果説在四核或者多核以前，x86架構的服務器產品在性能上與RISC架構的產品有差距的話，那麼四核甚至是多核，就是彌補這個差距的良藥。同樣，無論是哪一個架構，只要能夠高效完成任務，就會獲得用户的信賴。”王書貴説。所以，四核對於x86架構，可謂是意義重大。

那麼，在選擇多核的意義如此重大的時候，多核，是不是目前能夠幫助計算設備提高性能唯一的途徑？選擇多核，是不是意味着在避免了舊的問題以後，就不會面臨新的問題？

多核的誕生來自於在追求主頻的時候無法解決的散熱問題。之所以需要多核，這是由技術侷限性所決定的。之前，一直堅持芯片不斷小型化的路線是不斷提高主頻，如今已經能夠達到4GHz。但因為處理器的電路“線寬”正在不斷地減少，進入到納米級。一個芯片上可以集成將近10億個的“晶體管”，但是散熱卻成了大問題。芯片中的電路越來越小，芯片中的電流非常容易泄露到其他電路上。電流泄露使芯片的能耗將增長30% ，它還會使芯片温度過高和不穩定。設計既降低能耗，又能運行更快捷的處理器芯片成為工程師亟待解決的問題。

多核技術似乎為工程師們打開了另一扇門——把更多的CPU壓在一個芯片當中以提高整個芯片處理交易事務的能力。以雙核為例，就是在一塊CPU基板上集成兩個處理器核心，通過並行總線將各處理器核心連接起來。“根據功耗的公式，功耗是與電壓的平方乘以頻率的數值成正比的。而電壓又是與頻率成正比，所以功耗是與頻率的3次方成正比。當要求處理的二進制比特數越多，計算速度越快的時候，電壓自然就要求越高。所以，這個時候，要控制功耗，就要降低核的頻率。”趙軍説，所以，在這樣的情況下，用增加核的數量，降低每個核的頻率來解決散熱問題，這便成為一個解決問題的方案。

然而，對於這樣的解決方案，業界有些人士並不十分認可，在他們看來轉向多核，有可能會是一條艱辛的路。首先還是來自技術本身的侷限。“即便是在製造上沒有大問題，就處理器的系統結構而言，多核處理器依然面臨很大問題。”《計算機世界》評測實驗室工程師吳挺説。他指出，如果僅僅簡單地考慮多核的物理連接，而沒有充分考慮到處理器的運行和使用模式，將極大限制處理器的利用率，尤其是在處理有資源衝突應用的時候，多個核心之間的資源調配就成了效率關鍵。在目前的算法條件下，還沒有更好的控制兩個以上處理器合理調配資源的方法。這並非因為無法實現更好的算法從而充分調配處理器資源，而是因為目前多核處理器普遍的算法相對比較簡單。算法無法知道具體的可用資源，並且硬件的搭配因為成本問題沒有充分考慮一些意外情況，因而，以“同類”思想考慮的處理器在面對“異類”運算時就會變得效率低下。這種情況，在遇到特殊應用情況的時候會更加明顯。

為了解決散熱問題而出現的多核解決方案，卻又在某種程度上被業界懷疑存在自己的散熱問題。根據外電報道，目前，英特爾和AMD即將推出的新款處理器在運行時的温度都要比目前的處理器產品高一些，雖然現在還不知道具體會高出多少。業內人士指出，由於Kentsfield實際上是由兩塊Core 2 Duo處理器連接在同一塊芯片上組成，因此它的温度勢必會比單塊Core 2 Duo處理器的温度要高一些。同樣地，AMD公司的高級市場營銷副總裁帕特摩西德説，4×4系統的耗電量也將比單塊雙核處理器的耗電量要多一些。AMD公司計劃將4×4產品的耗電量降低到比同一系統使用兩塊獨立的處理器時的耗電量要低一些的程度，但是摩西德沒有具體説明AMD公司將怎樣實現這個目標。Mercury Research公司的分析師迪安麥卡倫説，Kentsfield和4×4都是面向高端用户而設計，他們願意為系統的低温表現和強大技術而多花點錢。但是，普通用户是不太願意為此花錢的。

顯然，英特爾和AMD都不會再次讓功耗成為處理器發展的瓶頸的。目前英特爾已經基本完成了從90納米向65納米的轉移，現正在籌備45納米的工廠。當45納米制程工藝在四核上採用的時候，由於使用了更小典型晶體管元件，產品的功耗也會隨之降低。AMD也指出，其四核處理器產品的熱功耗將與現有的雙核芯片的熱功耗一樣。

但是，一些業內專家認為，隨着一些新的應用的普及，電腦的温度可能會再次升高。

虛擬技術就是這些新的應用之一。虛擬軟件過去主要用於服務器上，其目的是讓IT經理們可以在同一台服務器上運行多種不同的應用程序。IT經理們利用虛擬軟件提高單台服務器的利用率，減少服務器數量。不過，虛擬技術還很少用於桌面電腦上，但是如果他們開始在多核心處理器的虛擬環境下運行多種應用程序的時候，他們就會經常在較高性能水平上運行他們的電腦系統。在這樣的情況下，散熱可能會再次引起人們注意。麥卡倫説，目前這個問題還僅限於服務器產品。但隨着更新、更復雜的圖形處理器的應用，散熱量問題最終還是會成為電腦必須解決的問題之一。

應用不僅會造成散熱問題，應用本身的滯後，也是目前四核或者多核需要面臨的一個重要挑戰。PolyCore Software公司總裁兼CEO Sven Brehmer表示，半導體產業單核處理器的發展已經遇到瓶頸，轉向多核是可行之路，但同時，這條路將會充滿挑戰。“就算這是一件非常痛苦的事情，我們也得向前推進。即使突然出現了更好的替代多核結構的技術，在實現該技術之前也會需要花費5到10年的時間。”他説。他所指的痛苦就包括編程困難以及缺乏開發環境。Altera公司嵌入式處理器開發資深總監Tim Allen説，多核處理器面臨的問題在於軟件開發沒有跟上硬件開發的進度。

而對此，Allen認為，業界需要改變的是“人們的工作模式”。統一系統設計自動化專業公司Imperas的CEO Simon Davidmann表示，目前軟件開發商趨向於針對特定的結構編制軟件，“這是根本錯誤的”。他説。由此可見，從整體而言，業界還沒有完全準備好擁抱多核方法論。

那麼，在缺乏相配套的軟件產品的支持下，目前的對稱多核處理器，操作系統對資源的分配和管理較單核並沒有本質的改變，就好像四車道跑三輛車與八車道跑三輛車的效果差不多。相反，由於多數軟件並沒有充分考慮到雙核乃至多核的運行情況，導致線程的平均分配時間以及線程之間的溝通時間大大增加，尤其是當線程需要反覆訪問內存的時候，電腦也許會變得很“遲鈍”。“核越多，並不一定意味着應用軟件的速度越快。”李獻説，“特別是對於最早的一些單線程的應用來説，多核的優勢並不明顯。”

“如果沒有配套的服務器軟件，安裝了多核的計算機就好比一輛三輪車被裝上寶馬汽車的發動機，在安全行駛的狀態下，發動機的效率一樣很難實現。”一位不願透露姓名的業內人士介紹。吳挺也指出，實際上，英特爾很早就通過超線程技術實現了邏輯上的雙處理器系統，但這不過是對處理器閒置資源的一種充分利用而已，由於服務器軟件的限制，多核的優勢很難充分發揮。而且，這種充分利用只有在特定的條件下才會見效，當它面對的是流水線比較長，或兩種互不交叉的運算時，多核的智商會低得和單核一樣。

所以，“對於多核來説，並不僅僅是一個硬件技術的發展問題，”王書貴説，“它更多的是涉及整個產業鏈的，包括軟件、產業配套、市場教育等綜合平台系統的整體協調發展。” 多核是一個系統工程，僅有好的硬件，沒有與之配套的軟件，以及相關產業的跟進，是無法真正實現技術的商品化和產業化的。多核的出現，不僅是帶來了一個顛覆性的技術，它也將給行業發展戰略帶來革命性的轉變。多核時代的真正來臨，需要依靠服務器軟件等多個行業向着並行化目標共同努力。

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主頻也叫時鐘頻率，單位是MHz，用來表示CPU的運算速度。CPU的主頻=外頻×倍頻係數。很多人認為主頻就決定着CPU的運行速度，這不僅是片面的，而且對於服務器來講，這個認識也出現了偏差。至今，沒有一條確定的公式能夠實現主頻和實際的運算速度兩者之間的數值關係，即使是兩大處理器廠家Intel和AMD，在這點上也存在着很大的爭議，我們從Intel的產品的發展趨勢，可以看出Intel很注重加強自身主頻的發展。像其他的處理器廠家，有人曾經拿過一塊1G的全美達來做比較，它的運行效率相當於2G的Intel處理器。

外頻是CPU的基準頻率，單位也是MHz。CPU的外頻決定着整塊主板的運行速度。説白了，在台式機中，我們所説的超頻，都是超CPU的外頻（當然一般情況下，CPU的倍頻都是被鎖住的）。但對於服務器CPU來講，超頻是絕對不允許的。前面説到CPU決定着主板的運行速度，兩者是同步運行的，如果把服務器CPU超頻了，改變了外頻，會產生異步運行，（台式機很多主板都支持異步運行）這樣會造成整個服務器系統的不穩定。

製造工藝的微米是指IC內電路與電路之間的距離。製造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發展。密度愈高的IC電路設計，意味着在同樣大小面積的IC中，可以擁有密度更高、功能更復雜的電路設計。現在主要有180nm、130nm、90nm三種。最近官方已經表示有65nm的製造工藝了。

CPU封裝是採用特定的材料將CPU芯片或CPU模塊固化在其中以防損壞的保護措施，一般必須在封裝後CPU才能交付用户使用。CPU的封裝方式取決於CPU安裝形式和器件集成設計，從大的分類來看通常採用Socket插座進行安裝的CPU使用PGA(柵格陣列)方式封裝，而採用Slot x槽安裝的CPU則全部採用SEC(單邊接插盒)的形式封裝。現在還有PLGA(Plastic Land Grid Array)、OLGA(Organic Land Grid Array)等封裝技術。由於市場競爭日益激烈，目前CPU封裝技術的發展方向以節約成本為主。

無論如何，這些技術的真正埋單者終將是最終消費者，他們的看法將直接決定多核處理器的推廣速度。

現在看來，經過多年的歷練，日益冷靜的消費者們似乎有自己的想法。在走訪電腦賣場的時候，某些年輕的消費者們，對於目前英特爾和AMD主推的雙核有一定的認識，但是大部分的消費者表示，自己關心的並非是核的數量，而是如何幫助其解決在實際應用中遇到的問題，比如多任務時候的速度減慢、散熱、噪聲等問題。另外，價格也是消費者相對於“核的數量”更為關心的一個問題。一位普通的消費者告訴記者，在選購電腦的時候，“性價比”是考慮最多的問題，至於“雙核”還是“單核”還是更多的“核”，“只要告訴我能幹什麼就可以了，至於裏面的是多少核，我不是發燒友，不太關心”。該消費者的話或許不能代表全部用户的意見，但是，在目前這個“應用靠前，體驗第一”的年代，誰能保證，對於“核”的概念，不會在將來某個時候，重現當年用户對於主頻的忽略而追求應用本身價值的境況呢？

“由於還不知道英特爾的四核處理器會是什麼樣子，現在談四核服務器還不成熟，”一位電信行業的技術工程師説，“但是可以肯定的是，用最少的錢，辦最多的事，也就是選擇性價比最高的服務器產品，一直是我們追求的。”該工程師的話，也印證了業內分析師的觀點。

“其實在現在這個年代，我認為去講核的概念，看起來更像是廠商的市場手段，”業內人士王書貴説，“對於用户來説，花多少錢辦成多少事情是他們最為關心的，也就是計算性能的提升、應用的完善等等問題，用户最不需要關心的就是機器裏裝了幾個核，這些反而是計算廠商們關注的點。”而且，就目前還存在對於四核或者多核的性能上的擔憂，“核”的數量和性能，就更應該是從芯片廠商、到OEM廠商、再到軟件、系統廠商們關注的焦點，而“不應該是用户們關心的話題。”王書貴説。

“對於用户來説，如果相應的軟件不能跟上的話，強調核的數量，其實意義不大,”《計算機世界》評測實驗室主任李獻説，“目前大多數的桌面的應用是單線程的，所以核的數量意義不大。有的時候，還可能出現許多應用運行在雙核甚至四核的系統上的速度還不如運行在單內核系統上。”所以，由此看來，“核數量”的意義，在現階段，對芯片廠商的意義多過對用户的意義。