多線程技術

CPU生產商為了提高CPU的性能，通常做法是提高CPU的時鐘頻率和增加緩存容量。不過CPU的頻率越來越快，如果再通過提升CPU頻率和增加緩存的方法來提高性能，往往會受到製造工藝上的限制以及成本過高的制約。

儘管提高CPU的時鐘頻率和增加緩存容量後的確可以改善性能，但這樣的CPU性能提高在技術上存在較大的難度。實際上在應用中基於很多原因，CPU的執行單元都沒有被充分使用。如果CPU不能正常讀取數據（總線/內存的瓶頸），其執行單元利用率會明顯下降。另外就是大多數執行線程缺乏ILP（Instruction-Level Parallelism，指令級並行）支持。這些都造成了CPU的性能沒有得到全部的發揮。因此，Intel則採用另一個思路去提高CPU的性能，讓CPU可以同時執行多重線程，就能夠讓CPU發揮更大效率，即所謂“超線程（Hyper-Threading，簡稱“HT”）”技術。超線程技術就是利用特殊的硬件指令，把兩個邏輯內核模擬成兩個物理芯片，讓單個處理器都能使用線程級並行計算，進而兼容多線程操作系統和軟件，減少了CPU的閒置時間，提高的CPU的運行效率。

超線程技術是在一顆CPU同時執行多個程序而共同分享一顆CPU內的資源，理論上要像兩顆CPU一樣在同一時間執行兩個線程，P4處理器需要多加入一個Logical CPU Pointer（邏輯處理單元）。因此新一代的P4 HT的die的面積比以往的P4增大了5%。而其餘部分如ALU（整數運算單元）、FPU（浮點運算單元）、L2 Cache（二級緩存）則保持不變，這些部分是被分享的。

雖然採用超線程技術能同時執行兩個線程，但它並不象兩個真正的CPU那樣，每各CPU都具有獨立的資源。當兩個線程都同時需要某一個資源時，其中一個要暫時停止，並讓出資源，直到這些資源閒置後才能繼續。因此超線程的性能並不等於兩顆CPU的性能。

英特爾P4 超線程有兩個運行模式，Single Task Mode（單任務模式）及Multi Task Mode（多任務模式），當程序不支持Multi-Processing（多處理器作業）時，系統會停止其中一個邏輯CPU的運行，把資源集中於單個邏輯CPU中，讓單線程程序不會因其中一個邏輯CPU閒置而減低性能，但由於被停止運行的邏輯CPU還是會等待工作，佔用一定的資源，因此Hyper-Threading CPU運行Single Task Mode程序模式時，有可能達不到不帶超線程功能的CPU性能，但性能差距不會太大。也就是説，當運行單線程運用軟件時，超線程技術甚至會降低系統性能，尤其在多線程操作系統運行單線程軟件時容易出現此問題。

需要注意的是，含有超線程技術的CPU需要芯片組、軟件支持，才能比較理想的發揮該項技術的優勢。支持超線程技術的芯片組包括如：英特爾i845GE、PE及矽統iSR658 RDRAM、SiS645DX、SiS651可直接支持超線程；英特爾i845E、i850E通過升級BIOS後可支持；威盛P4X400、P4X400A可支持，但未獲得正式授權。操作系統如：Microsoft Windows XP、Microsoft Windows 2003，Linux kernel 2.4.x以後的版本也支持超線程技術。