如何解决提升CPU性能的障碍(1)

　　前言：

　　“你所看到的是从我们生产线上下来的具有4GHz频率芯片的一次公众亮相，我们相信我们可以把Netburst技术带到10GHz的水平。”

　　“系统架构上的改进是很重要，但是英特尔还是愿意继续在原始速度(RAW SPEED)上努力争取得更高。Otellini(英特尔总裁兼COO)为我们展示了一款具有更高频率的CPU—运行在4.7GHz上的Pentium 4处理器。”

　　第一个宣言是在2002年春季IDF上发表的，而第二个则是在2002年秋季的IDF之后发布的。到了近2004年的时候，我们在Prescott发布时听到的却是，“2005年到2010年间将会是一个线程级并行处理和多核心CPU技术的时代。”那么先前所说的“10GHz”的CPU到底出了什么问题？

2005年到2010年：线程级并行处理(TLP)和多核心CPU技术的时代

　　到了发布新的6xx Prescott的时候，英特尔甚至声明它将不再仅仅着眼于CPU的频率。这听起来令人感觉英特尔对提高CPU的频率已经失去了兴趣，更不要说什么10GHz的CPU了。

　　强大的宣传已经开始了：双核心CPU可以带来更平滑的处理体验，而处理能力也会很容易从5个gigaflops提升到50个gigaflops，如此等等。而几十年来一直在研究的如何提高指令级并行处理(ILP)和CPU的时钟频率，现在也似乎变得不再重要。

　　与此同时，还有传言说“Netburst已经结束，Tejas也被取消，而AMD下一代K9芯片计划也暂告一段落”。提高CPU时钟速度和IPC(每时钟周期执行的指令数)已经不再时髦，相反它们还得为所有的CPU世界中出现的负面影响负责，比如激剧增长的电子渗露现象，反而降低了的整体性能，以及为制造这些高时钟频率的芯片而建造的昂贵的设施等。看来在你的系统里安一颗Prescott或者AMD的Athlon64的CPU已经过时。如果你想与时俱进，追赶时髦那么你应该去买一片在印度制造的4核心的P-m(Whitefield)。

本文的意图

　　当然这里我是有点夸张了。我的一位好朋友，Chirs Rijk曾经这样说：“公共部门不会有什么中间观点。他们要么是把某事说的天花乱坠，要么就是把它批得一文不名。”这篇文章的主要意图是想搞明白眼下这时刻正在发生什么。我们将谨慎的思考未来的CPU应该有什么样的架构。是不是传统的提高IPC和时钟速度真的注定要消亡？而多核技术是否就能够克服相对于单核CPU来说很难克服的所有难题？是不是多核CPU对所有的市场都是种很好的解决方案？多核CPU是否有能力为桌面和工作站市场带来一丝不同？

　　在本文中，我们将探讨一下现在的CPU的架构所面临的种种问题，目的是想弄清楚由英特尔或者其它制造商提供的解决方案是否是一个长期有效的，能够真正解决这些问题的方案。我们将用英特尔的Prescott核心的CPU作为研究对象。

　　尽管英特尔在CPU市场上是无可争议的领导者，但是这并不意味着它的每一次提议都是正确的。比如我们大家都还记得当MMX出现的时候，大家都认为它将使得个人电脑从此成“多媒体怪物”。然而以后的事实却证明了那些批评者是对的。比之纯粹的市场手段来诱使用户升级，MMX好不了多少。

　　第一个实现超线程的英特尔Foster Xeon中的超线程功能在OEM那里默认是被关掉的。而拥有超过30级流水线的CPU似乎更象个坏点子，更谈不上印象可言了。

　　换言之，不是所有的宣传和吹嘘都可以为用户带来实惠的。上百万的用户依然期待着因特网上的内容愈加丰富—可以说这个网络的存在是由许多基于Netburst架构的电脑支撑着的。

提升CPU性能的障碍

　　在过去的几十年中，CPU的性能以一个令人称奇的速度提升。根据两位计算机界的传奇人物，John L Hennessy和David A. Patterson的说法，在这当中每年里性能的提升可以达到58％之多。