6、计算机性能问题解析

计算机性能问题解析

1. 多核、MIC 与 GPGPU 技术

随着晶体管数量呈指数级增长，而时钟速度为了控制功耗趋于平稳，为了继续提升性能，设计人员开始采用多核计算机芯片这一全新方法。

1.1 多核技术

多核技术是指在同一芯片上放置多个处理器，并配备大的共享缓存。这种方式无需提高时钟频率就能提升性能。研究表明，在处理器内部，性能提升大致与复杂度提升的平方根成正比。若软件能有效利用多个处理器，那么处理器数量翻倍，性能也近乎翻倍。因此，采用两个较简单的处理器比一个复杂处理器更为明智。

同时，使用两个处理器时，配置更大的缓存是合理的，因为芯片上内存逻辑的功耗远低于处理逻辑。随着芯片逻辑密度的增加，单芯片上的核心数量和缓存容量都在不断增加，从双核芯片迅速发展到四核、八核、十六核等。如今，二级缓存通常也为每个核心私有。

1.2 MIC 技术

芯片制造商正致力于大幅增加单芯片上的核心数量，当单芯片核心数超过 50 个时，性能的飞跃以及开发利用如此多核心的软件所面临的挑战催生了“多集成核心（MIC）”这一概念。

1.3 GPGPU 技术

除了多核和 MIC 策略，芯片制造商还在探索另一种设计方案，即芯片上集成多个通用处理器、图形处理单元（GPU）以及用于视频处理和其他任务的专用核心。GPU 最初用于处理图形数据的并行操作，传统上安装在独立显卡上，用于 2D 和 3D 图形的编码、渲染以及视频处理。由于 GPU 能对多组数据进行并行操作，它正越来越多地被用作向量处理器，用于各种需要重复计算的应用场景。当这种处理器能支持广泛的应用时，就被称为通用图形处理器计算（GPGPU）。