4、高性能计算硬件技术：多核CPU、GPU与存储网络发展

高性能计算硬件技术：多核CPU、GPU与存储网络发展

1. 多核CPU与多线程技术

1.1 CPU处理器的发展

在过去30年里，组件和网络技术的发展对高性能计算（HPC）和高吞吐量计算（HTC）系统至关重要。如今，先进的CPU或微处理器芯片采用多核架构，有双核、四核、六核甚至更多核心。这些处理器在指令级并行（ILP）和线程级并行（TLP）层面挖掘并行性。

从处理器速度来看，以每秒百万条指令（MIPS）衡量，在图中可以看到不同代微处理器或多核处理器（CMP）的速度增长。例如，1978年的VAX 780处理器速度为1 MIPS，到2002年英特尔奔腾4达到1800 MIPS，2008年的Sun Niagara 2峰值达到22000 MIPS，这表明摩尔定律在这种情况下相当准确。同时，处理器的时钟频率也从英特尔286的10 MHz增加到2002年奔腾4的4 GHz。

然而，基于CMOS的芯片由于功耗限制，时钟频率达到了极限。目前很少有CPU芯片的时钟频率超过5 GHz，因为高频或高电压会产生过多热量。现代CPU高度挖掘ILP，相关机制包括多发射超标量架构、动态分支预测和推测执行等，这些技术需要硬件和编译器的支持。此外，图形处理单元（GPU）采用拥有数百到数千个简单核心的多核架构，高度探索了数据级并行（DLP）和TLP。

年份	处理器	速度（MIPS）
1978	VAX 780	1 <