多核處理器的優(yōu)點和缺點

多核處理器的優(yōu)點和缺點從應(yīng)用需求上去看，越來越多的用戶在使用過程中都會涉及到多任務(wù)應(yīng)用環(huán)境，日常應(yīng)用中用到的非常典型的有兩種應(yīng)用模式。一種應(yīng)用模式是一個程序采用了線程級并行編程，那么這個程序在運行時可以把并行的線程同時交付給兩個核心分別處理，因而程序運行速度得到極大提高。這類程序有的是為多路工作站或服務(wù)器設(shè)計的專業(yè)程序，例如專業(yè)圖像處理程序、非線視頻編緝程序、動畫制作程序或科學(xué)計算程序等。對于這類程序，兩個物理核心和兩顆處理器基本上是等價的，所以，這些程序往往可以不作任何改動就直接運行在雙核電腦上。還有一些更常見的日常應(yīng)用程序，例如Office、IE等，同樣也是采用線程級并行編程，可以在運行時同時調(diào)用多個線程協(xié)同工作，所以在雙核處理器上的運行速度也會得到較大提升。例如，打開IE瀏覽器上網(wǎng)。看似簡單的一個操作，實際上瀏覽器進程會調(diào)用代碼解析、Flash播放、多媒體播放、Java、腳本解析等一系列線程，這些線程可以并行地被雙核處理器處理，因而運行速度大大加快（實際上IE瀏覽器的運行還涉及到許多進程級的交互通信，這里不再詳述）。由此可見，對于已經(jīng)采用并行編程的軟件，不管是專業(yè)軟件，還是日常應(yīng)用軟件，在多核處理器上的運行速度都會大大提高。日常應(yīng)用中的另一種模式是同時運行多個程序。許多程序沒有采用并行編程，例如一些文件壓縮軟件、部分游戲軟件等等。對于這些單線程的程序，單獨運行在多核處理器上與單獨運行在同樣參數(shù)的單核處理器上沒有明顯的差別。但是，由于日常使用的最最基本的程序——操作系統(tǒng)——是支持并行處理的，所以，當(dāng)在多核處理器上同時運行多個單線程程序的時候，操作系統(tǒng)會把多個程序的指令分別發(fā)送給多個核心，從而使得同時完成多個程序的速度大大加快。另外，雖然單一的單線程程序無法體現(xiàn)出多核處理器的優(yōu)勢，但是多核處理器依然為程序設(shè)計者提供了一個很好的平臺，使得他們可以通過對原有的單線程序進行并行設(shè)計優(yōu)化，以實現(xiàn)更好的程序運行效果。上面介紹了多核心處理器在軟件上面的應(yīng)用，但游戲其實也是軟件的一種，作為一種特殊的軟件，對PC發(fā)展作出了較大的貢獻。一些多線程游戲已經(jīng)能夠發(fā)揮出多核處理器的優(yōu)勢，對于單線程游戲，相信游戲廠商也將會改變編程策略，例如，一些游戲廠商正在對原來的一些單線程游戲進行優(yōu)化，采用并行編程使得游戲運行得更快。有的游戲可以使用一個線程實現(xiàn)人物動畫，而使用另一個線程來載入地圖信息?；蛘呤褂靡粋€線程來實現(xiàn)圖像渲染中的矩陣運算，而使用另一個來實現(xiàn)更高的人工智能運算。如今，大量的支持多核心的游戲涌現(xiàn)出來，從而使得多核處理器的優(yōu)勢能得到進一步的發(fā)揮。但布賴恩特直言不諱地指出，要想讓多核完全發(fā)揮效力，需要硬件業(yè)和軟件業(yè)更多革命性的更新。其中，可編程性是多核處理器面臨的最大問題。一旦核心多過八個，就需要執(zhí)行程序能夠并行處理。盡管在并行計算上，人類已經(jīng)探索了超過40年，但編寫、調(diào)試、優(yōu)化并行處理程序的能力還非常弱。易觀國際分析師李也認(rèn)為，“出于技術(shù)的挑戰(zhàn)，雙核甚至多核處理器被強加給了產(chǎn)業(yè)，而產(chǎn)業(yè)卻并沒有事先做好準(zhǔn)備”?；蛟S正是出于對這種失衡的擔(dān)心，中國國家智能計算機中心主任孫凝輝告訴《財經(jīng)》記者，“十年以后，多核這條道路可能就到頭了”。在他看來，一味增加并行的處理單元是行不通的。并行計算機的發(fā)展歷史表明，并行粒度超過100以后，程序就很難寫，能做到128個以上的應(yīng)用程序很少。CPU到了100個核以上后，現(xiàn)在并行計算機系統(tǒng)遇到的問題，在CPU一樣會存在?！叭绻鉀Q不了主流應(yīng)用并行化的問題，主流CPU發(fā)展到100個核就到頭了?，F(xiàn)在還不知道什么樣的革命性的進展能解決這些問題?！睂O補充說。實際上，市場研究公司In-Stat分析師吉姆克雷格(JimMcGregor)就承認(rèn)，雖然英特爾已向外界展示了80核處理器原型，但尷尬的是，目前還沒有能夠利用這一處理器的操作系統(tǒng)。中科院軟件所并行計算實驗室副主任張云泉也持類似的觀點。他對《財經(jīng)》記者表示，這個問題實際一直就存在，但原來在超級計算機上才會遇到，所以，討論也多局限在學(xué)術(shù)界。而現(xiàn)在，所有用戶都要面對這樣的問題。目前，多核心技術(shù)在應(yīng)用上的優(yōu)勢有兩個方面：為用戶帶來更強大的計算性能；更重要的，則是可滿足用戶同時進行多任務(wù)處理和多任務(wù)計算環(huán)境的要求。兩大巨頭都給消費者描繪出了使用多核處理器在執(zhí)行多項任務(wù)時的美妙前景：同時可以檢查郵件、刻錄CD、修改照片、剪輯視頻，并且同時可以運行殺毒軟件。或者利用同一臺電腦，父親在查看財務(wù)報表，女兒在打游戲，母親在給遠(yuǎn)方的朋友打網(wǎng)絡(luò)電話。但并不是所有家庭只有一臺電腦，也不是所有用戶都要用電腦一下子做那么多事，更何況目前的大部分應(yīng)用程序還并不能自動分割成多任務(wù)，分別交給多個核心去執(zhí)行。所以，對于大多數(shù)用戶來說，多核所帶來的實際益處，很可能并不明顯。而多核所帶來的挑戰(zhàn)，或者說麻煩，卻是實實在在的。美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計算機系教授朗道布賴恩特(RandalEBryant)在接受《財經(jīng)》記者采訪時就坦稱，“這給軟件業(yè)制造了巨大的問題”。多核處理器的應(yīng)用情況并行計算技術(shù)是云計算的核心技術(shù)，也是最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)之一。多核處理器的出現(xiàn)增加了并行的層次性能使得并行程序的開發(fā)比以往更難。而當(dāng)前業(yè)內(nèi)并無有效的并行計算解決方案，無論是編程模型、開發(fā)語言還是開發(fā)工具，距離開發(fā)者的期望都有很大的差距。自動的并行化解決方案在過去的30年間已經(jīng)被證明基本是死胡同，但傳統(tǒng)的手工式的并行程序開發(fā)方式又難以為普通的程序員所掌握。Intel、微軟、SUN、Cray等業(yè)內(nèi)巨頭正投入大量人力物力進行相關(guān)的研究，但真正成熟的產(chǎn)品在短期內(nèi)很難出現(xiàn)?？蓴U展性是云計算時代并行計算的主要考量點之一，應(yīng)用性能必須能隨著用戶的請求、系統(tǒng)規(guī)模的增大有效的擴展。當(dāng)前目前大部分并行應(yīng)用在超過一千個的處理器(核)上都難以獲得有效的加速性能，未來的許多并行應(yīng)用必須能有效擴展到成千上萬個處理器上。這對開發(fā)者是巨大的挑戰(zhàn)。從Power、UltraSPARCT1、安騰到雙核Opteron、至強Xeon，各個領(lǐng)域都顯示出，多核處理器計算平臺勢必成為服務(wù)器的主流或者說是強勢計算平臺，但這只是上游硬件廠商的樂觀預(yù)計。并不是所有的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件都做好了迎接多核平臺的準(zhǔn)備，尤其是在數(shù)十年來均為單一線程開發(fā)應(yīng)用的x86服務(wù)器領(lǐng)域。微軟軟件架構(gòu)師HerbSutter曾指出:軟件開發(fā)者對多核處理器時代的來臨準(zhǔn)備不足。他說，軟件開