ＦＥＡＴｕＲＥ ｌ专题特写 随着应用需求变得越来越复杂，对处理器 处理器与多线程处理器的主要区别在于：多核 计算能力的要求也大大提高，作为提升处理器 的硬件资源是而且不可以共享的，而多线 计算能力的一种重要技术，多核架构在处理器 程处理器在同一核内的线程之间可以进行资源 中应用得越来越普遍，从台式机到平板电脑、 的共享。”梅思行说道， “其实多线程技术在 智能手机等便携设备，到处都可以看到多核处 ＧＰＵ上用得是非常多的，它的好处在于一是资 理器的身影。如今双核处理器已成为市场主 源共享，二是延迟屏蔽。”正是因为有这两个 流，而四核、八核甚至更多核产品的开发也正 突出的优点，多线程处理器在执行效率上有很 在进行中，一方面国内外主流的半导体公司都 大的优势。 争先恐后地推出自己的多核处理器产品，另一 方面处理器也在往核数越来越多的方向发展。 ＭＩＰＳ中国区市场总监费浙平也认为多线 程技术效率更高，另外多线程处理器也比多核 加一个核，功耗除了会相 “多核与多线程技 术都是利用应用的 平行性，但在绝大 部分的应用处理上 多核处理器则更有 效率。” ＡＲＭ公司 在多核技术被炒得火热的背后，同为提 更节省功耗。他指出，对于多核处理器每多增 升处理器计算能力方法的 多线程技术却似乎不被人 关注。实际上在现实中， 多线程处理器的应用早于 多核，早在十年前，英特 尔就推出了超线程（即双线 应增加一倍外，再加上额 外的开销，总功耗就会有２ 倍以上的增加，但性能却 没有成倍的增加，所以也 可以说多核处理器是以功 耗的增加来换取性能的提 升。而多线程处理器因为 程）技术，通过利用特殊的 硬件指令，把两个逻辑内 中国区总经理 吴雄昂 核模拟成两个物理芯片，让单个处理器都能使 在硬件面积上相比单线程处理器并不是成倍的 用线程级并行计算，进而兼容多线程操作系统 增加，所以功耗也不是成倍增加。 和软件，减少ＣＰＵ的闲置时间和提高ＣＰＵ的运 上也出现了多种先进的多线程架构处理器。 不过ＡＲＭ中国区总经理吴雄昂却不认同 程技术都是利用应用的平行性，但在绝大部分 行效率。随着芯片设计技术的进步，目前市场 多核处理器效率低的观点，他认为多核与多线 那么这两种技术有什么不同，对于下游系 的应用处理上多核处理器更有效率，因此才得 统厂商来说应该如何选择？未来哪一种技术会 到主流操作系统与软件的支持。而多线程技术 成为主导，以及会有怎样的发展趋势呢？ 技术与性能比较 只有在一些特定的实时数据处理任务上比较有 效率，如大量的平行包处理，但这类应用也需 要多核。他举例道： “多核就好比是两辆车， 既然同为提升处理器性能的技术手段，它 任务好比是人，一人一车去不同的地方；多线 们之间又有什么差异？简单地说，多核处理器 程好比是拼车，因为要去较远的不同地方，效 是集成了多个处理器核心，其可同时执行的任 率反而不好。”因此他认为多线程在手机、ＰＣ 务数是单核处理器的数倍，从而提高处理器的 等应用上没有优势，甚至很多高端应用上多线 并行性能，而多线程处理器是在单核中加入并 程其他开销反而会降低了性能。 行执行架构以发挥核的最大效能来提高处理性 尽管两种技术看上去截然不同，但芯原 能。从芯片设计的角度来看，多线程处理器在 微电子中国业务和技术支持高级总监汪洋却认 设计时需要对内核的微架构进行调整，开发难 为，实际上多核技术也是一种多线程技术，只 度比多核处理器要闲难，因为多核只是需要处 是在空间上静态划分了主要的硬件处理资源。 理核与核之间的关联，而多线程需要对核的内 多线程技术是在开发指令级并行性的基础上进 部架构进行调整。 一步开发线程级并行性，最大限度地利用处理 深圳中微电科技有限公司首席技术官梅 器内部执行资源并具有最大的灵活性，但单核 思行从资源共享方面指出两者的差别， “多核 多线程处理器设计实现难度也最大。相对多线 集成电路应用ｌ １９ 专题特写ｌ ＦＥＡＴＵ ＲＥ 于功耗、成本和伸 现多线程、多任务调度，通过创立多线程、并 缩性。”梅思行说 行调试和各个线程或内核间性能调度优化等方 道，这里的伸缩性指 式，更好地控制和安排处理器资源并提高程序 的是核的可扩展性。 效率。所以，并行编程和调试对软件厂商的挑 虽然单核多线程￣ｌｌｘ？ 战是存在的。尽可能地充分利用那些多线程编 单核单线程来说开发 程的开发工具，可在一定程度上帮助开发人员 难度大，但是从整体 设计出高效并可靠的多线程处理程序。 来看，多线程处理器 梅思行也表示： “我们的硬件设计已经完 的核扩展能力要优于 多核处理器。“例如 拿我们的单核四线 程ＭＶＰ与一个四核 处理器来比较，我们 的单核里面就包含了 四个线程，对操作系 统来说相当于ＳＭＰ的四核；而对于四核处理器 需要处理四个核之间的关系，复杂度会大大提 高。”他说道。 对系统开发人员来说开发难度一致 由于多线程处理器在硬件架构上复杂度 大于多核处理器，那么对于整机系统开发厂商 来说，是不是基于多线程处理器的开发难度会 大于多核呢？其实不然。费浙平指出，对系统 开发人员来说，基于两种不同技术的开发难度 都是一样的，他们都不需要关心底层处理器是 多核还是多线程的，只要操作系统支持并行处 理，那么在该操作系统上进行的开发并没有什 么差别，唯一不同的地方可能就只是总线接口 的不同而已。 “其实也正是因为操作系统或软 件大型化、复杂化以及对并行处理的支持，多 核、多线程等技术才有了用武之地。就像在消 费电子领域，Ａｎｄｒｏｉｄ ４．０的出现为推动多核技 术发展起了非常大的作用。”他说道。 不过，在要求操作系统支持并行处理的同 时，整体系统的软硬件开发人员也需要适应这 种多线程处理器或多核处理器的开发要求。对 于板级硬件工程师来说，以前单核处理器通过 加大主频来提高性能，随之而来的是功耗和散 热的问题，而采用并行计算技术所带来的散热 问题将减轻，硬件设计难度会降低。但是对于 软件工程师来说，需要学习新的编程模式以实 ２２ Ｉ集成电路应用 全做到让操作系统把多线程看成是ＳＭＰ多核， 只需要操作系统有处理多核的机制就同样能处 理多线程。对系统开发人员来说，根本就不用 关心处理器到底是多核还是多线程。至于选择 哪种技术更为合适，如果是对成本和功耗比较 敏感的话，多线程处理器则是最优的选择。” 至于系统开发人员是该选择多核还是多线 程处理器，费浙平认为，主要看其关注的点， 如果着重在主频和绝对性能的提高，则多核优 于多线程，如果着重在效率和功耗方面，则多 线程优于多核。 多核＋多线程：满足未来发展需求 由于多核与多线程处理器都是采用并行技 算技术，在数据并发量大以及数据实时处理的 应用上如云计算、服务器系统、高速率无线互 联网应用等都是非常有效的。特别在服务器系 统中，一般也都是多核与多线程结合使用。 而在消费电子领域，由于ＡＲＭ的推动， 多核处理器已经深入人心，而多线程技术却似 乎还没有用武之地。对于智能手机等消费类电 子产品来说，因为目前其并行计算量并不大， 双核或者说四核处理器已经完全够用，那么 是不是就没有必要去发展多线程技术？因为毕 竟多线程技术只有在网络服务器等并发量相当 大的设备中才会用得到。不过随着移动设备中 ３Ｄ地图、３Ｄ视频等多媒体应用越来越普遍， 对ＣＰＵ和ＧＰＵ的计算能力提出非常大的要求。 如果只是单纯通过提高ＣＰＵ核数或ＧＰＵ线程数 来提高性能的话，这样编程的复杂度将会非常 高，功耗也会很大。梅思行表示，利用多核加 多线程技术便能很好地解决这个问题。 “我们 的ＭＶＰ多线程处理器是通过充分利用多核ＣＰＵ （下接２８页） 精英访谈 基＜ ｌ 爱 ｓ 陀螺仪、加速度计、红外传感器ＭＥＭＳ开发正 在进行中。 中国目前已经是全球最大最活跃的ＩＣ市 场，但目前国内的自给率不足２０％。中国新兴 《集成电路应用》：晶圆代工厂对市场景气变 应用市场的需求层出不穷且丰富多样，中国晶 化最为敏锐，２０１２年上半年你们的产能利用率 圆代工企业完全可以立足于满足本土市场的需 如何？您预测下半年市场上哪些器件需求可能 求，先从中国特色、中国需求、中国标准、中 会出现供应紧张？ 国设计和中国制造入手，把握国家发展的脉 国家集成电路十二五规划指出，国家将鼓 进工艺；二是支持特色工艺的发展。华润上华 余楚荣：２０１２年在智能手机、平板电脑等热门 搏，这将使企业拥有持续的成长动力。 终端市场的带动下，晶圆代工厂目前的产能利 代表的模拟工艺及功率器件已近满产。 用率普遍处于高水位，华润上华以ＢＣＤ工艺为 励支持晶圆代工业向两方面发展。一是壮大先 据Ｄａｔａｂｅａｎｓ最新报告预测，由于消费者对 的发展策略符合国家鼓励的第二点，是一家以 手机与便携式电子产品的高度需求，通讯和消 模拟代工为特色的国内著名晶圆代工企业，通 费类电子应用领域相关的电源管理、ＩＧＢＴ、 ＭＯＳＦＥＴ等器件将会出现供应紧张的状况。 巨大，仅靠企业的自我积累无法实现有效发展与 过十余年的积累，已形成六大特色模拟代工平 台，致力于创新发展，始终提供适合中国市场 此外，企业还需要提供特色服务并关注知 《集成电路应用》：由于半导体工厂和研发投资 需求的高性价比的工艺解决方案。 扩张，中国代工业发展近几年明显放缓，预计未 识产权保护，以此赢取客户的青睐。华润上华 来五年内在全球纯晶圆代工市场的份额将会大幅 在多年运作的过程中不断丰富服务模式，提供 下降。您认为中国代工企业的出路在哪里？ 客制化、虚拟ＩＤＭ服务为客户为产品增值，同 余楚荣：要在晶圆代工产业中扎根，除了资 时也非常关注ＩＰ保护，让客户感觉他们的设计 金、技术之外，最重要的还有一个要素就是市 与ＩＰ技术能够得到安全的保障，由此与客户赢 场与客户。 得市场。■ （上接２２页） 成本，核数也不能无增加。 “多核与多线程技术不是完全对立的，而 和通用ＧＰＵ这两大处理器技术的相似点而研发 “多 出来的，与之前一些多线程处理器最大的不同 是某种程度上相辅相成的。”汪洋说道，是ＭＶＰ的多线程可动态地用于ＣＰＵ和ＧＰＵ， 核技术也可在其集成的单核处理器上采用多线 而其他多线程只能是为ＣＰＵ使用。”梅思行说 程技术来提高单核资源利用率，从而弥补多核 道， “其实多线程技术非常适合在对ＣＰＵ和 架构资源利用率低的缺点。”据透露，芯原也 ＧＰＵ都有高要求的场合使用，而未来移动终 在规划多线程处理器的开发，除了开发针对高 端、云终端中对计算能力要求越来越高的应 性能、多需求的应用场景的多核解决方案，为 用，必将推动着多核多线程处理器的发展。” 提高基本单核的处理能力，芯原也将在核中加 其实无论在网络或服务器领域还是在消费 入多线程技术。“在消费电子领域，除多核技术外，多线 产品领域，对性能提升的要求是无止境的。而 要满足这种快速增长的需求是远非单单靠增加 程技术也是非常有必要的。因为多线程处理器 处理器核数所能及的。首先，多核处理器中核 在功耗和效率方面优于多核处理器。我们知道 数并不是越多越好，过多的内核将会引入更多 功耗的减少对便携消费电子产品来说是非常重 的延迟，并降低整体时钟频率，而过度复杂的 要的。”费浙平说道，“从性能、成本、功耗 核间通信机制和总线传输管理也会影响多核系 等各方面综合考虑，我觉得未来发展应该是两 统性能。尤其在内核超过一定数量后，软件可 者同时共存和结合使用，即多核多线程将会是 编程性问题也将更为突出；再者考虑到功耗及 未来处理器发展的最佳方式。”■ ２８ ｌ集成电路应用
