处理器史话 | 多核异构新方向,ARM与Intel在手持设备市场的“厮杀”
3. 集成图像处理器成新方向--多核异构
根据Amdahl定律 ,由于受到必须逐次执行软件的限制,即使通过增加同种CPU内核数量,多核微处理器并不能相应地提高数据处理量。
例如,按照Amdahl定律,如果将微处理器数目增加16倍,假设软件中必须依次执行的比例占20%时,处理量最多只能提高至4倍。这还是简化了计算所得到的结果,并没有考虑为确保缓存一致性而保持的同步动作,以及多个内核集中访问主存时所需的等待时间等因素。因而处理量不一定能提高4倍,特别是服务器经常同时面对多个处理要求,如果各个处理所涉及的数据相互独立,其逐次执行的部分会很少。
正是在这种情况下,多核异构处理器异军突起。此外,动态和静态图像分析以及信号处理等新的应用,推动了多核异构处理器的发展。这方面的典型就是AMD公司。
各厂商的方案及历程如下表所示:
厂商 | 方案 | 特点及应用 |
AMD | 率先提出 Fusion方案。 将多个同类型的CPU内核和图像处理器GPU或其他各种内核集成于一块芯片中,形成多核异构结构,由此大幅度提高了多核处理器的图像处理功能和其他功能。 | Fusion方案要求,由第三方提供的各种加速器电路必须支持AMD公司的HyperTransport标准,这样就能实现多核结构之间的存储器共享。 多核异构处理器除了GPU还可同时集成信号处理等其他专用系统的内核。 |
NVIDIA | GPU的理念的实质就是将图像处理器用于通用计算。 利用图像处理器GPU(General Purpose Computing on GPU)擅长浮点运算的特点,将其用于并行处理,即把它作为矢量处理器。 | NVIDIA是这方面的先驱。 这种集成了图像处理器的异构多核微处理器已成为通用多核处理器的一个新的发展方向。 |
日本 | 日立和瑞萨发出用于MPEG2图像处理的8核处理器,其功耗比同等的单核处理器降低73%。 富士通和NEC也开发出了可降低某核工作电压或将其关断的多核处理器。 | 上述各公司还配合通用API,开发出适于自己产品的专用编译程序。 经早稻田大学(笠原教授率领日立、瑞萨、富士通、东芝和松下等公司科研人员)研究,采用家电专用多核微处理器进行视频压缩,双核处理能力为单核的1.9倍,4核为单核的3.6倍,8核为单核的6.0倍。 |
小结一下:
芯片上配备更多内核后,总线很可能成为提高系统性能的瓶颈,因此连接多个内核的接口自然地成为关注点。AMD的HyperTransport 3.0和Intel的Quick Path技术都是用于解决这一问题的。可以说,总线已成为提高多核处理器计算性能的关键。
4. 插曲:ARM与Intel在手持设备市场的"厮杀"
曾几何时,微软在上网本市场占有明显优势,占据了80%~90%的份额,这个数字的背后是微软的家用基础版XP加上Intel的低功耗Atom处理器。
2008年,Atom处理器以超低电压芯片的形态正式亮相,被应用于三星推出的7英寸迷你PC产品Q1。从那个时候开始,Atom处理器进入了飞速发展的阶段,到了第二年,在各式各样的上网本中,均可以看到它的身影。但是,到了2012年,上网本已经无法满足消费者的使用需求,这类产品也因此被市场淘汰掉。尽管如此,Atom处理器仍然存活了下来,并且其载体开始转向了低端笔记本、平板以及智能手机等设备。
但是,当Linux加ARM的微处理器架构出现的时候,局面出现了逆转。ARM处理器以功耗低、电池使用周期长以及成本低而受到广泛赞誉。正是基于这个原因,ARM与Qualcomm、NVIDIA、TI 甚至Apple合作,使其CPU打入新兴的上网本市场。而Intel显然不满足于当时它的Atom在上网本市场取得的成绩,于是设法抢占属于ARM的手持设备以及移动互联网设备市场。
但事实却是不容乐观的,2015年,业界这样评价Atom:
"Atom处理器这一路走来,跟成功这两个字似乎一点关系都没有,因为它没能让搭载它的产品成为市场的主流,其性能是最重要的因素,没有之一。"
在惨痛的事实面前, Intel重整旗鼓,于2016年11月,推出新一代Intel Atom处理器,从头开始研发的全新Intel Atom处理器E3900系列,支援快速发展且日趋复杂的物联网事业。E3900系列针对网路边界的应用,提供卓越效能以及独特的功能组合,包括工业、汽车、视讯、製造、零售等市场。
全新的Intel Atom处理器E3900系列实物图
- 中国正探寻如何快速进驻HPC芯片领域(03-23)
- 一季度AMD全球处理器市场份额遭英特尔蚕食(07-01)
- 显卡市场份额之争 AMD逐渐让位NVIDIA(08-04)
- AMD 2016-2017 x86处理器路线图曝光(05-08)
- AMD结合显示与传统芯片力拚数据中心市场(05-18)
- 通过创新架构和电源技术提升处理器能效(08-05)