计算机,多核要领.ppt

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第一章 多核概述 使用多核了吗? 摩尔定律——芯片的晶体管数量每一年半左右增长一倍。 处理器性能不断提高主要基于两个原因: 半导体工艺的逐渐进步 ; 处理器体系结构的不断发展 。 处理器性能提高的途径: 工艺和电路技术的发展使得处理器性能提高; 体系结构的发展使得处理器性能提高; 编译技术的发展使得处理器性能提高。 第一章 多核概述 多核的认识 多核即在一个单芯片上面集成两个甚至更多个处理器内核,其中每个内核都有自己的逻辑单元、控制单元、中断控制器、运算单元,一级cache、二级cache共享或独有,其部件的完整性和单核处理器内核相比完全一致。 双核”的概念最早是由IBM、HP、Sun等支持RISC架构的高端服务器厂商提出的,主要运用于服务器上。 多核程序设计开发工作由“先进”到“常规普及” 目前市场上的服务器、工作站、PC台式机、笔记本中的CPU都是多核(双、四),intel实验室80核; CPU主频很难提高,主要通过多核来提高计算机性能,如果我们不能很好的利用多核,那么就很难提高我们程序的性能; 为什么不能提高主频: CPU的功耗增加; 节能绿色环保的理念。 第一章 多核概述 80核处理器: 2007-02-11 核心面积275平方毫米 主频3.16GHz 电压0.95V 数据带宽1.62Tb/s 浮点运算能力1.01TFlops 相当于1万颗10年前的Pentium Pro 功耗不过62W 比core 2 duo还低 是四核心Xeon X5355 2.66GHz的大约一半 第一章 多核概述 本课程主要讲解: 多核体系结构的基础知识; 并行程序基本概念以及调试和优化技术; 多线程程序设计基础知识; 多线程编程及调试; OpenMP多线程编程以及性能优化; 一些常见的并行程序设计问题的解决; MPI编程及性能优化; Intel多核软件工具的介绍。 第一章 多核概述 单核与多核? 多核不是计算机速度更快了,而是它更能干了; 单核内的多线程技术是串行的,即并发的,多个线程交替执行,在同一时刻只能有一个线程执行;多核内的多线程是并行的,即并行性,多个线程同时执行,同一时刻可以有多个线程执行; 并行(parallel):活动线程在不同的硬件资源或者处理单元上同时执行,多个线程在任何时间点都同时执行; 并发(concurrent):线程在同一个硬件资源上交替执行的过程,所有活动线程在某段时间内同时执行的状态,但是在某个给定的时刻都只有一个线程在执行 。 第一章 多核概述 单核平台的多线程和多核平台的多线程有什么不同? 单核平台上的多线程为了竞争CPU资源需要挂起,多核平台就不需要这样了,多核提供了一种优化应用程序的渠道,那就是通过仔细分配加载到各线程上的工作负载就能够得到性能上的提升。并且还可以对应用程序代码加以优化,使其能够更加充分的使用多个处理器资源,进而达到提升应用程序性能的目的; 单核与多核采用相同的线程优先级会导致不同的程序行为. 多核与多处理器(多CPU)的区别: 多核是指一个处理器芯片有多个处理器核心,他们之间通过CPU内部总线进行通讯; 多处理器是指简单的多个处理器芯片工作在同一个系统上,多个处理器之间的通讯是通过主板上的总线进行的。 第一章 多核概述 多核技术是处理器发展的必然趋势: 半导体工艺技术的飞速进步 Pollack规则 能耗 设计成本 第一章 多核概述 半导体工艺技术的飞速进步 通用微处理器的主频已经突破了3GHz 数据宽度也达到64位 45nm工艺的微处理器已经批量生产 32nm工艺以下的微处理器也已问世 芯片上集成的晶体管数目已经超过10亿个 第一章 多核概述 Pollack规则: 英特尔微处理器实验室主任Fred Pollack :从386起,英特尔每一新架构需要两到三倍的晶片面积,而性能只提升1.4到1.7倍。 简言之,性能的提升与复杂性的平方根成比例。 两代处理器,性能每提升一倍,复杂性便增加4倍。 如一个处理器的硬件逻辑提高一倍,至多能提高性能40%。采用两个简单处理器构成一个相同硬件规模的双核处理器,可获得70%~80%的性能提升。 第一章 多核概述 能耗: 工艺技术的发展和芯片复杂性的增加,芯片的发热现象日益突出。 单核高频率的处理器功耗太大,发热量太大 多核可以提高性能,且能较好解决功耗问题 多核处理器可以采用降低功耗的技术:如可以关闭一些处理器 第一章 多核概述 第一章 多核概述 设计成本: 处理器结构复杂性的不断提高,人力成本的不断攀升,设计成本随时间呈线性甚至超线性的增长 研发高频率处理器的成本越来越高 Intel发布3.8GHz的产品,宣布停止4GHz的产品计划。 AMD频率超过2GHz以后无法大幅度提升 第

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