多核时代何时来临？

    双核还未普及，又传来四核处理器将于年底出货的消息，面对厂商们对多核处理器的热切期待，日渐成熟的用户们表现得似乎更加冷静。事实上，多核技术的发展并不仅仅是硬件技术自己的事情，而是需要整条产业链共同进步才能实现。

    在美国旧金山举行的2006年秋季英特尔信息技术峰会（IDF）上，英特尔总裁兼CEO保罗·欧德宁宣布，英特尔将在11月份交付世界上第一个面向PC和通用服务器的四核处理器，而此时距英特尔推出双核处理器的时间尚不到一年，不仅如此，英特尔还明确宣布，目前可以将80个核集成到一个芯片上，其“百核计划”也在实验室里如火如荼地进行着。看来，在带领业界从单核走入双核后，英特尔将更加迅速地走向“四核”，乃至更高。

    英特尔在IDF上宣布的新品计划中透露，第一款四核处理器将于今年11月份出货，主流的英特尔酷睿2四核处理器将在2007年第一季度出货。其中，在PC市场的目标用户为热衷电脑游戏的人群和内容创作者，命名为英特尔酷睿2四核处理器至尊版。英特尔声称，与现在的英特尔酷睿2双核处理器至尊版相比，新的处理器性能将提升67%。而在服务器方面，两路服务器的四核英特尔至强处理器5300（研发代码为Kentsfield）系列也将于今年出货。而为刀片服务器设计的50瓦、低功耗的四核英特尔至强处理器L5310将于明年第一季度出货。

    目前制定的出货时间，全都早于英特尔最初公布的路线图，而AMD也在不久之前宣布其将在明年中期，同时在两大主力产品线桌面端和服务器端销售自己的“四核处理器”，今年晚些时候将推出一款名为“4×4”的产品，由两块处理器连接在同一块高端主板上构成。显然，市场上的两大芯片厂商目前将所有的“宝”都押在了“多核”上。

    多核将带来什么

    如此热衷于双核和多核的推广，英特尔和AMD显然是将多核看作是继主频速度、64位之后的又一个新的战场。但是，多核的概念，最早并不是源于英特尔或者AMD。IBM、惠普公司早在上个世纪末就提出了双核处理器概念，并推出了相应的产品。比如IBM的 Power 处理器、惠普的P A - 8 8 0 0 处理器。去年年底，Sun还推出了8内核的Sparc Ultra SPARC T1处理器。而今英特尔和AMD在x86市场上掀起的“核战争”，让人们不禁想到这样一个问题：他们的多核又意味什么？

    对于英特尔来说，提前四核的出货时间，不失为其在与AMD的竞争中极具能量的一招。在AMD以低价、64位上占先等手段在芯片市场取得长足进步以后，英特尔显然从对手那里学到了很多。首先是价格上的变化：在最近的一次价格调整中，英特尔的主力产品价格下降60%。“在目前整个市场横向来看，英特尔在性价比上已经超过了AMD，形成了多年竞争以来的倒挂。目前市场流行的2.5GHz～3GHz的产品上，英特尔的价格比AMD的要低。”某电脑厂商主板事业部经理说。其次是在考虑到和下游厂商的技术合作细节上，以前英特尔的CPU插座规格常常受到消费者和主机板制造商的抱怨，而现在，英特尔开始在这方面有所考虑，现在的产品都注意了和上一代产品的封装管脚相同。“我们在系统级上的变化很少，主要是为了方便下游厂商的设计，相同的芯片组将会肩负着CPU一代一代传承的作用。”英特尔平台应用创新同盟经理赵军说。

    而四核的抢先发布，更被业界看作是英特尔“雪耻”的战役。“64位和双核的两次被AMD抢先，英特尔也需要提前四核的发布来应对AMD的竞争。”业内人士王书贵说。

    除却竞争的压力，四核对于英特尔进一步整合产业链也有着重要的意义。业内人士认为，由于四核应用对于软件提出很高要求，就意味着推动者需要具有强大的产业整合能力，牵引应用软件商围绕四核硬件环境开发应用程序。而目前，在芯片厂商里，英特尔占据了实力优势，加上首发四核，“四核标准”可能成为英特尔的又一利器。

    这样做的目的，从硬件上，可以进一步达到垄断的目的。据一位台企主机板公司技术人员透露：“当在主机板上集成更多的CPU内核后，英特尔与AMD在悄然蚕食着其他外围配套芯片企业的市场。”由此，未来大量硬件加速设备，经过程序优化，都可能由多核CPU承担，而不再需要相应的芯片。所以，通过这种方式，“英特尔与AMD两大CPU企业将可以利用多核集成抢占外设端口加速芯片企业大笔的生意。从而进一步使自己成为行业垄断者。”该人士说，而这样的情况，主机芯片组、WiFi无线网卡芯片就是先例。

    随着技术的成熟，当多核为服务器带来足够的性能提升以及更具竞争力的价格的时候，多核，更像是为x86架构与RISC架构的竞争提供了一个舞台，不仅是致力于x86服务器的供应商可以与RISC厂商同台竞技，国内服务器厂商也因此而获得了新的商机。多年来，RISC服务器一直占据着高利润的服务器市场，尽管基于x86架构的服务器在销量方面远远超出RISC服务器，但是50%以上的销售额却被RISC服务器占据。“用户选择的标准永远是性价比。如果说在四核或者多核以前，x86架构的服务器产品在性能上与RISC架构的产品有差距的话，那么四核甚至是多核，就是弥补这个差距的良药。同样，无论是哪一个架构，只要能够高效完成任务，就会获得用户的信赖。”王书贵说。所以，四核对于x86架构，可谓是意义重大。

    艰辛的多核之路

    那么，在选择多核的意义如此重大的时候，多核，是不是目前能够帮助计算设备提高性能唯一的途径？选择多核，是不是意味着在避免了旧的问题以后，就不会面临新的问题？

    多核的诞生来自于在追求主频的时候无法解决的散热问题。之所以需要多核，这是由技术局限性所决定的。之前，一直坚持芯片不断小型化的路线是不断提高主频，如今已经能够达到4GHz。但因为处理器的电路“线宽”正在不断地减少，进入到纳米级。一个芯片上可以集成将近10亿个的“晶体管”，但是散热却成了大问题。芯片中的电路越来越小，芯片中的电流非常容易泄露到其他电路上。电流泄露使芯片的能耗将增长30% ，它还会使芯片温度过高和不稳定。设计既降低能耗，又能运行更快捷的处理器芯片成为工程师亟待解决的问题。

    多核技术似乎为工程师们打开了另一扇门——把更多的CPU压在一个芯片当中以提高整个芯片处理交易事务的能力。以双核为例，就是在一块CPU基板上集成两个处理器核心，通过并行总线将各处理器核心连接起来。“根据功耗的公式，功耗是与电压的平方乘以频率的数值成正比的。而电压又是与频率成正比，所以功耗是与频率的3次方成正比。当要求处理的二进制比特数越多，计算速度越快的时候，电压自然就要求越高。所以，这个时候，要控制功耗，就要降低核的频率。”赵军说，所以，在这样的情况下，用增加核的数量，降低每个核的频率来解决散热问题，这便成为一个解决问题的方案。

    然而，对于这样的解决方案，业界有些人士并不十分认可，在他们看来转向多核，有可能会是一条艰辛的路。首先还是来自技术本身的局限。“即便是在制造上没有大问题，就处理器的系统结构而言，多核处理器依然面临很大问题。”《计算机世界》评测实验室工程师吴挺说。他指出，如果仅仅简单地考虑多核的物理连接，而没有充分考虑到处理器的运行和使用模式，将极大限制处理器的利用率，尤其是在处理有资源冲突应用的时候，多个核心之间的资源调配就成了效率关键。在目前的算法条件下，还没有更好的控制两个以上处理器合理调配资源的方法。这并非因为无法实现更好的算法从而充分调配处理器资源，而是因为目前多核处理器普遍的算法相对比较简单。算法无法知道具体的可用资源，并且硬件的搭配因为成本问题没有充分考虑一些意外情况，因而，以“同类”思想考虑的处理器在面对“异类”运算时就会变得效率低下。这种情况，在遇到特殊应用情况的时候会更加明显。

    为了解决散热问题而出现的多核解决方案，却又在某种程度上被业界怀疑存在自己的散热问题。根据外电报道，目前，英特尔和AMD即将推出的新款处理器在运行时的温度都要比目前的处理器产品高一些，虽然现在还不知道具体会高出多少。业内人士指出，由于Kentsfield实际上是由两块Core 2 Duo处理器连接在同一块芯片上组成，因此它的温度势必会比单块Core 2 Duo处理器的温度要高一些。同样地，AMD公司的高级市场营销副总裁帕特摩西德说，4×4系统的耗电量也将比单块双核处理器的耗电量要多一些。AMD公司计划将4×4产品的耗电量降低到比同一系统使用两块独立的处理器时的耗电量要低一些的程度，但是摩西德没有具体说明AMD公司将怎样实现这个目标。Mercury Research公司的分析师迪安麦卡伦说，Kentsfield和4×4都是面向高端用户而设计，他们愿意为系统的低温表现和强大技术而多花点钱。但是，普通用户是不太愿意为此花钱的。

    显然，英特尔和AMD都不会再次让功耗成为处理器发展的瓶颈的。目前英特尔已经基本完成了从90纳米向65纳米的转移，现正在筹备45纳米的工厂。当45纳米制程工艺在四核上采用的时候，由于使用了更小典型晶体管元件，产品的功耗也会随之降低。AMD也指出，其四核处理器产品的热功耗将与现有的双核芯片的热功耗一样。

    多核需产业链共同努力

    但是，一些业内专家认为，随着一些新的应用的普及，电脑的温度可能会再次升高。

    虚拟技术就是这些新的应用之一。虚拟软件过去主要用于服务器上，其目的是让IT经理们可以在同一台服务器上运行多种不同的应用程序。IT经理们利用虚拟软件提高单台服务器的利用率，减少服务器数量。不过，虚拟技术还很少用于桌面电脑上，但是如果他们开始在多核心处理器的虚拟环境下运行多种应用程序的时候，他们就会经常在较高性能水平上运行他们的电脑系统。在这样的情况下，散热可能会再次引起人们注意。麦卡伦说，目前这个问题还仅限于服务器产品。但随着更新、更复杂的图形处理器的应用，散热量问题最终还是会成为电脑必须解决的问题之一。

    应用不仅会造成散热问题，应用本身的滞后，也是目前四核或者多核需要面临的一个重要挑战。PolyCore Software公司总裁兼CEO Sven Brehmer表示，半导体产业单核处理器的发展已经遇到瓶颈，转向多核是可行之路，但同时，这条路将会充满挑战。“就算这是一件非常痛苦的事情，我们也得向前推进。即使突然出现了更好的替代多核结构的技术，在实现该技术之前也会需要花费5到10年的时间。”他说。他所指的痛苦就包括编程困难以及缺乏开发环境。Altera公司嵌入式处理器开发资深总监Tim Allen说，多核处理器面临的问题在于软件开发没有跟上硬件开发的进度。

    而对此，Allen认为，业界需要改变的是“人们的工作模式”。统一系统设计自动化专业公司Imperas的CEO Simon Davidmann表示，目前软件开发商趋向于针对特定的结构编制软件，“这是根本错误的”。他说。由此可见，从整体而言，业界还没有完全准备好拥抱多核方法论。

    那么，在缺乏相配套的软件产品的支持下，目前的对称多核处理器，操作系统对资源的分配和管理较单核并没有本质的改变，就好像四车道跑三辆车与八车道跑三辆车的效果差不多。相反，由于多数软件并没有充分考虑到双核乃至多核的运行情况，导致线程的平均分配时间以及线程之间的沟通时间大大增加，尤其是当线程需要反复访问内存的时候，电脑也许会变得很“迟钝”。“核越多，并不一定意味着应用软件的速度越快。”李献说，“特别是对于最早的一些单线程的应用来说，多核的优势并不明显。”

    “如果没有配套的服务器软件，安装了多核的计算机就好比一辆三轮车被装上宝马汽车的发动机，在安全行驶的状态下，发动机的效率一样很难实现。”一位不愿透露姓名的业内人士介绍。吴挺也指出，实际上，英特尔很早就通过超线程技术实现了逻辑上的双处理器系统，但这不过是对处理器闲置资源的一种充分利用而已，由于服务器软件的限制，多核的优势很难充分发挥。而且，这种充分利用只有在特定的条件下才会见效，当它面对的是流水线比较长，或两种互不交叉的运算时，多核的智商会低得和单核一样。

    所以，“对于多核来说，并不仅仅是一个硬件技术的发展问题，”王书贵说，“它更多的是涉及整个产业链的，包括软件、产业配套、市场教育等综合平台系统的整体协调发展。” 多核是一个系统工程，仅有好的硬件，没有与之配套的软件，以及相关产业的跟进，是无法真正实现技术的商品化和产业化的。多核的出现，不仅是带来了一个颠覆性的技术，它也将给行业发展战略带来革命性的转变。多核时代的真正来临，需要依靠服务器软件等多个行业向着并行化目标共同努力。