單個花生超產（打一芯片技術）

謎底：多核

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一個花生要是超產了，必定有多個果仁兒，對吧？果仁兒又叫做“核兒”，所以這個謎底就是“多核”下面介紹一些有趣的多核知識。

多內核是指在一枚處理器中集成兩個或多個完整的計算引擎(內核)。多核技術的開發源于工程師們認識到，僅僅提高單核芯片的速度會產生過多熱量且無法帶來相應的性能改善，先前的處理器產品就是如此。他們認識到，在先前產品中以那種速率，處理器產生的熱量很快會超過太陽表面。即便是沒有熱量問題，其性價比也令人難以接受，速度稍快的處理器價格要高很多。

英特爾工程師們開發了多核芯片，使之滿足“橫向擴展”（而非“縱向擴充”）方法，從而提高性能。該架構實現了“分治法”戰略。通過劃分任務，線程應用能夠充分利用多個執行內核，并可在特定的時間內執行更多任務。多核處理器是單枚芯片（也稱為“硅核”），能夠直接插入單一的處理器插槽中，但操作系統會利用所有相關的資源，將它的每個執行內核作為分立的邏輯處理器。通過在兩個執行內核之間劃分任務，多核處理器可在特定的時鐘周期內執行更多任務。

多核架構能夠使用的軟件更出色地運行，并創建一個促進未來的軟件編寫更趨完善的架構。盡管認真的軟件廠商還在探索全新的軟件并發處理模式，但是，隨著向多核處理器的移植，已有軟件無需被修改就可支持多核平臺。操作系統專為充分利用多個處理器而設計，且無需修改就可運行。為了充分利用多核技術，應用開發人員需要在程序設計中融入更多思路，但設計流程與對稱多處理 (SMP) 系統的設計流程相同，并且單線程應用也繼續運行。

得益于線程技術的應用在多核處理器上運行時將顯示出卓越的性能可擴充性。此類軟件包括多媒體應用（內容創建、編輯，以及本地和數據流回放）、工程和其他技術計算應用以及諸如應用服務器和數據庫等中間層與后層服務器應用。

多核技術能夠使服務器并行處理任務，此前，這可能需要使用多個處理器，多核系統更易于擴充，并且能夠在更纖巧的外形中融入更強大的處理性能，這種外形所用的功耗更低、計算功耗產生的熱量更少。多核技術 是處理器發展的必然。

為什么要發展多核

為什么不能用單核的設計達到用戶對處理器性能不斷提高的要求呢？答案是功耗問題限制了單核處理器不斷提高性能的發展途徑。

作為計算機核心的處理器就是將輸入的數字化的數據和信息，進行加工和處理，然后將結果輸出。假定計算機的其他子系統不存在瓶頸的話，那么影響計算機性能高低的核心部件就是處理器。反映在指令上就是處理器執行指令的效率。

處理器性能 = 主頻 x IPC

從上面的公式可以看出，衡量處理器性能的主要指標是每個時鐘周期內可以執行的指令數(IPC: Instruction Per Clock)和處理器的主頻。其實頻率就是每秒鐘做周期性變化的次數，1秒鐘只有1次時鐘周期的改變叫1Hz(赫茲)。主頻為1GHz 就是1秒鐘有10億個時鐘周期。

因此，提高處理器性能就是兩個途徑：提高主頻和提高每個時鐘周期內執行的指令數(IPC)。處理器微架構的變化可以改變IPC，效率更高的微架構可以提高IPC從而提高處理器的性能。但是，對于同一代的架構，改良架構來提高IPC的幅度是非常有限的，所以在單核處理器時代通過提高處理器的主頻來提高性能就成了唯一的手段。

不幸的是，給處理器提高主頻不是沒有止境的，從下面的推導中可以看出，處理器的功耗和處理器內部的電流、電壓的平方和主頻成正比，而主頻和電壓成正比。

因為： “處理器功耗 正比于 電流x 電壓 x 電壓 x 主頻”，“主頻 正比于 電壓”

所以：“處理器功耗 正比于 主頻的三次方”

如果通過提高主頻來提高處理器的性能，就會使處理器的功耗以指數(三次方)而非線性(一次方)的速度急劇上升，很快就會觸及所謂的“頻率的墻”(frequency wall)。過快的能耗上升，使得業界的多數廠商尋找另外一個提高處理器性能的因子，提高IPC。

提高IPC可以通過提高指令執行的并行度來實現，而提高并行度有兩種途徑：一是提高處理英特爾®酷睿™ 架構5大優勢器微架構的并行度；二是采用多核架構。

在采用同樣的微架構的情況下，為了達到處理器IPC的目的，我們可以采用多核的方法，同時有效地控制功耗的急劇上升。為什么？看看下面的推導。

因為：“處理器功耗 正比于 電流x 電壓 x 電壓 x 主頻”，“IPC 正比于 電流”

所以：“處理器功耗 正比于 IPC”

由單核處理器增加到雙核處理器，如果主頻不變的話，IPC理論上可以提高一倍，功耗理論上也就最多提高一倍，因為功耗的增加是線性的。而實際情況是，雙核處理器性能達到單核處理器同等性能的時候，前者的主頻可以更低，因此功耗的下降也是指數方(三次方)下降的。反映到產品中就是雙核處理器的起跳主頻可以比單核處理器更低，性能更好。

由此可見，將來處理器發展的趨勢是：為了達到更高的性能，在采用相同微架構的情況下，可以增加處理器的內核數量同時維持較低的主頻。這樣設計的效果是，更多的并行提高IPC，較低的主頻有效地控制了功耗的上升。

除了多核技術的運用，采用更先進的高能效微架構可以進一步提高IPC和降低功耗——即提高能效。基于英特爾®酷睿™ 架構的英特爾® 酷睿™ 2 雙核處理器和至強處理器就是現實中的例子。相比英特爾前一代的NetBurst 微架構(Intel® Pentium® 4 和Pentium® D)，酷睿微架構采用的英特爾® 寬區動態執行引擎和英特爾® 高級數字媒體增強技術，就是提高IPC的創新技術；英特爾® 智能功率特性則是降低微架構功耗的技術。

一些芯片的廠商指出，當處理器的頻率達到某種程度后，處理器在工作量的要求會比速度的要求要大，且0.13微米所含的晶體管已很高，將來65納米和45納米，其1組光罩的成本會倍增。但是，這種成本成倍的增長并不會給廠商們帶來相應的收入增長。且發熱量和干擾的因素的介入使得集成度和處理器的頻率已經越來越趨近于一個極限。

因此，使摩爾定律失效的有可能是技術，有可能是經濟效益。

處理器實際性能是處理器在每個時鐘周期內所能處理器指令數的總量，因此增加一個內核，理論上處理器每個時鐘周期內可執行的單元數將增加一倍。原因很簡單，因為它可以并行的執行指令，含有幾個內核，單位時間可以執行的指令數量上限就會增加幾倍。而在芯片內部多嵌入幾個內核的難度要遠遠比加大內核的集成度要簡單很多。于是，多核就能夠在不提高生產難度的前提下，用多個低頻率核心產生超過高頻率單核心的處理效能，特別是服務器產品需要面對大量并行數據，多核心分配任務更能夠提高工作效率。可以看作一種多處理器協作的微縮形式，并且達到更加的性能價格比，一套系統達到多套系統的性能。

多核的介入，使得摩爾定律在另一個層面的意義上，避免了尷尬的局面。從單核到雙核到多核的發展就證明了摩爾定律還是非常正確的。從單核到雙核再到多核的發展，可能是摩爾定律問世以來在芯片發展歷史上速度最快的性能提升過程。"