意法愛立信移動平臺多核處理技術(shù)(二)
PC單核處理器在2003 年達到散熱極限時,此后性能再也沒有增長的空間;而移動平臺則不同,智能手機時代始于2007 年,移動單核處理器還擁有巨大的性能提升空間,到今天為止,還沒有跡象顯示移動平臺性能飽和。
人們不禁要問:為什么移動平臺不同于PC 處理器,在單核性能達到飽和前就轉(zhuǎn)向多核處理器?
我們認為有兩個原因,第一個原因是,移動計算產(chǎn)品沿用數(shù)十年前的技術(shù)知識,特別是人們普遍知道,現(xiàn)代的操作系統(tǒng)能夠更高效地利用雙核處理器,高速緩存一致性和多任務(wù)處理操作系統(tǒng)等基本技術(shù)已經(jīng)到位。因為能夠充分利用雙核處理器,就沒有必要再等。而且,這個過程進展得非??欤坏诙€原因是進攻性的營銷策略。
像大多數(shù)商用平臺一樣,CPU 在進入四核時代后的發(fā)展方向目前尚不清楚,PC 業(yè)的經(jīng)驗告訴我們,即使多核處理器存在于市場10 年后,使用雙核以上的處理器對于大多數(shù)軟件是沒有實用意義,唯一的技術(shù)解釋是移動應用軟件比PC 軟件更易于多核處理,但是,我們在短時間內(nèi)不會看到這種情況發(fā)生。
事實上,有說服力的技術(shù)原因根本就不存在。動機似乎都與市場營銷有關(guān),因為智能手機市場競爭激烈,多核處理器是一個很有進攻性的武器。目前,廠商利用處理器內(nèi)核數(shù)量使自己的產(chǎn)品保持差異化,甚至消費者也這樣做。具有諷刺意義的是,技術(shù)上沒有任何新發(fā)明,市場營銷上沒有新意,相同的廣告詞早在PC 多核問世時就被廣泛使用。像PC 機一樣,人們很快就會意識到,移動設(shè)備內(nèi)的CPU 內(nèi)核數(shù)量與產(chǎn)品帶給客戶的真正價值沒有直接關(guān)聯(lián)。
網(wǎng)絡(luò)瀏覽器是最重要的手機應用軟件之一,也是手機高性能CPU 的最大受益者,同時還是要求嚴格的PC 級應用軟件的一個實例,瀏覽器的性能非常重要,因為它直接影響用戶視覺互動性。隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷增加,今天的處理速度已處于臨界線,將來HTML5 rich API 和不斷增加的編程內(nèi)容(javascript)對處理速度要求更高。網(wǎng)絡(luò)瀏覽器還是高效使用今天的雙核處理器的一個很好的實例,因為操作系統(tǒng)支持功能、軟件工程、人機互動(防止UI 死屏)、安全性和穩(wěn)健性(不同處理過程中的多個標簽)的原因,瀏覽器引入了并行活動。但是,因為缺少充足的均衡的軟件并行技術(shù),瀏覽器無法滿足雙核以上數(shù)理器的運行需求,測試結(jié)果顯示,處理器從雙核進化到四核,瀏覽器性能提升很小或根本沒有提升。
圖4 所示是在同一四核處理器硬件/軟件平臺上運行的兩款主流瀏覽器的測試成績,通過軟件設(shè)置(熱插撥)可以選擇不同的處理器數(shù)量,因此,測量結(jié)果完全是同一硬件/軟件環(huán)境的真實數(shù)據(jù)。在所有的配置中,工作頻率完全相同。相對分數(shù)是指在多次重復測量中若干個主流網(wǎng)站上的網(wǎng)頁加載時間的平均值,因此,這個用例代表了真實的網(wǎng)站瀏覽體驗,而不是人為的基準測試。當從單核切換到雙核時,速度提升30%是一個較好的成績,符合預期。然而,從雙核切換到四核時,處理速度只取得0-11%的提升。在雙核處理器上進行相似的測試,從單核切換到雙核時,處理速度提升高達50%。
另一方面,如前文分析PC 處理器時提到的,不論處理器有多少個內(nèi)核,頻率提高總是有益于提升軟件性能。當對多核處理器方案進行比較時,這一點很重要,因為處理器內(nèi)核增加會對頻率產(chǎn)生負面影響。互連線和存儲器等共享資源沖突,高速緩存、一致性電路的擴展受限,這些因素都會限制多核處理器的頻率提升。為提升多核處理器的總體頻率,需要使用軟件多核處理方法補償多核處理器降低的頻率。例如,我們在以前的折衷分析 [5]中提到,四核處理器的頻率比雙核處理器降低約27%,軟件必須有70%的代碼實現(xiàn)并行化,才能使四核處理器的性能優(yōu)于雙核處理器,這是一個很大的比例,幾乎沒有應用軟件能夠達到這個水平,當然不是通過原生并行,因為取得如此高的平行化,需要特殊的專門的并行化工作。
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