核多未必性能高 多核前路需小心

多核處理器的一個基本思路就是將計算任務經過合理的分解，再想辦法提高指令執行的并行度。但是如何將很多任務有效地分解，目前在軟件方面還存在較大的難度。因此當處理器的內核數上升時，如果處理不當，很有可能會出現性能反而下降的問題。

英特爾數字企業部編譯器與架構高級開發部門總監Geoff Lowney博士的時候曾經提到過這一問題，他表示雖然未來多核處理器中單核的面積尺寸相對較小，但這并不意味著單核的性能會下降，相反還會繼續上升。

英特爾處理器包含的晶體管數量總是很引人關注，因為這經常會被當做摩爾定律是否還繼續有效的一個直接判據。其實從2001年奔騰架構確立以后，晶體管數量的快速上升主要是因為處理器內部放置了大容量緩存造成的，實際的計算內核晶體管數量上升并不像表面上看到的那么恐怖。

從英特爾以前幾代處理器的結構來看，第一款專用移動處理器Banias的核心晶體管數量在500萬到2000萬之間，而第一個雙核移動處理器Yonah的核心晶體管數量大約為3000萬個，相較其晶體管總數1.56億個還較有限。從這一點來看，處理器內核的晶體管數量是逐步上升的，處理能力也不斷增強。盡管隨著工藝的進步，在單位面積上所能部署的晶體管數量還會繼續上升（ITRS預測到2010年單芯片上晶體管數量將達到22億個），但是晶體管數量的上升有一定的限度，尤其是8內核以上處理器誕生時，過于復雜的內核其部署所占的空間和功耗等問題也越來越不容忽視。

同時，多核對應用帶來的影響也將越來越不同。對于單純的諸如Word這種軟件，更多核處理器的性能提升可能將越來越不明顯。但是在一些新興的領域，比如對多媒體信息尤其是在視頻信息中進行搜索、處理時以及視頻挖掘等，是多核技術今后要重點面對的問題。同時運行越多的程序，多核的性能表現就越強（如圖1所示）。

圖1 100瓦、48MB高速緩存、40億個晶體管和22納米工藝狀態下多核性能表現

從多核到很多核時代，走向異構多核化是一個很值得關注的趨勢（如圖2所示）。一方面功能強大的內核其結構必然復雜，大馬拉小車不說，執行特定任務的時候效率會受影響，功耗也難以控制。而對于一些特定的任務，比如XML、多媒體信息、TCP/IP協議處理等，一些專用硬件在性能和功耗方面很可能會比通用處理器更有優勢。英特爾微處理器技術實驗室總監Shekhar Borker表示，目前公司對異構雙核還處于研究階段，到底是用通用內核配合特定軟件還是通過專用硬件來實現還未確定。

圖2 由通用內核（GP）與專用硬件（SP）組成的異構多核處理器

多個內核之間的連接也很有學問。目前英特爾在研的CSI（Common System Interconnect）串行高速互聯總線可以實現處理器內核與芯片組以點對點的方式連接，而CSI總線還可以實現不同速率內核的互聯，這與目前的雙前端總線只能支持同頻內核形成了鮮明的反差。

CSI的優勢和研究重點在于更低的延遲和更高的靈活性。由于可以連接不同工作頻率的內核，CSI可能帶來的一個好處是允許在同一個系統中同時使用兩種甚至多種處理器，從而降低系統開發成本，以實現通用計算平臺方案。

硅光子通信: 延續摩爾定律

毫無疑問，在信息技術領域最重要的計算和傳輸兩個領域中，目前傳輸部分顯然拖了計算的后腿。

在計算機系統中，長久以來使用電路來傳送數據，但隨著處理器和相關部件運行頻率的提高，干擾大、帶寬有限和傳輸距離小等電路傳輸的缺陷逐漸顯現出來。而光纖在這些方面的獨特優勢也伴隨著計算機系統內這些問題的突出而逐漸顯露出來。

目前光纖通信在長距離上很成功，但是短距離通信還面臨很多問題。

與晶體管主要依賴于硅材料不同，光子技術采用的基礎材料是玻璃。但由于光的波長對硅來說是透明的（不會干擾），因此理論上可以通過在硅中集成光波導通路來傳輸信號。這就是硅光子理論的可行性基礎。不過硅材料并不適合做激光器。因此要在硅技術的基礎上產生激光尤其是連續激光是一件非常困難的事情，長期以來并沒有很大的進展。去年英特爾所做的拉曼連續硅激光器就是這一領域的一個重要突破。英特爾硅光子實驗室科學家榮海生表示，研制成連續拉曼硅激光器在信心上的意義甚至要大于在技術上的意義。

當電路的頻率增長，電阻也隨之增大，光技術就會取代電子技術。不過，除了技術上的難度以外，目前光子技術的成本也較高，榮海生博士很謹慎地預測大約10年左右的時間兩者的成本會基本一致，到時也是硅光子技術全面取代電子技術的轉折點。從電布線到光布線是一個巨大的技術進步，安捷倫目前正在研究全光PCB布線。這也讓人們看到了近距離（幾十厘米）光通信的美好前景。

從現實來講，硅光子在計算機系統中的應用最早還是從芯片間互聯開始。這一方面是因為計算機系統的性能瓶頸目前還主要在處理器和外圍芯片以及存儲設備（比如內存）之間，同時在技術上實施也要簡單一些。更長遠地，硅光子技術還可能走進處理器芯片內部，至于介質是采用玻璃光纖，還是塑料光纖，亦或是硅材料，目前還沒有確定的方案。

當然，硅光子技術從實驗走向實用也面臨著巨大的挑戰。榮海生博士指出，最嚴峻的一個問題是損耗還比較大: 目前光纖可以做到0.2db/公里，硅光子由于依靠腐蝕硅材料的辦法做波導，目前典型的數據是0.2db/厘米，信號衰減還比較大。

榮海生博士透露，英特爾目前正在研究20英寸（50cm）左右距離的硅光子傳輸實用化技術，這是硅光子走向板級應用的前兆。

一旦硅光子技術達到實用的目標，其高帶寬、高速率、低干擾特性將給芯片間互聯、底板布線技術帶來革命性的變化，并將徹底改變目前計算機系統中通信速度和帶寬遠遠落后于處理器芯片運算速度的現狀，從而從系統層級上幫助延續摩爾定律。