利用高效的編程技術(shù)發(fā)揮多內(nèi)核架構(gòu)優(yōu)勢(shì)

在低端嵌入式領(lǐng)域，單內(nèi)核解決方案仍然存在。通過(guò)采用速度更快或帶寬更寬的處理器仍有可能提升系統(tǒng)的功能和性能曲線。在高端領(lǐng)域，多內(nèi)核是必然的發(fā)展方向。這正是雙精度浮點(diǎn)算法經(jīng)常出現(xiàn)并在超級(jí)計(jì)算機(jī)中長(zhǎng)盛不衰的原因。事實(shí)上，臺(tái)式機(jī)和機(jī)架安裝系統(tǒng)(比如Nvidia的產(chǎn)品)正在將這種處理能力普及化。

在討論軟件和多內(nèi)核架構(gòu)時(shí)經(jīng)常提及的另一個(gè)問(wèn)題是虛擬化。并不是所有多內(nèi)核平臺(tái)都支持虛擬化，但虛擬化確實(shí)能帶來(lái)更好的機(jī)會(huì)。雖然虛擬化使得硬件設(shè)計(jì)面臨更多的挑戰(zhàn)，但它通常能簡(jiǎn)化軟件和應(yīng)用管理。

SMP服務(wù)器

Xeon Nehalem-EX是Intel公司提供的頂級(jí)8內(nèi)核對(duì)稱多處理(SMP)平臺(tái)。像8芯片、64內(nèi)核系統(tǒng)這樣的多芯片解決方案，通常采用高速Q(mào)uickPath點(diǎn)到點(diǎn)互連技術(shù)將處理器和外設(shè)控制器鏈接在一起(圖1)。使用過(guò)帶HyperTransport鏈路的AMD Opteron處理器的工程師，對(duì)這種架構(gòu)非常熟悉。在這兩種情況下，最簡(jiǎn)單的配置是單個(gè)處理器通過(guò)單條高速鏈路鏈接到單個(gè)外設(shè)控制器。

除了提供分布式內(nèi)存子系統(tǒng)外，Intel和AMD還實(shí)現(xiàn)了連貫緩沖非統(tǒng)一內(nèi)存尋址(ccNUMA)技術(shù)。每個(gè)處理器芯片都有自己的內(nèi)存控制器以及一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)緩存。任何芯片都可以使用高速鏈路訪問(wèn)其它任何芯片中的內(nèi)存。當(dāng)然，離請(qǐng)求者越遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)間越長(zhǎng)。這些高速鏈路也被用于消費(fèi)設(shè)備，但只有到I/O中心的單條鏈路是必需的。換句話說(shuō)，在共享內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)服務(wù)器將在處理器芯片間產(chǎn)生顯著的流量。芯片至芯片流量和緩存管理是高效操作的關(guān)鍵。

HT Assist是AMD最新推出的Istanbul Opteron處理器的一個(gè)重要功能，它通過(guò)優(yōu)化內(nèi)存請(qǐng)求和響應(yīng)過(guò)程來(lái)盡量減少相關(guān)事務(wù)處理的數(shù)量，進(jìn)而釋放出大量帶寬用于處理其它業(yè)務(wù)(圖2)。HT Assist實(shí)際上會(huì)跟蹤數(shù)據(jù)在內(nèi)核和緩存間的移動(dòng)，允許請(qǐng)求得到具有所需數(shù)據(jù)的最近內(nèi)核的服務(wù)。

最壞的情況是擁有片外存儲(chǔ)器空間的芯片必須從片外存儲(chǔ)器訪問(wèn)數(shù)據(jù)；最好的情況是發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)正好位于運(yùn)行著需要這個(gè)數(shù)據(jù)的線程的芯片緩存中；中間情況是內(nèi)核從相鄰芯片的緩存中獲取數(shù)據(jù)。使用虛擬化和緩存技術(shù)后系統(tǒng)將變得更加復(fù)雜，并導(dǎo)致數(shù)據(jù)延時(shí)更加難以確定。這在確定性嵌入式應(yīng)用中可能是個(gè)問(wèn)題，但在大多數(shù)服務(wù)器應(yīng)用中問(wèn)題并不十分明顯，因?yàn)檫@種情況下的速度比精細(xì)的確定性更加重要。

編程人員現(xiàn)在都在使用這些平臺(tái)，因?yàn)樗鼈兡艽蟠蠛?jiǎn)化編程任務(wù)。同樣，應(yīng)用程序可以使用越來(lái)越多的內(nèi)核，前提是應(yīng)用程序可高效地利用充足的線程。高效使用多內(nèi)核系統(tǒng)并不像表面看起來(lái)那么容易。緩存大小和應(yīng)用程序工作數(shù)據(jù)集中的參考位置會(huì)影響特定算法的運(yùn)行效果。

AMP應(yīng)用處理器

對(duì)稱處理(SMP)架構(gòu)對(duì)許多嵌入式應(yīng)用來(lái)說(shuō)非常有用，但非對(duì)稱多處理(AMP)也有它的用武之地。AMP配置在很多地方都可以看到，從TI的OMAP(開(kāi)放多媒體應(yīng)用平臺(tái))到飛思卡爾的P4080 QorIQ都有AMP的身影(圖3)。