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處理器史話 | 多核異構新方向,ARM與Intel在手持設備市場的“廝殺”

2016/12/17
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3. 集成圖像處理器成新方向——多核異構
根據 Amdahl 定律 ,由于受到必須逐次執(zhí)行軟件的限制,即使通過增加同種 CPU 內核數量,多核微處理器并不能相應地提高數據處理量。


例如,按照 Amdahl 定律,如果將微處理器數目增加 16 倍,假設軟件中必須依次執(zhí)行的比例占 20%時,處理量最多只能提高至 4 倍。這還是簡化了計算所得到的結果,并沒有考慮為確保緩存一致性而保持的同步動作,以及多個內核集中訪問主存時所需的等待時間等因素。因而處理量不一定能提高 4 倍,特別是服務器經常同時面對多個處理要求,如果各個處理所涉及的數據相互獨立,其逐次執(zhí)行的部分會很少。


正是在這種情況下,多核異構處理器異軍突起。此外,動態(tài)和靜態(tài)圖像分析以及信號處理等新的應用,推動了多核異構處理器的發(fā)展。這方面的典型就是 AMD 公司。


各廠商的方案及歷程如下表所示:

廠商

方案

特點及應用

AMD

  • 率先提出 Fusion 方案。
  • 將多個同類型的 CPU 內核和圖像處理器 GPU 或其他各種內核集成于一塊芯片中,形成多核異構結構,由此大幅度提高了多核處理器的圖像處理功能和其他功能。
  • Fusion 方案要求,由第三方提供的各種加速器電路必須支持 AMD 公司的 HyperTransport 標準,這樣就能實現多核結構之間的存儲器共享。
  • 多核異構處理器除了 GPU 還可同時集成信號處理等其他專用系統(tǒng)的內核。

NVIDIA

  • GPU 的理念的實質就是將圖像處理器用于通用計算。
  • 利用圖像處理器 GPU(General Purpose Computing on GPU)擅長浮點運算的特點,將其用于并行處理,即把它作為矢量處理器。
  • NVIDIA 是這方面的先驅。
  • 這種集成了圖像處理器的異構多核微處理器已成為通用多核處理器的一個新的發(fā)展方向。

日本

  • 日立和瑞薩發(fā)出用于 MPEG2 圖像處理的 8 核處理器,其功耗比同等的單核處理器降低 73%。
  • 富士通和 NEC 也開發(fā)出了可降低某核工作電壓或將其關斷的多核處理器。
  • 上述各公司還配合通用 API,開發(fā)出適于自己產品的專用編譯程序。
  • 經早稻田大學(笠原教授率領日立、瑞薩、富士通、東芝和松下等公司科研人員)研究,采用家電專用多核微處理器進行視頻壓縮,雙核處理能力為單核的 1.9 倍,4 核為單核的 3.6 倍,8 核為單核的 6.0 倍。


小結一下:
芯片上配備更多內核后,總線很可能成為提高系統(tǒng)性能的瓶頸,因此連接多個內核的接口自然地成為關注點。AMD 的 HyperTransport 3.0 和 Intel 的 Quick Path 技術都是用于解決這一問題的??梢哉f,總線已成為提高多核處理器計算性能的關鍵。

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4. 插曲:ARM 與 Intel 在手持設備市場的“廝殺”
曾幾何時,微軟在上網本市場占有明顯優(yōu)勢,占據了 80%~90%的份額,這個數字的背后是微軟的家用基礎版 XP 加上 Intel 的低功耗 Atom 處理器。


2008 年,Atom 處理器以超低電壓芯片的形態(tài)正式亮相,被應用于三星推出的 7 英寸迷你 PC 產品 Q1。從那個時候開始,Atom 處理器進入了飛速發(fā)展的階段,到了第二年,在各式各樣的上網本中,均可以看到它的身影。但是,到了 2012 年,上網本已經無法滿足消費者的使用需求,這類產品也因此被市場淘汰掉。盡管如此,Atom 處理器仍然存活了下來,并且其載體開始轉向了低端筆記本、平板以及智能手機等設備。


但是,當 Linux 加 ARM 的微處理器架構出現的時候,局面出現了逆轉。ARM 處理器以功耗低、電池使用周期長以及成本低而受到廣泛贊譽。正是基于這個原因,ARM 與 Qualcomm、NVIDIA、TI 甚至 Apple 合作,使其 CPU 打入新興的上網本市場。而 Intel 顯然不滿足于當時它的 Atom 在上網本市場取得的成績,于是設法搶占屬于 ARM 的手持設備以及移動互聯(lián)網設備市場。


但事實卻是不容樂觀的,2015 年,業(yè)界這樣評價 Atom:


“Atom 處理器這一路走來,跟成功這兩個字似乎一點關系都沒有,因為它沒能讓搭載它的產品成為市場的主流,其性能是最重要的因素,沒有之一。”


在慘痛的事實面前, Intel 重整旗鼓,于 2016 年 11 月,推出新一代 Intel Atom 處理器,從頭開始研發(fā)的全新 Intel Atom 處理器 E3900 系列,支援快速發(fā)展且日趨復雜的物聯(lián)網事業(yè)。E3900 系列針對網路邊界的應用,提供卓越效能以及獨特的功能組合,包括工業(yè)、汽車、視訊、製造、零售等市場。


全新的 Intel Atom 處理器 E3900 系列實物圖

與非網原創(chuàng)內容,謝絕轉載!

系列匯總:

之一:第一款處理器之謎

之二:處理器的春秋戰(zhàn)國時代:8 位處理器的恩怨與紛爭(上)

之三:處理器的春秋戰(zhàn)國時代:8 位處理器的恩怨與紛爭(下)

之四:處理器的三國時代:蘋果攪動 MCU 江湖

之五:處理器的三國時代:DR 公司盛氣凌人,IBM 轉身成就微軟

之六:32 位處理器的攻“芯”計:英特爾如何稱霸 PC 江湖?

之七:AMD 稱霸 PC 處理器市場的“曇花一現”

之八:CPU 兩大陣營對擂,X86 構架讓英特爾如日中天

之九:你知道 X86 構架,你知道 SH 構架嗎?

之十:SuperH 系列處理器:昔日惠普 Jornada PDA 的“核芯”

之十一:MIPS 構架:曾經是英特爾的“眼中釘”

之十二:MIPS 構架之:我和龍芯有個約會

之十三:ARM 架構:有處理器之處,皆有 ARM

之十四:ARM 和英特爾還有一場“硬仗”要打!

之十五:PowerPC 架構:IBM 的一座金礦

之十六:PowerPC 和它的“前輩們”:曾經那么風華絕代

之十七:PowerPC 和它的“前輩們”:一代更比一代強

十八:當 Power 架構的發(fā)展之路遭遇“滑鐵盧”

之十九:開啟多核時代的 Yonah:它是英特爾酷睿 core 的開發(fā)代號

之二十:除了 Core iX 系列,你未曾注意的架構還有這些!

之二十一:處理器廠商的絕密武器之工藝之爭

之二十二:CPU 的主頻、倍頻、超頻,不是頻率越高速度就越快

之二十三:這張漫畫告訴你,為什么雙核 CPU 能打敗四核 CPU?

之二十四:核”與“線程”對 CPU 工作效率的貢獻,各有千秋

之二十五:英特爾和 AMD 在“核戰(zhàn)場”上的殊死搏斗

之二十六:多核 MCU 的出路在哪里?

AMD

AMD

AMD公司成立于1969年,總部位于美國加利福尼亞州桑尼維爾。AMD(NYSE: AMD)是一家創(chuàng)新的科技公司,致力于與客戶及合作伙伴緊密合作,開發(fā)下一代面向商用、家用和游戲領域的計算和圖形處理解決方案。

AMD公司成立于1969年,總部位于美國加利福尼亞州桑尼維爾。AMD(NYSE: AMD)是一家創(chuàng)新的科技公司,致力于與客戶及合作伙伴緊密合作,開發(fā)下一代面向商用、家用和游戲領域的計算和圖形處理解決方案。收起

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電子產業(yè)圖譜

1996畢業(yè)于華東理工大學自控系,同年7月進入某大型國企擔任電氣員。2000年轉行從事硬件研發(fā)相關工作;后從事RFID相關產品的研發(fā)、設計,曾參與中國自動識別協(xié)會RFID行業(yè)標準的起草;歷任硬件工程師、主管設計師、項目經理、部門經理;2012年至今,就職于沈陽工學院,擔任電子信息工程專業(yè)教師,研究方向:自動識別技術。已經出版教材《自動識別技術概論》,職場故事《51的蛻變 》。