Re: [請益] 為什麼CPU要作成多核心

看板ask-why (知識奧秘)作者sitos (麥子)時間17年前 (2008/12/05 09:54)推噓3(3推 0噓 2→)

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※ 引述《cpt (Obstacle 1)》之銘言： : ※ 引述《papayamilk (木瓜牛奶)》之銘言： : : 為什麼現在CPU要作成多核心 : : 是因為單核頻率接近物理極限上不去了嗎 : : 謝謝 : 其實不盡然 : CPU 時脈要更快也不是辦不到 (雖然技術上是個大挑戰) : 但影響電腦速度的瓶頸已不是 CPU clock : 而是記憶體的時脈, 和印刷電路板層級的排線頻寬 : 當 CPU 外部頻寬成為瓶頸時, 與其加快 CPU 時脈 : 不如維持適當的時脈, 但在單位時間內做更多的運算 : "直接拿幾顆現有的 CPU 接起來做平行運算" 就是多核 CPU 的構想之一 : 另外一個行銷上的好處是 : 消費者早已有 "時脈又快一倍, 該升級 CPU 了" 這種觀念 : 把這種觀念改成 "核心數又多一倍, 該升級 CPU 了" : 心理上的效果是一樣的 : "時脈"或"核心數"這類具體指標的存在, 在行銷上是非常重要的這個問題很複雜，幾乎任何簡單的答案都是不精確的。 1. 單核頻率並未達到物理極限，前面有人提到的奈米極限，指的是一個電子通道需要的最小大小，那是製程的極限，不是時脈的極限。只要加更大的電壓，就算導線電阻很大，一樣可以縮短充電的時間。所以時脈可不可以繼續往上衝，可以，但會造成其它問題。 2. 為了要達到更高的時脈，需要做的是把管線(pipeline)切得更細，但每一個 pipeline stage 仍可以完成部份的工作。切系 pipeline 雖然可以拉高時脈，提升指令層的平行度 (Instruction level parallelism ， ILP)，但同時會讓整體設計更加複雜。導致更多的耗電。 3. 單純提高時脈對效能的提升有限， cpt 提到的記憶體過慢是一個問題，記憶體的問題可以用 cache 或 on-chip memory 來解，但即使如此，時脈對效能的幫助是 sub-linear 的。因此單純提升時脈對效能的好處，還不夠多。但，時脈的限制其實不是導向多核心的關鍵。單純只是把舊的 cpu 拉高時脈，是可以做的，但這樣顯然不是一種「進步」。過去的 cpu 效能在進步，除了時脈以外，製程進步導致可以放入更多電晶體，才是最大的進步。包括 on-chip cache (過去的 cache 還有 off-chip 的)， TLB 、 branch predictor 、 issue window 、 reservation stations 等等，這些機制可以讓處理器找到更多的事做，並讓事情更早做完。過去當製程在進步，一個晶片可以放入更多電晶體的時候，都是拿去做這些東西。但這些東西的複雜度通常是和量的平方成正比，耗電也和平方呈正比，因此繼續拿電晶體去做這些事，耗電會控制不住。當 cpu 的耗電過高，主機板無法給那麼多的電，散熱器帶不走熱，整台電腦就爆了。所以，為了降低單個核心的複雜度與耗電，設計處理器時已經不願在「加大」單一核心，但對於生產一個晶片而言，仍有多餘的電晶體可以使用，所以，就做多個核心。事實上多個核心並不是「想要去做」而是「不得不做」。因為沒有其它選擇了。更強的單核心可以加快所有的運算，但更多的核心只能加快平行運算 (某個層面上來說，事實上也有多核心加快 single-thread app 的研究)，對效能來說，多核心顯然是一個比較差的電晶體使用法。但同時考慮耗電與散熱的問題，強大的單核心根本是不可行的。 -- 活著的目的是為主活然後為主死死亡的目的是為主死然後為主活 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 140.112.31.132