多核是提升系统性能的最快方法?

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虽然四核服务器经历了相当长的时间才在商业上获得成功,不过大家都认为,多核服务器才刚开始踏上演变之路。

Insight 64研究公司的分析师Nathan Brookwood说,随着我们日益临近2010年,基于x86的服务器在一块芯片上会拥有8到16个核心。原因在于: 增加更多的核心是提升系统性能的最快方法。他说,改进内存技术可以让系统性能提升5%~10%; 采用新的处理器架构有望再提升10%,但把处理器里面的核心密度增加一倍却可以让性能至少提升50%。

Brookwood说: “不妨比较一下四核处理器带来的性能提升和英特尔当初从奔腾3向奔腾4迁移的提升幅度。”尽管奔腾4采用了全新的微处理器架构,但性能只提升了大约20%; 相比之下,英特尔的首款四核至强处理器却承诺性能至少会提升40%。

在可预见的将来,似乎不会出现这种情况: 主流服务器的核心每两年增加一倍会收到越来越小的成效。大多数观察人士一致认为,处理器性能提升的必经之路将是: 到2009年8核,到2011年16核,到2013年32核。

Gartner 公司的分析师Martin Reynolds说: “核心越多,要做的事情总是越多。有了更多的核心,就能处理更多的工作。”

Brookwood说,现在才刚进入多核时代。“我们面前的路还宽着呢!”

不过话虽如此,还是不能确定业界如何才能抵达成功彼岸。英特尔和AMD采用了不同的四核设计方法。不过有些分析师认为,AMD想在多核市场真正赶超英特尔,最终可能不得不采取比较类似后者的方法。

多核历史

处理器生产商采用多核设计是为了解决一些根本性问题。半导体技术继续沿着英特尔公司创办人之一Gordon Moore早在1965年定下的路线发展。摩尔定律认为,一块特定芯片上的晶体管数量大概每两年就会翻一番。但把那么多的晶体管塞到很小空间引起的散热问题需要采用一种新方法才能实现性能的进一步提升。

晶体管数量在每两年翻一番的同时,芯片里面晶体管线宽也在不断缩小,这样才可以在特定尺寸的芯片里面塞入更多的晶体管。如今,领先的半导体厂商们都在生产线宽为90纳米或65纳米的芯片; 一些厂商会在今年晚些时候开始改用45纳米线宽。

但尽管晶体管预算在不断增加,微处理器设计技术继续提高芯片时钟频率、同时把散热控制在合理范围的能力却在几年前就开始遇到了障碍。总部设在华盛顿的Digital Power Group能源研究公司估计,如今的计算机耗用了美国发电总量的10%左右,到2015年这个数字还会翻一番。美国正考虑通过立法迫使企业和技术提供商减少能耗。

而通过改用一块芯片里面的多核设计,处理器生产商能够减少或者维持时钟频率,同时控制散发的有关热量。把同一尺寸的硅芯片里面可用的处理引擎数量增加一倍,同时维持稳定的功耗,这可以大幅提升总体性能。

英特尔商业客户部门总经理David Tuhy说: “这确实可以把性能提升到让人吃惊的新水平。我们的四核处理器性能比最好的双核处理器提升了50%以上,性能是早期单核至强的4.5倍。而功耗并没有增加。”

前方道路

在可预见的将来,核心数量似乎会一直不停地增加下去。英特尔近期宣布已研制出有80个核心的研究用芯片,预计功耗比当前的四核设计还要低。这款芯片恐怕要过5到8年才能实现商业化,但是其他厂商已经向市场推出了“大规模并行”处理器产品。

Sun在2005年年底推出了它的第一款多核SPARC处理器(代号为Niagara)。该芯片有8个核心,每个核心可执行4条独立线程,那样一块芯片就能执行总共32条独立线程。

Sun计划今年年中之前推出Niagara 2,它仍有8个核心,但每个核心可执行8条线程,总的执行线程达到了64条。Sun还计划2008年年中发布Rock处理器,这是另一款基于 SPARC的处理器,有16个核心。#p#

站在多核技术前沿的还有Azul Systems公司,这家公司自2005年以来一直在提供基于24核Vega处理器的服务器。去年12月,Azul又推出了新的服务器,采用其最新一代的拥有48个核心的Vega 2处理器。

早期用户

福利管理公司CitiStreet LLC是最早采用基于Vega 2的Azul Compute Appliance服务器的用户之一。CitiStreet LLC拥有7台这样的服务器,每台服务器有两颗48核处理器。这些系统应用于生产、灾难恢复、验收及测试等各种环境。

CitiStree 的CIO Barry Strasnick说,这些服务器让公司可以迅速扩展基础架构,以满足高速发展的要求,同时性能比之前使用的双核至强服务器提升了100%。他说: “以经济可行的方式应对我们遇到的增长,这需要很高的可扩展性和性能,而单单靠传统服务器无法满足这一需求。”

去年年底,Web和电子邮件托管服务提供商Concentric Systems公司从原来基于SPARC的单核服务器改用Sun基于Niagara的服务器。Concentric的总裁Barbara Branaman说,公司使用一台新服务器就能取代最多8台旧服务器。她说: “我们一直在寻找用更少设备处理更多任务的方法,这当然可以帮助我们减少能耗。同样的占地空间、同样的功耗,却能增强处理能力,这是一大优势。”

到目前为止,Concentric已部署了9台Sun Fire T2000 和基于Niagara的T1000服务器。她说,公司计划再增加5套系统,并期盼即将推出的基于Niagara 2的服务器能够进一步提升性能。

当《夏洛特观察家报》计划在今年晚些时候开始部署基于至强处理器的四核服务器时,这家报社的IT基础架构经理Geoff Shorter期望这可以大大提高虚拟化环境的密度。

这家报社已经开始把一些最关键的应用系统迁移到双核至强服务器上的虚拟化环境。在这个环境下,Shorter可以在每个处理器上运行7到12个虚拟服务器。他相信自己能做到这点: 在四核系统上,每个处理器可以运行15到30个虚拟服务器。他说: “如果你可以在一个硬件节点上运行10个虚拟服务器,那么这大概只需要12000美元; 而10台硬件服务器需要5万美元。”

带宽、软件及其他问题

不过Gartner的Reynolds警告,简单地迁移到多核系统并不能保证可以获得效率。IT管理人员必须事先进行一番规划,确保有足够的网络带宽来满足额外处理器核心的需求; 别外还要确保应用软件已经得到优化,可以充分利用多核环境。他说: “IT管理人员可不会因为电费太高而被解雇; 但如果无法满足本公司的计算需求,可能会被解雇。”

Reynolds解释,如果向拥有多核处理器的服务器迁移,企业还要全面评估软件许可证方面的影响。尽管微软已经承诺: 会继续按照处理器插座而不是处理器核心的数量来收取许可费,但是其他应用软件如何收取许可费还不是那么清楚。他说: “每家公司都要确保从双核系统改为四核系统后,不会面临一大笔许可证升级费用。”

芯片生产商对此声称,许可费不会是什么大问题。AMD 的皓龙营销主管Pat Patla说: “当初从单核改为双核时遇到了重大难题,不过现在我们对市场上的大多数许可证策略了解得相当透彻。”

戴尔服务器产品部门的高级经理Stori Waugh说,该公司一直在与各大应用软件和操作系统厂商紧密合作,以推行“按插座而不是核心的数量收取许可费”这项策略。她说,多达90%的软件厂商会采用按插座数量收取许可费的模式。

另一个问题是,针对早几代硬件设计的应用软件在多核处理器上运行起来效果如何。处理器生产商坚持认为,针对多核环境对应用软件进行优化的工作基本上已完成。他们表示,这项工作早在单核系统转向双核系统时就已经完成。

Brookwood也认为,把软件迁移到多核环境的“繁重任务”已在迁移至双核阶段完成,不过他强调,为了让新处理器发挥最佳性能,需要进行不断微调。他说: “这始终取决于具体的软件包。”

虚拟化技术这个例子就表明第三方软件开发商和芯片生产商在不断努力。Brookwood说,AMD和英特尔在过去的两年推出了带有硬件辅助虚拟化功能的双核x86处理器。VMware和微软等公司也在继续致力于优化各自的虚拟化软件,以便充分利用最新的处理器。他说: “最终的测试办法还是要看虚拟化技术是否适合IT专业人员、让应用软件运行得更好。”

分析师Markus Levy也是多核协会和嵌入式微处理器基准协会的会长,他表示,越来越多的应用软件会需要更高层面的优化工作。他说,换句话讲,仅仅让现有软件可以在核心密度更大的下一代处理器上运行还不够。他说: “就算等到英特尔使用16核心,到时也会需要额外的加速技术。随着增加的核心越来越多,我们会发现通用处理器只适用于某些任务,而对特殊加速技术的需求会有增无减。”

【编辑推荐】

  1. 龙芯多核处理器及虚拟机架构图解
  2. 英特尔阐述未来多核架构 推动市场产品细分化
  3. 携手英特尔 步入多核时代应用年
责任编辑:王观 来源: http://tech.ddvip.com
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