意法愛立信移動平臺多核處理技術(二)
PC單核處理器在2003 年達到散熱極限時,此后性能再也沒有增長的空間;而移動平臺則不同,智能手機時代始于2007 年,移動單核處理器還擁有巨大的性能提升空間,到今天為止,還沒有跡象顯示移動平臺性能飽和。
人們不禁要問:為什么移動平臺不同于PC 處理器,在單核性能達到飽和前就轉向多核處理器?
我們認為有兩個原因,第一個原因是,移動計算產品沿用數十年前的技術知識,特別是人們普遍知道,現代的操作系統能夠更高效地利用雙核處理器,高速緩存一致性和多任務處理操作系統等基本技術已經到位。因為能夠充分利用雙核處理器,就沒有必要再等。而且,這個過程進展得非常快;第二個原因是進攻性的營銷策略。
像大多數商用平臺一樣,CPU 在進入四核時代后的發展方向目前尚不清楚,PC 業的經驗告訴我們,即使多核處理器存在于市場10 年后,使用雙核以上的處理器對于大多數軟件是沒有實用意義,唯一的技術解釋是移動應用軟件比PC 軟件更易于多核處理,但是,我們在短時間內不會看到這種情況發生。
事實上,有說服力的技術原因根本就不存在。動機似乎都與市場營銷有關,因為智能手機市場競爭激烈,多核處理器是一個很有進攻性的武器。目前,廠商利用處理器內核數量使自己的產品保持差異化,甚至消費者也這樣做。具有諷刺意義的是,技術上沒有任何新發明,市場營銷上沒有新意,相同的廣告詞早在PC 多核問世時就被廣泛使用。像PC 機一樣,人們很快就會意識到,移動設備內的CPU 內核數量與產品帶給客戶的真正價值沒有直接關聯。
網絡瀏覽器是最重要的手機應用軟件之一,也是手機高性能CPU 的最大受益者,同時還是要求嚴格的PC 級應用軟件的一個實例,瀏覽器的性能非常重要,因為它直接影響用戶視覺互動性。隨著網絡帶寬不斷增加,今天的處理速度已處于臨界線,將來HTML5 rich API 和不斷增加的編程內容(javascript)對處理速度要求更高。網絡瀏覽器還是高效使用今天的雙核處理器的一個很好的實例,因為操作系統支持功能、軟件工程、人機互動(防止UI 死屏)、安全性和穩健性(不同處理過程中的多個標簽)的原因,瀏覽器引入了并行活動。但是,因為缺少充足的均衡的軟件并行技術,瀏覽器無法滿足雙核以上數理器的運行需求,測試結果顯示,處理器從雙核進化到四核,瀏覽器性能提升很小或根本沒有提升。
圖4 所示是在同一四核處理器硬件/軟件平臺上運行的兩款主流瀏覽器的測試成績,通過軟件設置(熱插撥)可以選擇不同的處理器數量,因此,測量結果完全是同一硬件/軟件環境的真實數據。在所有的配置中,工作頻率完全相同。相對分數是指在多次重復測量中若干個主流網站上的網頁加載時間的平均值,因此,這個用例代表了真實的網站瀏覽體驗,而不是人為的基準測試。當從單核切換到雙核時,速度提升30%是一個較好的成績,符合預期。然而,從雙核切換到四核時,處理速度只取得0-11%的提升。在雙核處理器上進行相似的測試,從單核切換到雙核時,處理速度提升高達50%。
另一方面,如前文分析PC 處理器時提到的,不論處理器有多少個內核,頻率提高總是有益于提升軟件性能。當對多核處理器方案進行比較時,這一點很重要,因為處理器內核增加會對頻率產生負面影響。互連線和存儲器等共享資源沖突,高速緩存、一致性電路的擴展受限,這些因素都會限制多核處理器的頻率提升。為提升多核處理器的總體頻率,需要使用軟件多核處理方法補償多核處理器降低的頻率。例如,我們在以前的折衷分析 [5]中提到,四核處理器的頻率比雙核處理器降低約27%,軟件必須有70%的代碼實現并行化,才能使四核處理器的性能優于雙核處理器,這是一個很大的比例,幾乎沒有應用軟件能夠達到這個水平,當然不是通過原生并行,因為取得如此高的平行化,需要特殊的專門的并行化工作。

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