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多核時代,嵌入式編程和應用之出路

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作者: 時間:2007-09-07 來源:電子產品世界 收藏

2007年7月中旬,英特爾公司在大連召開“2007英特爾中國多核技術學術論壇”,來自全國40多所高校的近百名教師濟濟一堂,探討多核時代的軟件編程方法和應用方案。

摩爾定律=晶體管預算+最低功耗+最低成本

Intel副總裁兼中國產品開發總經理王文漢博士指出,摩爾定律也隨著時代的變遷而變換著內容。1965年誕生的摩爾定律預測每兩年晶體管的密度翻一番。最早是在芯片上晶體管密度提高;后來變為速度提升,即CPU的主頻越來越快;此時又帶來了散熱問題,因此現在追求能耗的降低。既追求密度、又追求功耗和成本的結果,就誕生了多核。

Intel處理器目前的主頻不是追求快,但密度要高,因此未來1~2年多核將獨領風騷,到2008年,10個Intel處理器中有8個是多核。今后3~5年,Intel將沒有單核。

不過,過去CPU沒有多核,現在多核編程與單核之間的落差非常大,所以市場上對多核軟件的需要產生了迫切要求,同時為軟件開發人員帶來了機會。在多核軟件領域,沒有第一也沒有最后,全世界都站在同一條起跑線上,希望中國的軟件工程師抓住此機會。

多核環境下軟件的特點是:開源,虛擬化,圖形化,并行性。據Gartner Dataquest于2007年2月公布的報告,今后5年開源軟件的年增長率將達到24.3%。過去采用分時化,現在是虛擬化:一個高速處理器可以虛擬成多個計算單元;同樣,多核也可虛擬成一個高速處理器。現在的Silicon Life(硅時代)非常注重有好的圖形效果,例如google圖形搜索,游戲中3D場景出現,因此下一代軟件將在圖形上下足功夫。涉及到未來多核的應用方式,如何進行并行化編程,如何利用多核的龐大的計算功能?這是一個巨大的挑戰。

圖1 多核環境下軟件的特點

多核編程的挑戰

多核的產生是計算機系統結構發展之必然,這也帶來了設計思想的根本轉變。

武漢大學電子信息學院楊劍鋒副教授認為,多核的困難之處在于答案是無解的。他以一個小學生的奧數題進行舉例:在一個三角形中放入小三角形,再放入一條線,讓同學們數里面有多少三角形,結果每個同學數出的結果是不同的。他又把同學們分成幾人一組,以團隊的形式數,結果每組正確率大大上升。楊教授的結論是:多核會產生時間線程的不同,因此多核、多線程就像解三角形這類數學題,解題時要考慮到各種情形,尤其困難之處在于每個程序員的方法別人是難以模仿和檢驗的。通過多人的集體智慧,成功率可大大提高。

浙江大學計算機學院的陳天洲教授指出,開發多核軟件需要市場上出現多核編譯器。他說:“從單核到多核,移植是個大問題,尤其是軟件架構的移植。在單核時代,出現了操作系統,使人們看不見后面的硬件。目前能否有編譯器,使寫軟件的人,不論是寫Java還是C++,可利用編譯器自動把任務分配到多核上。這是個挑戰。”其他教授補充道,至于同構還是異構的,雙核還是32核的,任務是如何分配的,應該是后臺編譯器的工作。就像學開車、開飛機,沒必要先了解如何造汽車、造飛機。

英特爾亞太研發公司戰略拓展經理芮斌舉了另一個多核軟件的例子,有人問他:多核就像十月懷胎,肚子里的孩子如何能讓十個媽媽每人懷一個月?面對SMP(對稱多處理),有的應用只能串行,不能并行。芮斌的答案是,多核的任務是讓十個媽媽懷十個孩子。

可見,多核必須要找到用武之地,如果用不好,不僅浪費資源,而且更加耗電。浙大程教授指出:異構核適合比較密集的應用,例如多媒體視頻處理,壓縮/解壓縮,有個組合,一個主做,另一個輔助。不過,這當然帶來了很多的麻煩,包括軟件設計上的。

多核在的應用

“這些年來,技術方面總是滯后于PC;但現在差距在縮小。” Intel中國產品事業部技術市場經理王禾介紹道。由于Intel全面引入了多核,因此,Intel在努力尋找需要高性能、超低功耗的領域。

在商業上的應用,例如機場,現在大都是電子客票,每臺機器都是嵌入式計算機。美國賣CD、DVD的商店,有一個大型的計算機,有大型的存儲器和眾多觸摸屏,顧客可根據需要選擇不同的CD與DVD節目來試聽。777飛機上每個座位上都有一臺VoD(視頻點播)電視。工業自動化上的大型流水線。

無風扇也是多核的優勢,特別適合沒有噪音的場合。在醫療領域中,手術設備可采用多核處理器。一些人機交互產品也需要沒有噪音的多核產品。

在安全監控系統中,傳統模式是“攝像機+錄像機”,采用多核后,不僅一臺機器可以錄下內容,還能監控,同時完成存儲,并可很快被調出,而且還是多路。

在物流上,可以實現豐富的人機交換。例如連鎖商場連接至整個大型庫房網絡,這里如果缺貨,哪個州/省、哪家商店有立刻可以查到;另外,如何加密保護自己商店的內容也是下一步的課題。

由于多核是典型的高性能、低功耗,也很適合野外應用,例如地質儀器。

當然,嵌入式不是原始技術,是綜合技術。在應用之后,要讓人感覺不到多核。

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