四核只是过家家千核“芯”时代即将来临

近日，英美科学家声称研制出一种超高速计算机芯片，运行速度是现有顶级台式计算机芯片的20倍。科学界称这是一项重大突破，相信在未来数年内能带领家庭计算机进入高速新时代。

其实“多核”这个词已经流行很多年了，世界上第一款商用的非嵌入式多核处理器是2002年IBM推出的POWER4。当然，多核这个词汇的流行主要归功与AMD和ntel的广告，Intel与AMD的真假四核之争，以及如今的电脑芯片市场上全是多核处理器的事实。现代个人电脑很多都已经内置双核、4核或16核处理器，如今，美英研究人员开发的中央处理器(CPU)将1000个内核有效集成于一个芯片上。这项突破或将在今后几年开启一个超高速运算的新时代，使家庭用户不再对运行缓慢的电脑系统感到沮丧。

这种名叫“现场可编程门阵列”(以下简称“FPGA”)的芯片，使得微晶片就像都含有数百万个晶体管一样，而晶体管也是作为任何电子线路基础的微型开关。不过，FPGA芯片的好处是，可由用户配置安装到特定电路，而不是在出厂时就设定好它们的功能。这样一来，用户可以将晶体管划分成一个个“小群体”，要求每个“小群体”执行不同的任务。

正是如此，通过在FPGA芯片中构造000多个微型电路，研究人员事实上是把芯片变成了一个千核处理器，使其中每个核心都依照自己的指令运行。在进行试验的时候，这块超高速芯片平均每秒可处理约GB数据。换句话说，它的运行速度是现有计算机芯片的20倍。而且这种新型“超级”电脑要比现在电脑绿色的多，虽然其运行速度快得多，但消耗的能量却大大减少，更加环保。

这项研究是由英国格拉斯哥大学的韦姆·范德堡韦德(Wim Vanderbauwhede)博士和美国马萨诸塞大学卢维尔分校的同行共同实施。对此，范德堡韦德博士说：“FPGA芯片目前没有应用于标准家庭用电脑上，原因是虽然FPGA芯片的处理能力强大，速度更快，能耗也相当低，但对FPGA芯片的编程相当困难。”

＞＞ 英特尔公司和ARM等厂商都曾宣布，他们研制出了将传统CPU和FPGA结合在一起的微处理器将加速千核“芯”时代的来临。

最初的多核处理器集成的处理器核数量较小，典型的特点就是互连方式是以总线和交换开关为主，而每个核结构相似功能较为强大。这种设计也该可以看作传统一个主板上多处理器结构在片上的集成，主要的创新来源于摩尔定律指导下半导体技术进步带来的集成度提高，体系结构的创新并不明显。虽然当前市场上销售的家用电脑大多数内核普遍超过一个，可以同时实施不同任务，但传统多核处理器只能共用一个存储源，这大大降低了运算速度。

有一个很明显的问题是，到底用少数几个强大的单核，还是很多简单的单核最能优化处理器设计呢？问题的困境是：如果每个核很强大，其能提供的总指令吞吐率与其功耗或面积成本呈亚线性关系，投入产出效率较低，但是如果每个核很简单，那么单线程的性能很低，而不幸的是每个应用程序总是有一部分没法并行化，这部分将最终决定整个程序的性能。一个程序到底有多大部分是必需串行执行的？如果这个部分很大，那么少数几个强大的单核是比较理想的方案，而如果这个部分很小，那么倾向于使用更多的较简单的核。最为理想的方案是一个异构多核的设计，这样串行的部分能在一个强大的单核上加速，而可以并行的部分则通过很多很小的核来提速。而范德堡韦德的研究团队正是给每个内核分配一定量的专用存储空间，从而达到加快处理器的运算速度的目的。

范德堡韦德博士说：“虽然这还只是初期概念验证研究，我们仍试图展示对FPGA编程的便捷方式，令其超高速处理的潜力可以在不久的将来更为广泛地应用于计算机和电子设备上。虽然现有许多技术充分使用FPGA芯片，如等离子电视、液晶电视和电脑网络路由器，但它们在标准台式机上的应用却十分有限。”

不过，包括英特尔公司和ARM等厂商都曾宣布，他们研制出了将传统CPU和FPGA结合在一起的微处理器，这近一步加速了千核“芯”时代的来临。范德堡韦德认为此类处理器会得到更广泛的应用，有助于在今后几年进一步提升电脑运算速度。”