处理器类型简介

2023-12-26 11:50:34

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多核处理器也称片上多核处理器(Chip?Multi-Processor,CMP)。

1.多核处理器的流行

多核出现前,商业化处理器都致力于单核处理器的发展,其性能已经发挥到极致,仅仅提高单核芯片的速度会产生过多热量且无法带来相应性能改善,但CPU性能需求大于CPU发展速度。尽管增加流水线提高频率,但缓存增加和漏电流控制不力造成功率大幅增加,性能反而不如之前低频率的CPU。功率增加,散热问题也严重了,风冷已经不能解决问题了。

那么新技术必须出现-多核处理器。早在1996年就有第一款多核CPU原型Hydra。2001年IBM推出第一个商用多核处理器POWER4,2005年Intal和AMD多核处理器大规模应用。

多核处理器越来越流行,无论在服务器、桌面、上网本、平板、手机还是医疗设备、国防、航天等方面。

我们来了解一下基础知识。

2.多核处理器分类-同构、异构

从硬件的角度来看,多核设计分为两类:

  • 如果所有的核心或CPU具有相同的构架,那么定义为同构多核(homogeneous);
    • 同构多核处理器中大多数由通用处理器核构成,每个核可以独立运行,类似单核处理器;
  • 如果架构不同,那么称为异构(heterogeneous)多核。
    • 异构多核处理器往往同时继承了通用处理器、DSP、FPGA、媒体处理器、网络处理器等。
    • 每个内核针对不同的需求设定的,从而提高应用的计算性能或实时性能。

目前的异构多处理器有:TI的达芬奇平台DM6000系列(ARM9+DSP)、Xilinx的Zynq7000系列(双核Cortex-A9+FPGA)、Cell处理器(1个64位POWERPC+8个32位协处理器)等等。

同构多处理器就比较多了,Exynos4412,freescale?i.mx6?dual和quad系列、TI的OMAP4460等,Intel的Core?Duo、Core2?Duo等。

3.?多核处理器运行模式-SMP、AMP、BMP

从软件的角度来看,多核处理器的运行模式有三种:

SMP-对称多处理,symmetric?multi-processing。

AMP-非对称多处理,asymmetric?multi-processing

BMP-边界多处理(翻译不确定),bound?multi-processing

以下是三种模式的特点和优点:

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简单的解释一下:

  • AMP
    • 多个核心相对独立的运行不同的任务,每个核心可能运行不同的操作系统或裸机程序,或者不同版本的操作系统。
    • 每个核心有自己的内存空间(同时会有共享的内存空间),另外两者之间还有一定的通信机制。
    • 但是有一个主要核心,用来控制整个系统以及其它从核心。具有主从模式。
      • 举个例子,比如一个主要核心控制用户界面UI,从核心控制数据采集以及输出。还有POS机,一个负责UI,一个负责交易。也就是两者负责不同的任务
      • 从硬件上来说,这种多处理模式可能是同构的,也可能是异构的,但大多情况是异构多处理器。如MCU+DSP,MCU+FPGA等。同构的当然也有。
      • 比如Xilinx就提供了案例,Sun公司的Solari4.1.3系统也支持AMP模式(从主从角度来看,而不是多个操作系统)。Mars?Board也可以运行AMP模式。

  • SMP
    • 对称多处理,这个是目前用的最多的,一个OS同等的管理各个内核,为各个内核分配工作负载。
    • 目前,大多数的系统都支持SMP模式,如Linux,Vxworks,windows。
    • 这种模式就是简单提高运行性能。比如PC机上双核、四核运行windows,linux等。
    • 所有的核心共享内存。
    • 另外,这种模式的通常都是同构多核处理器,因为异构的结构不同,实现比较复杂。

  • BMP
    • 边界多处理,和SMP类似,也是一个OS管理所有内核。
    • 但是不同的是,BMP中,开发者可以指定将某个任务仅在某个指定内核上执行。

4.多核处理器相关术语

AP-Application?Processor,应用处理器

  • 手机CPU中最主要的一部分,手机的系统运作还有APP的运行,靠的都是AP应用处理器。例如:苹果A9处理器指的就是AP。

BP-Baseband?Processor,基带处理器

  • 基带处理器管理的是手机一切无线信号(除了wifi,蓝牙,NFC等等),一款手机支持多少种网络模式,支持4G还是3G,都是由基带部分决定的。

CP-CoProcessor,协处理器

  • 在早期CP只用于解码视频和处理音频等等简单任务。但是各大厂商发现,CP的性能其实也可以很高,于是开始处理的东西越来越多。现在的CP已经可以处理虚拟现实,增强现实,图像处理,HIFI,HDR,传感器等等。

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