片上多核处理器架构
多核处理器体系结构及并行程序设计

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Floating Point
Integer
Floating Point
Integer
L1 D-Cache and D-TLB
L1 D-Cache and D-TLB
Even 2 floating point threads can be executed at the same time now (per processor) as there are multiple floating point execution units
– 只共享系统总线,独立缓存 – 高性能,资源冲突少
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双核技术 VS. 超线程技术
• 双核是真正意义上的双处理器
– 不会发生资源冲突 – 每个线程拥有自己的缓存、寄存器和运算器
• 一个3.2GHz Smithfiled在性能上并非等同于3.2GHz P4 with HT 的2 倍
Integer
Rename/Alloc uop Queues Schedulers
BTB & I-TLB Decoder
Trace Cache
Floating Point
uCode ROM
2 threads CANNOT be executed at the same time (per processor) if
BTB & I-TLB Decoder
Trace Cache
Floating Point
uCode
ROM
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多核技术与超线程技术的结合
Dual Core
2 threads/socket
Dual Core with Hyper-Threading
Cavium 新款多核处理器采用MIPS公司MIPS64TM 架构

Cavium 新款多核处理器采用MIPS 公司
MIPS64TM 架构
为数字家庭、网络和移动应用提供业界标准处理器架构与内核的领导厂商美普思科技公司(MIPS Technologies,Inc)宣布,其MIPS64TM 架构已获得Cavium 用来开发新款28 纳米OCTEON III MIPS64 系列多核心处理器。
Cavium 是网络智能处理、通信和数字家庭应用的领先半导体供应商。
OCTEON III 处理器专为企业、数据中心、存取和服务供应商市场而设计,这些市场对于数据、语音和视频融合的支持要求正日益提升。
为满足该
需求,Cavium 推出的OCTEON III 系列产品整合了 1 到48 个主频最高为2.5GHz 的MIPS64 内核,每颗芯片可提供高达120GHz 的64 位计算能力。
Cavium 的上一代OCTEON II 处理器系列日前刚刚获得The Linley Group 颁发的2011 年最佳嵌入式处理器大奖。
OCTEON III 处理器系列以此获奖的产品为基础,纳入更多的内核与特性,以满足云计算、高端核心和
边缘路由器、城域以太网、企业交换机、3G/4G/LTE 基站、企业安全网关与设备、存储网络和移动核心骨干网设备等市场。
Cavium 首席运营官Rajiv Khemani 表示:通过运用业界标准的MIPS64 架构和其过去20 多年构建的广泛生态系统,我们能以标准ISA 提。
Cavium新款多核处理器采用超高性能MIPS64TM架构

品整合了 1 4 个主频最高为 2 G z M P 6 到 8 . H 的 IS4 5
力。
这款全新 M U是从瑞萨 P系列 M U衍 生而 C C V 5E P 80 2C U内核 , 可确保极佳 的实时工作性能 , 并
配备 了用 于 电机 控制 的丰 富的外 设功 能 。瑞 萨 P系 列 MC U被 广泛 用作 面 向汽 车应 用 的 电机 控制 系 统 解决 方案 。结 合 P系列 的双核锁 步 和片上 旋变解 码 器 , 80 2P4 E微 控 制器 完 全 符 合 IO22 2安 V 5E /J一 S 66
A im 公 司 近 1宣 布 ,hu ei e 已包 hu 3 A im D s nr现 g
含 F D 公司的全系列板级 I TI c元件解决方案 , 通过 加 速全 定制模 拟 和数字 电路设计 的分析 、建模 与优
A imLv hu i e网站 即可获得 。 hu ei e 用户场而设计 , 这些市场对 上旋变解码器 。这款全新微控制器可提高汽车控制 于数据 、语音和视频融合 的支持要求正 1 3 益提升。 为满足该需求 ,ai Cv m推 出的 O T O I u C E NI 系列产 I 系统的性能并降低其系统成本 ,其 中包括 H V E  ̄V
内核 , 每颗芯片可提供高达 10 H 的 6 位计算能 来 , 于 3 2G z 4 属 2位 V80 ICMC 57RS U家 族 。它 采用 瑞 萨
Cvu 的上 一 代 O T O 处 理 器 系 列 日前 aim C E NI I 刚 刚获得 T e il ru h ne Gop颁 发 的 2 1 年 “ 佳嵌 L y 0 1 最 入式处 理器 ”大奖 。O T O I C E NI 处理 器系列 以此 获 I 奖 的产 品 为基础 , 纳入更 多 的 内核 与特 性 , 以满足 云 计 算 、 端 核心 和边 缘 路 由器 、 域 以太 网 、 业 交 高 城 企
集成电路的片上系统集成与设计技术手段

集成电路的片上系统集成与设计技术手段集成电路(IC)是现代电子设备的核心组成部分,它通过将大量的微小电子元件,如晶体管、电阻、电容等,集成在一块小的硅片上,实现了复杂的功能。
随着科技的快速发展,集成电路的功能越来越强大,片上系统(System-on-Chip, SoC)的概念应运而生。
片上系统集成与设计技术手段成为集成电路领域的重要研究方向。
1. 片上系统集成片上系统集成是指将整个系统或多个系统集成在一块集成电路芯片上,从而实现各种功能。
这种集成方式可以大大缩小系统的体积,降低功耗,提高性能和可靠性。
SoC的集成度可以从简单的微处理器核心和几块模拟电路,到复杂的包含多个处理器核心、图形处理单元、数字信号处理器、存储器、接口等全功能系统。
2. 设计技术手段为了实现高集成度的片上系统,设计人员需要采用多种先进的设计技术手段:2.1 硬件描述语言(HDL)硬件描述语言是用于描述电子系统结构和行为的语言,如Verilog和VHDL。
通过使用HDL,设计人员可以在抽象层次上描述整个系统,而无需关心底层电路的具体实现。
这使得设计人员能够更加专注于系统的功能和性能,提高设计效率。
2.2 库和IP核心在片上系统集成过程中,利用已有的库和IP(Intellectual Property)核心可以大大缩短设计周期。
库提供了常用的模块,如乘法器、加法器等;IP核心则是预先设计好的模块,如处理器核心、DSP核心等。
通过复用这些模块和核心,设计人员可以快速构建复杂的片上系统。
2.3 综合和布局规划综合是将HDL描述转换为底层电路的过程。
在这个过程中,综合工具会考虑电路的性能、面积和功耗等因素,自动选择合适的电路实现。
布局规划则是确定电路在芯片上的位置和连接关系,其目标是优化电路的性能和功耗,同时满足面积和制造要求。
2.4 仿真和验证在设计过程中,需要进行多次仿真和验证,以确保设计的正确性和可靠性。
仿真是在软件层面上模拟电路的行为,验证则是通过测试芯片来验证电路的功能和性能。
多核CPU体系结构

1.3.2 片上多核处理器体系结构片上多核处理器(Chip Multi-Processor,CMP)就是将多个计算内核集成在一个处理器芯片中,从而提高计算能力。
按计算内核的对等与否,CMP可分为同构多核和异构多核。
计算内核相同,地位对等的称为同构多核,现在Intel和AMD主推的双核处理器,就是同构的双核处理器。
计算内核不同,地位不对等的称为异构多核,异构多核多采用“主处理核+协处理核”的设计,IBM、索尼和东芝等联手设计推出的Cell处理器正是这种异构架构的典范。
处理核本身的结构,关系到整个芯片的面积、功耗和性能。
怎样继承和发展传统处理器的成果,直接影响多核的性能和实现周期。
同时,根据Amdahl定理,程序的加速比受制于串行部分的比例和性能,所以,从理论上来看似乎异构微处理器的结构具有更好的性能。
CMP处理器的各CPU核心执行的程序之间需要进行数据的共享与同步,因此其硬件结构必须支持核间通信。
高效的通信机制是CMP处理器高性能的重要保障,目前比较主流的片上高效通信机制有两种,一种是基于总线共享的Cache结构,一种是基于片上的互连结构。
总线共享Cache结构是指每个CPU内核拥有共享的二级或三级Cache,用于保存比较常用的数据,并通过连接核心的总线进行通信。
这种系统的优点是结构简单,通信速度高,缺点是基于总线的结构可扩展性较差。
基于片上互连的结构是指每个CPU核心具有独立的处理单元和Cache,各个CPU核心通过交叉开关或片上网络等方式连接在一起。
各个CPU核心间通过消息通信。
这种结构的优点是可扩展性好,数据带宽有保证;缺点是硬件结构复杂,且软件改动较大。
如何有效地利用多核技术,对于多核平台上的应用程序员来说是个首要问题。
客户端应用程序开发者多年来一直停留在单线程世界,生产所谓的“顺序软件”,但是多核时代到来的结果是软件开发者必须找出新的开发软件的方法,选择程序执行模型。
程序执行模型的适用性决定多核处理器能否以最低的代价提供最高的性能。
多核处理器片上存储系统研究

( t n l yL b rtr r aall n s iue r c sig S h o f o ue ce c , Na o a Ke a oaoyf r l dDi r tdP o e s , c o l mp tr in e i oP ea tb n oC S Na o a Unv ri f fn e e h oo y C a g h 1 0 3 t n l iest o e s c n lg , h n s a 0 7 ) i y De T 4
我国具有独立 自主知识 产权 的多核处理器研究技术发展
标量和超长指令字结构 的单核处理器相 比,多核处理器 已经 在 We 服务和联机事务处理等线程级并行性较高的商业服务 b
领 域表 现 出 明显 的竞 争 优 势 。
相对缓慢 ,与国外相比还有较大的差距,多家研究单位对多 核 处理器体系结构 的研究和实验 已经处于积极开展之中 。 J
提高 。本文从 目前国内外多核处理器研究现状 出发 ,分析几
款典型的多核处理器片 上存储系统的设计特点 ,对 多核处理
器片上访存系统的研究热点和面临挑战进行分析和讨论。
的整数寄存器文件 和 03K . B的浮点寄存器文件 , 每核私有独 立的 1 B一级指令 cce和 8 B的数据 cce 6K ah K ah 。片上集成
了4 MB的 L 一ah ,划分为 8个 B n ,1 2cce ak 6路组相联 ,采用 伪随机替换策略,L 一ah 访问采用 9栈流水 。另外,片 内 2cc e 集成 了4个存储访 问控制单元来处理 L 一ah 与片外 D A 2cce R M
片上系统(SOC)技术题集
片上系统(SOC)技术题集一、选择题1. 片上系统(SOC)中的微处理器通常不包括以下哪种类型?()A. 精简指令集(RISC)处理器B. 复杂指令集(CISC)处理器C. 超长指令字(VLIW)处理器D. 数字信号处理器(DSP)答案:D2. 以下关于片上系统(SOC)中存储器的描述,错误的是()A. 片上存储器通常包括静态随机存储器(SRAM)B. 动态随机存储器(DRAM)常用于片上系统的高速缓存C. 片上存储器还可能包含只读存储器(ROM)D. 闪存(Flash Memory)可用于片上系统的非易失性存储答案:B3. 在片上系统(SOC)的总线架构中,以下哪种总线主要用于连接高速设备?()A. 先进高性能总线(AHB)B. 先进系统总线(ASB)C. 外围设备总线(APB)D. 片上互联总线(OCB)答案:A4. 片上系统(SOC)设计中的硬件描述语言,以下不属于的是()A. Verilog HDLB. VHDLC. SystemVerilogD. C++答案:D5. 关于片上系统(SOC)中的时钟管理单元,以下说法正确的是()A. 负责产生不同频率的时钟信号B. 只用于同步数字电路C. 对系统性能没有影响D. 不需要考虑功耗问题答案:A6. 以下哪种不是片上系统(SOC)中的常见接口标准?()A. USBB. PCI ExpressC. SATAD. AGP答案:D7. 片上系统(SOC)中的电源管理模块的主要功能不包括()A. 降低系统功耗B. 提供稳定的电源电压C. 实现电源的动态调整D. 进行数据处理运算答案:D8. 在片上系统(SOC)的验证方法中,以下不属于功能验证的是()A. 模拟验证B. 形式验证C. 硬件加速验证D. 可靠性验证答案:D9. 片上系统(SOC)的可测试性设计(DFT)技术不包括()A. 边界扫描测试B. 内建自测试C. 逻辑模拟测试D. 扫描链测试答案:C10. 以下关于片上系统(SOC)中的模拟/混合信号模块的描述,不正确的是()A. 包括模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)B. 对噪声不敏感C. 可能需要特殊的工艺和设计技术D. 性能会受到工艺偏差的影响答案:B11. 片上系统(SOC)的封装技术中,以下不是关键考虑因素的是()A. 散热性能B. 引脚数量C. 成本D. 软件开发难度答案:D12. 关于片上系统(SOC)中的知识产权(IP)核,以下说法错误的是()A. 可以是软核、硬核或固核B. 一定是由芯片制造商自主研发C. 可以提高设计效率D. 需要进行集成和验证答案:B13. 片上系统(SOC)的低功耗设计技术不包括()A. 动态电压频率调整(DVFS)B. 门控时钟技术C. 增加晶体管尺寸D. 多阈值电压技术答案:C14. 以下不是片上系统(SOC)中的安全机制的是()A. 加密引擎B. 身份认证模块C. 图形处理单元(GPU)D. 访问控制逻辑答案:C15. 片上系统(SOC)中的通信协议不包括()A. I2CB. SPIC. HDMID. OpenGL答案:D16. 关于片上系统(SOC)中的实时操作系统(RTOS),以下描述错误的是()A. 具有高实时性B. 资源占用少C. 不支持多任务处理D. 常用于嵌入式系统答案:C17. 片上系统(SOC)的集成度不断提高,以下不是其带来的挑战的是()A. 设计复杂度增加B. 测试难度降低C. 信号完整性问题D. 功耗管理困难答案:B18. 以下哪种不是片上系统(SOC)中的嵌入式存储类型?()A. eDRAMB. MRAMC. SRAMD. HDD答案:D19. 片上系统(SOC)中的片上网络(NoC)的主要优势不包括()A. 提高通信效率B. 降低布线复杂度C. 增加系统功耗D. 支持并行通信答案:C20. 关于片上系统(SOC)中的验证平台,以下说法不正确的是()A. 可以基于软件进行模拟B. 只能使用硬件进行验证C. 可能包括仿真器和原型开发板D. 有助于提高验证效率答案:B21. 在片上系统(SOC)中,以下哪种组件通常用于实现高速数据缓存?()A. 静态随机存储器(SRAM)B. 动态随机存储器(DRAM)C. 闪存(Flash Memory)D. 只读存储器(ROM)答案:A22. 对于片上系统(SOC)的电源管理组件,以下描述不正确的是()A. 能实现不同电压域的管理B. 仅关注核心组件的供电C. 有助于降低系统功耗D. 包括降压转换器和稳压器答案:B23. 片上系统(SOC)中的模拟数字转换器(ADC)组件,其主要性能指标不包括()A. 分辨率B. 转换速度C. 存储容量D. 信噪比答案:C24. 以下哪种组件在片上系统(SOC)中负责实现硬件加密功能?()A. 加密协处理器B. 图形处理器(GPU)C. 数字信号处理器(DSP)D. 直接内存访问控制器(DMA)答案:A25. 片上系统(SOC)中的实时时钟(RTC)组件,其特点不包括()A. 低功耗运行B. 高精度计时C. 占用大量芯片面积D. 通常由电池供电答案:C26. 在片上系统(SOC)中,以下哪个组件用于实现系统的复位功能?()A. 复位控制器B. 时钟发生器C. 中断控制器D. 看门狗定时器答案:A27. 关于片上系统(SOC)中的DMA(直接内存访问)组件,以下说法正确的是()A. 只能在内存与外设之间传输数据B. 会降低系统的数据传输效率C. 无需处理器干预即可进行数据传输D. 不支持突发传输模式答案:C28. 片上系统(SOC)中的UART(通用异步收发传输器)组件,常用于()A. 高速并行数据传输B. 短距离无线通信C. 低速串行通信D. 音频信号处理答案:C29. 以下哪种组件在片上系统(SOC)中用于产生精准的时钟信号?()A. 锁相环(PLL)B. 计数器C. 移位寄存器D. 译码器答案:A30. 片上系统(SOC)中的温度传感器组件,其输出通常为()A. 模拟电压信号B. 数字脉冲信号C. 串行数据D. 并行数据答案:A31. 在片上系统(SOC)中,负责处理音频信号的组件通常是()A. 音频编解码器B. 网络控制器C. 显示控制器D. 存储控制器答案:A32. 关于片上系统(SOC)中的USB(通用串行总线)控制器组件,以下错误的是()A. 支持多种传输速率B. 只能连接主机设备C. 遵循特定的通信协议D. 具备电源管理功能答案:B33. 片上系统(SOC)中的中断控制器组件,其主要作用不包括()A. 管理外部中断请求B. 确定中断优先级C. 执行中断服务程序D. 屏蔽不需要的中断答案:C34. 以下哪种组件在片上系统(SOC)中用于实现图像显示控制?()A. 显示引擎B. 蓝牙模块C. 以太网控制器D. 红外收发器答案:A35. 片上系统(SOC)中的SPI(串行外设接口)组件,其特点包括()A. 全双工通信B. 多主设备支持C. 高速数据传输D. 复杂的协议答案:A36. 在片上系统(SOC)中,用于实现无线通信功能的组件可能是()A. Wi-Fi 模块B. 模数转换器C. 数模转换器D. 定时器答案:A37. 关于片上系统(SOC)中的GPIO(通用输入输出)组件,以下说法正确的是()A. 只能作为输入端口B. 引脚数量固定C. 可配置为输入或输出D. 不支持中断功能答案:C38. 片上系统(SOC)中的I2C(两线式串行总线)组件,其通信方式为()A. 同步串行通信B. 异步串行通信C. 并行通信D. 无线通信答案:A39. 以下哪种组件在片上系统(SOC)中用于存储启动代码?()A. 高速缓存B. 引导 ROMC. 随机存储器D. 闪存答案:B40. 片上系统(SOC)中的CAN(控制器局域网络)总线控制器组件,常用于()A. 工业自动化领域B. 消费电子领域C. 航空航天领域D. 医疗设备领域答案:A41. 片上系统(SOC)技术的发展起源于以下哪个时期?()A. 20 世纪 70 年代B. 20 世纪 80 年代C. 20 世纪 90 年代D. 21 世纪初答案:C42. 在片上系统(SOC)技术早期发展阶段,以下哪个因素对其发展起到了关键推动作用?()A. 半导体工艺的进步B. 软件编程语言的创新C. 计算机体系结构的变革D. 通信技术的发展答案:A43. 以下哪个事件标志着片上系统(SOC)技术进入快速发展期?()A. 英特尔推出第一款集成度较高的 SOC 芯片B. 台积电研发出先进的制程工艺C. 移动设备对低功耗高性能芯片的需求增加D. 量子计算技术的突破答案:C44. 片上系统(SOC)技术发展过程中,以下哪种设计方法的出现极大提高了设计效率?()A. 自顶向下设计B. 自底向上设计C. 基于模块的设计D. 软硬件协同设计答案:D45. 在片上系统(SOC)技术的发展历程中,以下哪个阶段开始注重系统的低功耗设计?()A. 初期阶段B. 中期阶段C. 近期阶段D. 一直都很注重答案:C46. 片上系统(SOC)技术发展中,以下哪种封装技术的应用促进了芯片性能的提升?()A. BGA 封装B. CSP 封装C. QFN 封装D. 3D 封装答案:D47. 以下哪个领域的需求对片上系统(SOC)技术的发展产生了重要影响?()A. 工业控制B. 医疗设备C. 消费电子D. 以上都是答案:D48. 片上系统(SOC)技术发展的哪个阶段,多核架构开始广泛应用?()A. 早期B. 中期C. 近期D. 一直都有广泛应用答案:C49. 在片上系统(SOC)技术的演进过程中,以下哪个因素促使芯片集成度不断提高?()A. 市场竞争的加剧B. 客户对功能多样化的需求C. 制造工艺的改进D. 以上都是答案:D50. 片上系统(SOC)技术发展中,以下哪种验证技术的出现提升了芯片的可靠性?()A. 形式验证B. 功能验证C. 物理验证D. 以上都是答案:D51. 以下哪个时间段,片上系统(SOC)技术在汽车电子领域得到了广泛应用?()A. 20 世纪 80 年代B. 20 世纪 90 年代C. 21 世纪初D. 近十年答案:D52. 片上系统(SOC)技术发展历程中,以下哪个因素对其成本降低起到了关键作用?()A. 大规模生产B. 设计工具的优化C. 产业链的完善D. 以上都是答案:D53. 在片上系统(SOC)技术的发展过程中,以下哪个阶段开始引入人工智能相关的功能模块?()A. 早期B. 中期C. 近期D. 尚未引入答案:C54. 片上系统(SOC)技术发展中,以下哪种通信标准的出现推动了其在物联网领域的应用?()A. ZigbeeB. Bluetooth Low EnergyC. Wi-Fi 6D. 以上都是答案:D55. 以下哪个时期,片上系统(SOC)技术在图像处理方面取得了重大突破?()A. 20 世纪 90 年代B. 21 世纪初C. 近五年D. 近十年答案:D56. 片上系统(SOC)技术发展过程中,以下哪个技术的发展使得芯片的工作频率不断提高?()A. 散热技术B. 电源管理技术C. 时钟技术D. 以上都是答案:D57. 在片上系统(SOC)技术的发展历史中,以下哪个阶段开始重视芯片的安全性设计?()A. 早期B. 中期C. 近期D. 一直都重视答案:C58. 片上系统(SOC)技术发展中,以下哪种新兴材料的应用有望进一步提升芯片性能?()A. 石墨烯B. 碳化硅C. 氮化镓D. 以上都是答案:D59. 以下哪个事件对片上系统(SOC)技术的全球化发展产生了深远影响?()A. 互联网的普及B. 5G 通信技术的商用C. 国际贸易的自由化D. 以上都是答案:D60. 片上系统(SOC)技术的发展历程中,以下哪个阶段开始强调芯片的可重构性?()A. 早期B. 中期C. 近期D. 尚未强调答案:C61. 以下哪项不是片上系统(SOC)的主要特点?()A. 高集成度B. 低功耗C. 单一功能D. 小型化答案:C62. 片上系统(SOC)技术能够实现小型化的关键因素在于()A. 采用先进的封装技术B. 减少组件数量C. 提高芯片工作频率D. 降低电源电压答案:A63. 在片上系统(SOC)中,实现低功耗的常见技术不包括()A. 动态电压缩放B. 增加晶体管数量C. 门控时钟D. 睡眠模式答案:B64. 片上系统(SOC)的高集成度带来的优势不包括()A. 降低成本B. 提高性能C. 增加设计复杂度D. 减小系统体积答案:C65. 以下关于片上系统(SOC)的实时性特点,描述正确的是()A. 所有任务都能在规定时间内完成B. 只适用于对实时性要求不高的应用C. 实时性不受系统负载影响D. 不需要考虑任务优先级答案:A66. 片上系统(SOC)的可扩展性特点体现在()A. 能方便地添加或删除功能模块B. 集成度固定不可改变C. 性能无法进一步提升D. 对新的技术不兼容答案:A67. 以下哪项不是片上系统(SOC)可靠性特点的保障措施?()A. 冗余设计B. 错误检测与纠正C. 降低工作温度D. 频繁更新软件答案:D68. 片上系统(SOC)的高性能特点主要通过以下哪种方式实现?()A. 降低时钟频率B. 减少缓存大小C. 优化系统架构D. 增加系统延迟答案:C69. 关于片上系统(SOC)的智能化特点,以下错误的是()A. 具备自适应能力B. 完全依赖人工干预C. 能进行智能决策D. 具有学习能力答案:B70. 片上系统(SOC)的并行处理特点能够()A. 提高单个任务的处理速度B. 同时处理多个任务C. 降低系统资源利用率D. 增加任务执行时间答案:B71. 以下哪项不是片上系统(SOC)灵活性特点的表现?()A. 支持多种工作模式B. 硬件架构固定不变C. 可根据需求定制功能D. 能够适应不同应用场景答案:B72. 片上系统(SOC)的保密性特点主要通过以下哪种方式实现?()A. 公开系统架构B. 加密关键数据C. 减少安全模块D. 降低系统防护级别答案:B73. 关于片上系统(SOC)的兼容性特点,以下正确的是()A. 只能与特定设备兼容B. 支持多种接口和协议C. 无法与旧版本系统交互D. 限制了系统的应用范围答案:B74. 片上系统(SOC)的高效能特点体现在()A. 能源利用率低B. 计算效率高C. 存储容量小D. 通信速度慢答案:B75. 以下哪项不是片上系统(SOC)可重构性特点的优势?()A. 快速适应新需求B. 增加硬件成本C. 延长产品生命周期D. 提高系统灵活性答案:B76. 片上系统(SOC)的集成化特点导致()A. 系统复杂度降低B. 测试难度减小C. 芯片面积增大D. 开发周期缩短答案:C77. 关于片上系统(SOC)的高速通信特点,以下错误的是()A. 数据传输速率高B. 通信延迟低C. 信道带宽有限D. 不支持多通道通信答案:D78. 片上系统(SOC)的自适应性特点能够()A. 无视环境变化B. 根据工作负载自动调整性能C. 降低系统稳定性D. 增加系统功耗答案:B79. 以下哪项不是片上系统(SOC)高可靠性特点的影响因素?()A. 优质的原材料B. 复杂的电路设计C. 严格的生产工艺D. 频繁的系统升级答案:D80. 片上系统(SOC)的多功能特点意味着()A. 功能单一且固定B. 能满足多种应用需求C. 限制了系统的扩展性D. 降低了系统的性能答案:B二、填空题1. 片上系统(SOC)技术的优势之一是能够显著提高系统的(集成度),减少芯片外的组件数量,从而降低系统成本和(尺寸)。
适用于多核处理器的簇状片上网络设计
由于 其优 良的并行性、扩展性 和较高的通 信效 率 ,成为多核
处理器 系统最理想 的互联结构。除了通信互联结构的设计 ,
系统 的存 储机 制也直接决定 了多核处理器的性能、面积和功 耗 ,并且 系统的存储机 制与通信互联结构是密切相关的 。本 文综合考 虑这 2个 方面 的问题 ,提 出了一种适用于多核处理 器 的新型簇状片 上网络结构 。 很多文献提出了基于簇 状结构的层次化片上网络 ,其优
I
一 … … …
f 数 存 器 I 据储2
… … … … …
数 存 器 据储3
簇共享存储单兀 I
… … 一 一 J
簇单元中的 3个处理器轮流获得对 D MA 单元的控制权 。
在发送逻辑 中,处理器将控制命令写入发送任务 队列 中。发 送任务仲裁单元根据任务的优先级和前后顺序从 发送任务 队 列 中选取合适 的任务 ,送至发送任务处理器 单元去执行。发 送任务处理单元则根据控制命 令从簇共享存储器单元 中取 出 相应 的数据 ,并以数据包的形式发送至 目的端 DMA 单元。 在接 收逻辑 中,接收任务处理器单元分析所接收到的数据 包 内容 。如果是握手发送模式的应答包 ,那么它会将该 应答 包
me  ̄ . emut—o epo e s ru ig s c C ac ie tr a b an hg o mo Th li r rc so sn u h No rhtcu ec no ti ihc mmu c t n e ce c n m o ui z t nrto I e in a c nia o f in y a d me  ̄ tl ai ai. t sg i i i o d
英特尔多内核处理器架构
代号为“Montecito”的双核英特尔安腾处理器是第一款应用在服务器平台上的双核处理器。该处理器采用 90纳米制程,计划于 2005年下半年推出。此外,下一代“Montecito”芯片上装配超过 17亿个晶体管和 24MB 的高级缓存。英特尔计划于 2006年第一季度推出两款具有英特尔64位扩展技术的双内核英特尔至强处理器,这 两款产品专门为双处理器和多处理器平台进行了优化。
英特尔认识到,超线程(HT)技术必定能够提高多核产品的并行处理能力。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ展蓝图
英特尔计划在 2005年开始生产应用于笔记本电脑、台式机和服务器平台中的双核产品。英特尔在重要的产 品线中部署多内核处理器。多内核处理器成为英特尔平台核心的关键一环。
第一款用于台式机平台的英特尔双内核处理器代号为“Smithfield”,应用 90纳米制程,计划于 2005年 投放市场。英特尔计划于 2006年推出基于 65纳米制程的双核台式机处理器。
多内核处理器性能是英特尔以平台为中心方案的核心。多内核处理器可以提升性能、降低功耗,能够有效地 同步处理多个任务。多内核处理器具备的这些特性,为用户带来了超凡的家庭和商务使用体验。
使用说明
CPU架构解析探索现代电脑处理器的演变
CPU架构解析探索现代电脑处理器的演变一、介绍在现代电脑处理技术中,CPU架构是一个重要的组成部分。
CPU架构的演变是电脑处理性能发展的历程。
本文将从传统架构、多核架构和异构架构三个方面,来探索现代电脑处理器的演变。
二、传统架构早期的CPU架构采用的是单核心架构,这种架构只有一个处理器核心,无法同时处理多条指令。
后来,为了提高CPU的处理能力,就出现了超标量架构和超线程架构。
超标量架构指的是CPU可同时执行多个指令,并行处理多项任务的技术。
它可以通过单个指令发射口发射多条指令,同时并行执行多个指令,从而提高CPU的执行效率。
超线程架构采用将单核心看做双核心对待,将一个核心分为两个逻辑处理器。
这样可以使一个物理核心上同时处理两条线程,从而提高CPU的负载能力。
三、多核架构随着计算机的不断发展,CPU的性能需要更多的“核心”来满足工作和性能的需求。
多核架构就是采用多个CPU核心(两个及以上),同时处理多个任务。
多核架构可以被分为两种类型:对称式多处理和非对称式多处理。
对称式多处理表现为所有CPU核心都是对等的,所有核心可以同时执行相同量级的任务。
非对称式多处理则是各个处理器核心之间的架构并不相同。
四、异构架构异构架构是一个全新的CPU架构,其中CPU由多种类型的核心和处理器组成。
异构架构包括CPU,GPU和DSP等不同类型的处理器,以及一些专用的加速器,如Tensor Cores。
这种架构之所以被称为异构架构,是因为它允许计算机系统中的各个处理器随着需要而进行自适应或是异构化。
五、结论CPU架构的演变可以看出,现代电脑处理器的硬件性能的提升,必然是CPU型号、核心数、结构等多种因素的共同作用。
每个架构的提出都是为了提高CPU的性能与资源利用率,让电子设备有更快、更为高效、更为便捷的指令处理能力。
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Qi Zhang, USTC
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总线共享cache结构
❖每个CPU内核拥有共享的二级或三级cache (last level cache),用于保存比较常用的数据,并通过 连接核心的总线进行通信。
❖ 优点
➢ 结构简单 ➢ 通信速度高
❖ 缺点
➢ 基于总线的结构可扩展性较差
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❖ 程序执行模型的适用性决定多核处理器能否以最 低的代价提供最高的性能
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Intel Core微架构
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Intel双核
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Intel Conroe
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Intel Core微架构
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❖ Dedicated L1 and L2 cache per core helps performance of virtualized environments and large databases by reducing cache pollution associated with a shared L2 cache
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Intel四核
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Intel四核
Qi Zhang, USTC
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AMD双核
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AMD四核酷龙
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❖ Large shared L3 cache shares data between cores efficiently while helping reduce latency to main memory
❖ The L1 cache of AMD Opteron processors can handle double the number of loads per cycle as Second-Generation AMD Opteron processors to help keep CPU cores busy
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Cell处理器架构
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Tile64
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
TILE64™ Processor Block Diagram
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Tile64™ Processor Family
❖ The TILE64™ family of multicore processors delivers immense compute performance to drive the latest generation of embedded applications. This revolutionary processor features 64 identical processor cores (tiles) interconnected with Tilera’s iMesh™ on-chip network. Each tile is a complete full-featured processor, including integrated L1 & L2 cache and a non-blocking switch that connects the tile into the mesh. This means that each tile can independently run a full operating system, or multiple tiles taken together can run a multi-processing operating system like SMP Linux.
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发展趋势
❖ 提高处理器性能
➢ 提高主频 ➢ 更多核心
❖ 主频的提高带来功耗的提高,传统的体系结构技 术已面临瓶颈,纷纷转向多线程和多内核。
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片上多核处理器体系结构
❖CMP (Chip Multi-Processor)
➢ 将多个计算内核集成在一个处理器芯片中,从而提高 计算能力
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参考文献
❖ “多核程序设计”,清华大学出版社 ❖
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谢谢!
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❖ 多核时代到来后
➢ 软件开发者必须找出新的开发软件的方法,选择程序 执行模型。
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程序执行模型
❖ 编译器设计人员与系统实现人员之间的接口
➢ 编译器设计人员
将一种高级语言程序按一种程序执行模型转换成一种目标机 器语言程序
➢ 系统实现人员
该程序执行模型在具体目标机器上的有效实现
❖ 同构多核
➢ Intel,AMD
❖ 异构多核
➢ Cell (主处理核+协处理核)
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核间通信
❖ 硬件结构必须支持核间通信
➢ CMP处理器各核心执行的程序之间需要进行数据共 享和同步
➢ 高效的通信机制是CMP处理器高性能的重要保障
❖ 主流片上高效通信机制
➢ 基于总线共享的cache结构 ➢ 基于片上的互连结构
❖ The TILE64™ processor family slashes board real estate and system cost by integrating a complete set of memory and I/O controllers, thus eliminating the need for an external North Bridge or South Bridge. It delivers scalable performance, power efficiency and low processing latency in an extremely compact footprint.
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Features of Tile64
❖• 8 X 8 grid of identical, general purpose processor cores (tiles) • 3-way VLIW pipeline for instruction level parallelism • 5 Mbytes of on-chip Cache • 192 billion operations per second (32-bit) • 27 Tbps of on-chip mesh interconnect • Up to 50 Gbps of I/O bandwidth
❖ With a standard ANSI C programming environment, developers can leverage their existing software investment as well as utilize the vast body of Open Source code available. Tiles can be grouped into clusters to apply the appropriate amount of horsepower to each application. Since multiple operating system instances can be run on the TILE64™ simultaneously, it can replace multiple CPU subsystems for both the data plane and control plane.
片上多核处理器架构
Qi Zhang, USTC
Qi Zhang (张琦) CS, USTC
xiaoga@
Dec. 2007
提纲
Qi Zhang, USTC
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片上多核处理器
❖ IBM
➢ 2001,双核RISC处理器Power4 ➢ 2006,Cell处理器
❖ HP
➢ 2004,PA-RISC8800双核处理器
❖ SUN
➢ 2004,UltraSPARC IV双核处理器
❖ AMD
➢ 2005,Opteron(酷龙,服务器和工作站) ➢ 2005,Athlon 64 X2双核系列(速龙,台式机) ➢ 2007,Barcelona四核(巴塞罗那)
❖ INTEL
➢ 2006,Woodcrest (Xeon 5100) ➢ 2006,Clovertown四核
基于片上互连的结构
❖ 每个CPU核心具有独立的处理单元和cache,各 个核心通过交叉开关或片上网络等方式连接在一 起,各个核心间通过消息通信。
❖ 优点
➢ 可扩展性好 ➢ 数据带宽有保证
❖ 缺点
➢ 硬件结构复杂 ➢ 软件改动较大
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如何有效地利用多核技术?
❖ 现状
➢ 客户端应用程序开发者多年来一直停留在单线程世界, 生产“顺序软件”。