爲何CPU要從單核發展到多核？

前言

這裏首先直接給出結論：CPU從單核發展到多核的緣由是若是維持單核，則爲了提升CPU性能只能不斷提升時鐘頻率，從而會致使CPU功耗急速上升，致使機箱過熱，來不及散熱。

歷史

2004年，Intel CEO 貝瑞特曾爲奔騰4處理器的時鐘頻率沒法突破4GHZ而下跪道歉，並認可「兆赫神話」是錯誤的，即時鐘頻率並非CPU性能的所有。

 

CPU性能公式

CPU的性能是每秒執行的指令數。公式以下：

CPU性能 = 時鐘頻率 × IPC

 其中：

• 時鐘頻率=1/時鐘週期，時鐘頻率爲每秒執行的時鐘週期數，單位了Hz
• 時鐘週期是計算機中最小的工做單位，爲一個振盪須要的秒數
• IPC(Instruction Per Cycle): 一個時鐘週期完成的指令數，單位爲"指令/時鐘週期"

從中咱們能夠看出：

• 主頻並非CPU性能的所有，咱們還可以經過提升IPC來提升CPU性能，好比流水線、超標量等技術就是提升IPC的典型技術。
• 兩個不一樣廠商的CPU不能僅經過比較時鐘頻率來決定性能好壞，由於不一樣廠商CPU的架構不一樣，致使IPC不一樣。

CPU功耗

首先給出已知條件：

CPU功耗正比於"電流 × 電壓 × 電壓 × 主頻"

主頻正比於"電壓"

IPC正比於"電流"

咱們能夠看出：

CPU功耗正比於 "主頻的三次方"

CPU功耗正比於 "IPC"

所以：

• 增長主頻會以三次方的速度增長功耗，所以這就證實了只提升主頻並非個好主意。
• 增長IPC只會以線性的速度增長功耗。
• 若是咱們增長一倍IPC，減小一倍時鐘頻率，則根據CPU性能公式得：CPU性能不變，但CPU功耗減小了。

下圖爲一個笑話，即主板太熱均可以在上面煮雞蛋。

爲何多核是必然的發展趨勢？

緣由有兩點：

1. 根據Moore定律，集成電路上可容納的晶體管數量每18個月翻一番，所以CPU上的晶體管數量會愈來愈多。
2. 多核可以使得在減小時鐘頻率的同時增長性能（多核能增長IPC），但事實上目前程序員寫的軟件幾乎都不是針對多核環境寫的。

目前，世界上最快的計算機是中國的"天河2號"，CPU核數爲3120000，根據沙行勉教授的觀點，這種計算機通常只是爲了爭排名，根本不會實際使用，由於功耗太大。

雖然多核CPU是發展趨勢，可是程序員們的程序仍是依舊仍是老樣子，所以並行計算的學習是解決這個問題的方法。

參考文獻

[1] http://tech.sina.com.cn/roll/2007-06-04/1054327912.shtml

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Clock_speed

[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Instructions_Per_Cycle