多核处理器

发展动力

未来需求——性能需求永远无法终止；

杀手应用：

线延迟：如果串行达到1Tflop/s,芯片大小不能超过1.3mm，每个字约占3平方埃，或一个小原子的大小；

发热问题：

漏电流：

制造成本：摩尔第二定律

摩尔定律：

提高性能的手段：提高时钟频率；执行优化指令级并行(ILP)；

线程级并行(TLP）

同步多线程(SMT)--英特尔超线程：提供更多的资源-执行上下文(context)，如果遇到访存长延迟，可以立刻利用空闲资源；

芯片多处理(CMP)--多核处理器：

减少了资源竞争关系--同时使用资源；

需要显式多线程编程；

并发与并行：

并发：单个处理器运行多个进程

并行：

结构

基本思路：

• 使用更多晶体管增加更多简单的核，而不是增加处理器复杂度；
• SIMD思路：单指令多数据，减少指令流调度的开销；

CPU:

• Big Caches；
• Few Threads;
• 依赖于Cache和预取(Prefeching);

GPU

• Small Caches;
• Many Threads;
• 依赖于多线程;

现代处理器

• 采用更多核心(简单的核心)：支持线程级并行而不是指令集并行；
• 将指令流处理分配在多个ALU（SIMD）：以很少的额外成本增加计算能力；
• 使用多线程更有效地利用处理资源（隐藏延迟，填充所有可用资源）；

编程

挑战--Where are the threads?

• 让程序员写线程程序--困惑
• 自动并行化--不可能，但可以改进
• 使用线程模块；

硬件支持：

• 推断都线程
• 数据驱动的推断
• 硬件线程支持--轻量级同步

事务存储器

解决数据同步问题。

两个事务要具有原子性：

• 记录对变量的操作(Cache)，将中间数据保存在缓冲区；
• 确保没有数据冲突(Cache coherence)：恢复状态；提交状态(Processor&caches)；

IBM X10

对多核系统和集群系统提供统一的支持

高生产率：

• 语言设计注重可以执行和安全性

性能：

• 扩展了Java虚拟机
• 提供手工性能调整手段

在Java语言基础上开发

• 继承了Java语言的核心价值--高生产率，可移植性，成熟，安全

推测多线程：

没有数据依赖关系的代码段可以提前执行；

定位程序中可以有效并行执行的部分

• 预计算片具有较低的计算开销
• 工作负载平衡，A与B差别不应太大

预计算片的低开销

内存层次结构中的缓冲和多版本控制

• 缓冲将保持推测状态，直到线程被验证并可以提交；
• 多版本控制允许每个变量对并行运行的每个线程有不同的值；

快速检查数据依赖的错误推测