多核處理器中非確定性錯誤的調(diào)試技術(shù)研究項目摘要

多核心，也叫多微處理器核心，是將兩個或更多的獨立處理器封裝在一起的方案，通常在一個集成電路（IC）中。雙核心設(shè)備只有兩個獨立的微處理器。一般說來，多核心微處理器允許一個計算設(shè)備在不需要將多核心包括在獨立物理封裝時執(zhí)行某些形式的線程級并發(fā)處理（Thread-Level Parallelism，TLP），這種形式的TLP通常被認為是芯片級多處理。在游戲中，你必須要使用驅(qū)動程序來利用第二顆核心。

“多核心”、“雙核心”的定義在字面使用中有一定差距，他們通常指某些種類的中央處理器（CentralProcessing Unit，CPU），但是某些時候也應(yīng)用到DSP和SoC中。另外，某些情況中只適用于在同一個集成電路中的多核心微處理器。這些人將同一封裝中集成的獨立微處理器芯片稱做“多處理模塊”、“雙核心”等。除非特別說明，本文將使用“多核心”指代在同一集成電路中集成的CPU。

多核處理器代表了計算技術(shù)的一次創(chuàng)新。由于數(shù)字數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)的全球化，商業(yè)和消費者開始要求多核處理器帶來性能改進，這個重要創(chuàng)新就開始了；因為多核處理器比單核處理器具有性能和效率優(yōu)勢，多核處理器將會成為被廣泛采用的計算模型。在驅(qū)動pc安全性和虛擬化技術(shù)的重大進程過程中，多核處理器扮演著中心作用，這些安全性和虛擬化技術(shù)的開發(fā)用于為商業(yè)計算市場提供更大的安全性、更好的資源利用率、創(chuàng)造更大價值。普通消費者用戶也期望得到前所未有的性能，這將極大地擴展其家庭pc和數(shù)字媒體計算系統(tǒng)的使用。多核處理器具有不增加功耗而提高性能的好處，實現(xiàn)更大的性能/能耗比。

在一個處理器中放入兩個或多個功能強大的計算核產(chǎn)生了一個重大的可能性。由于多核處理器能提供比單核處理器更好的性能和效率，下一代的軟件應(yīng)用程序很有可能是基于多核處理器而開發(fā)的。不管這些應(yīng)用是幫助專業(yè)的電影公司以更少的投入和更少的時間完成更真實的電影，還是以更徹底的方法使得pc更自然和直觀，多核處理器技術(shù)將永遠改變計算世界。多核處理器表達了amd了解顧客需求并且開發(fā)最能滿足客戶要求產(chǎn)品的意愿。

微軟多核計算的主管Dan Reed稱，整個世界上很缺乏那些并行計算的研究人員，而一個間接的原因就是學(xué)院里對于并行計算的關(guān)注度不夠，而這些學(xué)院正是下一代軟件開發(fā)人員誕生的地方。越來越高的時鐘頻率導(dǎo)致應(yīng)用程序的代碼運行的越來越快，而對于當前多核處理器來講這一規(guī)則雖然成立，但卻有所不同。而這種不同可以做一個形象的比喻，那就是一部跑車和一輛學(xué)校的巴士。當跑車能夠以很快的速度飛奔時，巴士雖然比較慢，但它可以載著更多的人前行。問題就是，簡單地在計算機CPU上增加多個核并不能增加傳統(tǒng)應(yīng)用程序代碼的運行速度，這一結(jié)果是根據(jù)一項來自于Forrester研究公司的報告得出的。換句話說，復(fù)雜的工作需要拆分來填充這輛巴士上的空座位。Forrester的報告還談到：同時，當前四核處理器會激發(fā)更多的多處理器設(shè)計的思想，我們期待著2009年x86的服務(wù)器使用64個處理器核，并且2012年臺式機也可以實現(xiàn)這一夢想。

使得芯片的制造商以及主要的板級應(yīng)用的軟件廠商意識到多核編程的機遇和挑戰(zhàn)。?

布賴恩特直言不諱地指出，要想讓多核完全發(fā)揮效力，需要硬件業(yè)和軟件業(yè)更多革命性的更新。其中，可編程性是多核處理器面臨的最大問題。一旦核心多過八個，就需要執(zhí)行程序能夠并行處理。盡管在并行計算上，人類已經(jīng)探索了超過40年，但編寫、調(diào)試、優(yōu)化并行處理程序的能力還非常弱。

易觀國際分析師李也認為，“出于技術(shù)的挑戰(zhàn)，雙核甚至多核處理器被強加給了產(chǎn)業(yè)，而產(chǎn)業(yè)卻并沒有事先做好準備”?；蛟S正是出于對這種失衡的擔(dān)心，中國國家智能計算機中心主任孫凝輝告訴《財經(jīng)》記者，“十年以后，多核這條道路可能就到頭了”。在他看來，一味增加并行的處理單元是行不通的。并行計算機的發(fā)展歷史表明，并行粒度超過100以后，程序就很難寫，能做到128個以上的應(yīng)用程序很少。CPU到了100個核以上后，現(xiàn)在并行計算機系統(tǒng)遇到的問題，在CPU一樣會存在。“如果解決不了主流應(yīng)用并行化的問題，主流CPU發(fā)展到100個核就到頭了。現(xiàn)在還不知道什么樣的革命性的進展能解決這些問題?！睂O補充說。

實際上，市場研究公司In-Stat分析師吉姆克雷格(Jim McGregor)就承認，雖然英特爾已向外界展示了80核處理器原型，但尷尬的是，目前還沒有能夠利用這一處理器的操作系統(tǒng)。中科院軟件所并行計算實驗室副主任張云泉也持類似的觀點。他對《財經(jīng)》記者表示，這個問題實際一直就存在，但原來在超級計算機上才會遇到，所以，討論也多局限在學(xué)術(shù)界。而現(xiàn)在，所有用戶都要面對這樣的問題。

目前，多核心技術(shù)在應(yīng)用上的優(yōu)勢有兩個方面：為用戶帶來更強大的計算性能；更重要的，則是可滿足用戶同時進行多任務(wù)處理和多任務(wù)計算環(huán)境的要求。兩大巨頭都給消費者描繪出了使用多核處理器在執(zhí)行多項任務(wù)時的美妙前景：同時可以檢查郵件、刻錄CD、修改照片、剪輯視頻，并且同時可以運行殺毒軟件?；蛘呃猛慌_電腦，父親在查看財務(wù)報表，女兒在打游戲，母親在給遠方的朋友打網(wǎng)絡(luò)電話。但并不是所有家庭只有一臺電腦，也不是所有用戶都要用電腦一下子做那么多事，更何況目前的大部分應(yīng)用程序還并不能自動分割成多任務(wù)，分別交給多個核心去執(zhí)行。所以，對于大多數(shù)用戶來說，多核所帶來的實際益處，很可能并不明顯。而多核所帶來的挑戰(zhàn)，或者說麻煩，卻是實實在在的。美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計算機系教授朗道布賴恩特(Randal E Bryant)在接受《財經(jīng)》記者采訪時就坦稱，“這給軟件業(yè)制造了巨大的問題”。