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在01年的IDF Fall論壇上,英特爾正式發布了“Hyper-Threading Technology(超線程技術,以下簡稱HTT技術)”。并聲稱通過該技術,處理器(采用超線程技術的處理器,以下簡稱HTT處理器)在性能方面有望提升25%。而在02年10月7日,英特爾發布了i845PE/GE/GV芯片組,它們的共同亮點就是都正式提供了對超線程技術的支持。支持超線程技術的3.06GHz P4處理器也已推出,這一切都表明,超線程技術將成為以后的處理器市場上新的熱點。
何為超線程技術
談到超線程技術,我們先得了解什么是線程,什么是多線程。
對于計算機微處理器而言,程序只是一組編譯過的機器代碼,可以執行相關的數據計算與操作,這些代碼由一條條的指令組成,每一個代碼組就是一條線程。
現有主流CPU為x86架構,每次只能執行一條線程,即單線程。
單CPU系統中,在執行指令的時候,CPU先找出相應指令所在的內存位置(PC指針),執行下一條指令,再轉換到另一個位置,在同一時間內CPU只能對應一個指令。線程可以中斷,并把中間結果暫存在另一個特殊位置(堆棧),不同的線程可以交叉運行,從而實現多任務,但每次運行的線程仍然僅有一條,千萬不要把多任務和多線程混淆了。
既然一個CPU是單線程,那么兩個CPU自然就可以雙線程啦,如此類推,就會出現四路、八路系統。但雙處理器系統的性能并不能達到單處理器的兩倍,通常只有33%的性能增益。
為了提高CPU的性能,CPU廠商通常采用增加工作頻率和緩存容量的方法來提升速度,但這是治標不治本的方法,CPU只提高了速度,其內在潛力依然未能完全發揮,CPU的執行單元沒有被充分利用,于是CPU廠商就在CPU中加入兩個邏輯處理單元,同時管理CPU的全部資源,直接提高CPU內核的工作效率。
超線程技術就是利用特殊的硬件指令,把兩個邏輯內核模擬成兩個物理芯片,讓單個處理器都能使用線程級并行計算,從而兼容多線程操作系統和軟件,提高處理器的性能。操作系統或者應用軟件的多線程可以同時運行于一個HTT處理器上,兩個邏輯處理器共享一組處理器執行單元,并行完成加、乘、負載等操作。 如何提升工作效率
那么,超線程技術是如何提高CPU性能的呢?
我們知道,CPU由很多執行單元組成(如整數運算單元、浮點運算單元和存儲單元),這些執行單元無法同時工作,大多數時間有一半執行單元是處于空閑狀態。例如,Office等商業軟件主要使用整數運算單元和讀寫/存儲單元,幾乎不涉及浮點運算單元,3D渲染軟件主要使用浮點運算單元,很少涉及整數運算單元,很明顯,這種設計造成了很大的浪費。如P4處理器內部有7個執行單元,每個時鐘周期內,約有2個執行單元工作,它們共執行兩次操作,那么,其它5個單元完全沒有用到。
為了解決這個問題,高端電腦采用了ILP(Instruction Level Parallelism,指令級平行運算)技術,可以同時執行多條指令,提高單CPU的效率。而x86架構只能讓多個CPU來執行不同的線程,不過硬件成本增加了不少,于是超線程技術處理器的出現正式兼容兩者的優勢。
采用了超線程技術后,處理器真正并行執行多個線程,從而在同一頻率和緩存的基礎上實現了提高系統性能的技術變革。
超線程技術對商用和家用電腦而言,除了全面提升系統性能以外,還增加系統平臺所能支持用戶的數量,大幅降低系統的反應潛伏時間(因為任務能被分為幾個隔離的線程來同時執行),增加系統的指令執行數量,還有一點很關鍵的是,即使對于現有的IA-32體系軟件它也能很好地兼容。因為,HTT處理器還提供一個中斷指令,在執行適合單處理器的任務時,暫停其中一個邏輯內核,讓操作系統識別為單處理器,在執行適合多處理器的任務時,重新打開邏輯內核,利用HTT來增加整體效率。
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