[转帖]揭开Jonah的奥秘

kayet

双核心设计最早出现在针对高端服务器的RISC处理器中，Intel本来的计划也是先在安腾产品线中引入类似的设计，不过近期消息表明，Intel打算改弦更张，率先将双核心设计引入移动型处理器中，它便是将于2005年下半年发布，作为Dothan接替者的“Jonah”处理器。 揭开Jonah的奥秘 如果你对RISC体系的多核心处理器有所了解，便会发现它们在设计上有惊人的相似点：所有多核心处理器都是以上一代产品为基础，所集成的硬件内核实际上就是前一代处理器，如IBM的Power 4便是在Power 3基础上构建，SUN的Gemini（针对刀片服务器）则直接集成了两个UltraSparc II内核。这种做法的优点在于可以平滑升级，降低处理器的设计难度，而它的性能又可在前代产品基础上大幅度跃进。 Intel同样计划采取这种设计思想，Jonah所集成的两个硬件内核并不是什么全新设计的产品，而是直接承袭现在的Dothan。作为新一代移动处理器，Dothan核心的优越性能有目共睹，在2.4GHz频率下它可以轻松击败Prescott 3.4GHz，而此时它的发热量甚至不到Prescott的一半，具有极高的能效比。如果在一枚处理器中集成两枚这样的核心，强劲的性能可想而知，这让我们对Jonah充满了希望。不过，Intel必须对Dothan核心作一番改进才能将它集成于Jonah处理器中，原因在于Dothan在设计时并没有考虑双核心的扩展需要，而是专注于单个核心的高效性—Intel需要解决的问题是设计出一条高带宽、低延迟的内部总线来连接这两个核心，但这个工作对技术实力雄厚的Intel来说根本不是什么问题。另外，Intel必须让Jonah可以支持EM64T扩张功能，执行64位x86指令，这就必须对现有的Dothan核心进行适应性改进。 二级缓存设计也是Jonah有所争议的地方，一种方案是采用共享式结构，IBM的Power 4/5就是其中代表。另一种是独占式结构，SUN的UltraSPARC Ⅳ便采用这种设计。独占式设计的优点在于，如果处理器始终都在执行多任务，独占缓存可以获得更好的效能，因为两个核心可以随时获取缓存资源。但在单任务状态下（或者软件未对多核心优化），独占式结构反而会让处理核心可使用的缓存资源变少，此时，双核心共享缓存的优点就体现出来。一个活动中的核心可以占有所有的二级缓存资源，效能会更理想。总的来说，共享式与独占式设计各有所长，谈不上孰优孰劣。Intel没有披露Jonah的具体设计细节，不过我们几乎可以肯定它会采用独占式二级缓存，原因在于现有的Dothan核心并没有考虑多核心需要，缓存控制单元都为独占结构，如果要改为多核心共享二级缓存的话就势必对内核大动干戈—至少到目前为止，Intel还缺乏多核心产品的设计经验，盲目改变缓存结构有可能造成较高的技术风险。当然，Intel也许要考虑削减缓存的容量，毕竟Dothan处理器2MB容量的二级缓存占用了大量的晶体管，让每个核心都占据2MB二级缓存不切实际，我们认为将它削减到1MB是合理的，这样总的看起来Jonah还是拥有2MB二级缓存。 双核心对性能的增益来自于多任务的处理能力，我们知道，Intel目前的Hyper-Threading超线程技术其实属于SMT同步多线程体系（Simultaneous MultiThreading），但它并非真正意义的多处理器，只不过通过模拟的方式让单个硬件核心执行多个任务，这样做有利于提高硬件资源的使用率，在理想情况下可以让效能有一定的提高。但如果在系统本身高负载时开启该功能，反而可能造成性能的下降，这也为实践所证实。但总的来说还是优点远大于缺点，可令人不解的是，Intel对Hyper-Threading只是一度热情，该技术引入并没有让Pentium 4展现出超越对手的效能，Intel在宣传一段时间后也将注意力转移—而我们所知的事实是，目前采用支持Hyper-Threading技术Pentium 4C处理器的品牌机，默认设置都是将该功能关闭，对此Intel和下游品牌机厂商都没有作出解释，外界有一些的推测说开启Hyper-Threading可能导致系统不稳定，在技术上不够成熟。 相比之下，Jonah则属于单芯片多处理器（Chip MulitProcessor，CMP）架构，虽然直观地看它只是一枚处理器而已，但在逻辑层面它却是不折不扣的双处理器，可以同时独立运行两个截然不同的任务，而系统所拥有的运算能力也提高了一倍，大幅度性能提升完全可以预见。当然，CMP架构与SMT架构并不冲突，如果Intel愿意，完全可以让Jonah的硬件内核也支持Hyper-Threading技术，这样软件看来系统就拥有4枚逻辑处理器—IBM Power 5和SUN UltraSPARC Ⅳ都采用CMP、SMT结合的设计方针，不过Intel目前并没有考虑在移动处理器中引入该项设计，而是打算在未来的桌面处理器中实现。换言之，Jonah只是纯粹的双核心产品，而不具备超线程技术。 对移动产品而言，如何在电池模式下降低自身的功耗是重中之重，过去Intel都采用SpeedStep技术来解决问题：AC电源模式下全速运作，电池模式下则将运行频率大幅降低，以此达到节能的目的。但Jonah并没有继续沿用这种做法，而是采用多核心切换的办法来降低能耗—处理器可以根据任务的需要和供电情况在两个核心间实时切换，当使用AC电源供电的时候，Jonah的两个运算核心就会同时并列运转，此时CPU工作在双处理器状态，CPU的能耗值也处于巅峰状态，但由于是AC供电，能耗并不是什么问题。一旦断开AC电源，笔记本电脑开始依靠电池供电的时候，Jonah内部的一个运算核心会立刻关闭，只有一个核心可以继续运转，此时CPU的性能回落到单核心的水平，能耗也随之大幅下降，如果再结合SpeedStep降频技术，电池时间完全可以获得大幅度的延长。

zdjtxwd

Dothan我都没有用上又来Jonah，intel真是没完没了了

kayet

哎，现在的电脑更新速度实在太可怕了！！！

xingxinger

不懂，研究这玩意要很长时间