多核革命 AMD首席技術官幫你解密CPU[圖]

 AMD首席技術官Phil Hester

    本文旨在深入討論微處理器設計領域中『平衡』與『優化』的含義。 

● 首先介紹一下處理器術語

◎多核處理器出現之前，技術領域是什麼狀況？

    在試圖介紹多核計算發展之前，我們有必要先在術語和目標方面達成共識。令人訝異的是，這一領域中的很多常用詞匯用在計算產品的生產方、采購方和用戶方，涵義迥然不同。若針對這些不同的涵義進行研究，將顯著增加復雜度和權衡取捨的難度，而它們對於工程設計流程卻是至關重要的。

    『平衡』的概念：

    對於『平衡』，韋氏在線辭典共列出了 12 個定義，其中與本文關系最為密切的定義有兩個：

    第5項
    a：由於在垂直軸的兩端分布等量的重量而產生的穩定性。
    b：在對比、對立或交互元素間的均衡性。
    c：賬目兩端的總值相等。

    第6項
    a：在美學意義上多個元素的完美整合

    在計算機系統中，人們對於『平衡』的理解多是這兩種概念。前者是定量、分析性的，但卻試圖迅速將這一定義結合到各種復雜因素之中。計算機系統應該在哪些屬性上體現出『對稱分布』？我們認為，這些重要的屬性包括：成本、價格、功耗、物理尺寸、可靠性以及眾多相對獨立的性能屬性的任意主體。在選擇哪些屬性實現『平衡』，或如何將多種屬性比較整合成單一的『平衡』標准時，將不會存在顯而易見的『正確答案』。

    當考慮計算機系統的多維設計/配置空間時，『平衡』的美學定義帶有設計者強烈的個人色彩，但應用到工程和業務空間上時，如果忽略定量因素，則會使整個 『平衡』概念失去效用。

    這些標准定義的缺乏表明了一種不容忽視的微妙關系。在本文中，我們很高興能夠繼續使用『平衡』一詞，但需要指出，在清晰定義的定量環境中（包括如何將它們組成單一的優化問題），該詞只具有數量含義。

    『優化』的概念

    對於『優化』，韋氏在線辭典中僅列出 1 個定義：使事物（例如一個設計、系統或決策）盡可能完美、起作用或有效的一種行動、流程或方法；具體指參與其中的數學程序（例如找到函數的最大值）。

    對於此術語，計算機用戶最常見的使用錯誤，是錯誤地將編譯器理解為『優化器』，在此情況下，往往只將『優化』用作『改進』的同義詞。雖然詞意相近，但優化（在其數學含義中）指的是在存在約束的條件下（也可能只是由目標功能自身產生的約束限制），將特定的目標功能最小化或最大化。與之對照，『改進』是指『使事物變得更好』，並不具有『優化』概念中至關重要的『權衡』的意義。

    計算機系統設計中的優化是指，選擇使特定目標功能最大化或最小化的參數，同時，還通常為其他目標功能提供『次級優化』解決方案。在普遍使用的目標功能中，有很多參數相互矛盾，例如，低成本與高性能、低功耗與高性能等。設計參數一旦相互抵觸，就將根據具體目標功能的量化公式找到『最優』設計點——例如明確要求，提昇10%的性能（或把功耗降低 10%）對其他設計目標會產生怎樣的影響？