双核处理器:服务器的"千手观音"之路

　　空间成本越来越高，人力成本越来越高，能源成本越来越高，与此同时，企业对IT系统的依赖程度也越来越高。在这些不断增长的因素压迫之下，人们更加希望一台服务器或者原有的服务器投资能够承担更多的任务，成为服务器中的“千手观音”。

　　处理器是服务器的基础。对于目前广泛使用的单核处理器，很多专家认为，虽然一些制造商仍然在材料、工艺和设计等方面进行了不懈的努力，在一段时间内，处理器的性能还可以保持一定的增长势态，但高频下高功耗所引起的电池容量问题和散热问题等负面效应，以及这些负面效应对整机系统产生的电磁兼容性问题，将会越来越突出地影响处理器运算能力的提升。在单核处理器时代，提高单处理器的速度和性能，现在已是强弩之末。于是，一方面，人们对单核处理器进行挖潜式利用；另一方面，采用多个处理器的并行处理技术，正在成为提高现代服务器处理能力和运算速度的有效途径。

　　超线程：对处理器利用的挖潜式提升

　　处理器生产商为了提高处理器的性能，通常做法是提高处理器的时钟频率和增加缓存容量。尽管提高处理器的时钟频率和增加缓存容量后的确可以改善性能，但这样的处理器性能提高在技术上存在较大的难度。实际上在应用中基于很多原因，处理器的执行单元都没有被充分使用。如果处理器不能正常读取数据（总线/内存的瓶颈），其执行单元利用率会明显下降。同时，目前大多数执行线程缺乏ILP（Instruction-Level Parallelism，多种指令同时执行）支持。这些造成了目前处理器的性能可能没有得到全部的发挥。

　　基于这些原因，有的厂商则采用另一个思路去提高处理器的性能，让处理器可以同时执行多重线程，就能够让处理器发挥更大效率，即所谓 “超线程”技术。超线程技术就是利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，让单个处理器都能使用线程级并行计算，进而兼容多线程操作系统和软件，减少了处理器的闲置时间，提高的处理器的运行效率。采用超线程技术可在同一时间里，应用程序可以使用芯片的不同部分。虽然单线程芯片每秒钟能够处理成千上万条指令，但是在任一时刻只能够对一条指令进行操作。而超线程技术可以使芯片同时进行多线程处理，使芯片性能得到提升。

　　超线程技术并不像两个真正的处理器那样，每个处理器都具有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂时停止，并让出资源，直到这些资源闲置后才能继续。因此超线程的性能并不等于两颗CPU的性能。因此，当运行单线程运用软件时，超线程技术甚至会降低系统性能，尤其在多线程操作系统运行单线程软件时容易出现此问题。需要说明的是，含有超线程技术的CPU需要芯片组、软件支持，才能比较理想的发挥该项技术的优势。操作系统如：Microsoft Windows XP、Microsoft Windows 2003，Linux kernel 2.4.x以后的版本也支持超线程技术。因此，超线程技术只是对服务器性能的一种挖潜式的提升，而服务器根本无法作到应对多任务时的从容有余。

　　双内核：对X86处理器技术的本质突破

　　顺应用户需求，一些厂商开始推出双内核处理器。什么是X86双核处理器？双核处理器背后的概念蕴涵着什么意义呢？简而言之，双核处理器即是基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心。换句话说，将两个物理处理器核心整合入一个内核中。

　　双核心技术的引入是提高处理器性能另一个行之有效的方法。因为处理器实际性能是处理器在每个时钟周期内所能处理器指令数的总量，因此增加一个内核，处理器每个时钟周期内可执行的单元数将增加一倍。在这里我们必须强调一点的是，如果你想让系统达到最大性能，你必须充分利用两个内核中的所有可执行单元：即让所有执行单元都有活可干！

　　事实上，将两个处理器内核放到一个物理核心之上并不什么新技术。在上个世纪末期高端多处理机服务器开发者，比如HP、IBM就已经提出此类可行性设计，并且成功推出了拥有双内核的HP PA8800和IBM Power4处理器。此类处理器已经成功应用不同领域的服务器产品中，像IBM eServer pSeries 690或HP 9000此类服务器上仍可以看到它们的身影。由于它们相当昂贵的，因此从来没得到广泛应用。由于x86服务器已经形成了巨大的市场规模，而且拥有更加广阔的巨大市场规模，因此，x86双核处理器的出现，自然引起了非同小可的广泛关注，它所产生的影响力将更加巨大。

　　引入双核心的架构将可以全面增加处理器的功能性，这也是一个很重要的影响因素，特别是处理器厂商的营销策略。有这么一个事实，双处理器架构的引入和微软下一代Longhorn操作系统将在很大程度上促进虚拟技术的发展。目前厂商们已经推出了不同的虚拟化技术，但作用却是异曲同工，即让一台物理计算机虚拟出若干个虚拟的系统，这些虚拟系统能使用同样的PC资源独立工作。换句话说，这些技术应该允许用户在他们的PC上使用超过一个操作系统，以便每个操作系统解决特定的运算任务。比如，一个虚拟系统能够扫描病毒，另外的虚拟系统则可以执行应用程序，文字处理或者玩游戏。

　　业界专业分析家们预测，这些技术在2006-2007年将成为计算机平台的新亮，并且将把他们的面貌带到全新的水平。目前，大多数操作系统已经支持并行处理，因此引入第二个处理器可以显著增加系统的性能，而且由于支持平行处理的应用软件的需求量不断增加，目前大多数新或即将发布的应用软件都对此类技术提供了支持，为整个软件市场其实已经为多核心处理器架构提供了充分的准备。

　　双核服务器：体现千手观音的动能

　　企业计算环境经历近几年来的巨大变化，从支持业务增长需求的IT基础构架的快速扩展，转变到精心管理现有资产和投资于能带来特定竞争优势的新战略性技术。IT管理者当前面临的挑战是，为更多用户提供更好的服务，满足不断增长的性能要求，保存和管理飞速膨胀的数据量，更好地保护网络以及保障系统的稳定性——而所有这一切，都由于不断收缩的预算而不可能增加数据中心的数量。与单核处理器相比，多核处理器能在一些应用领域带来了更为强大的动力，比如海量数据处理、大规模网络应用、复杂科学计算及大型图形建模为特征的企业级或行业关键应用领域。

　　双核x86处理器采用了独特的设计，能够以更低的频率处理更高的工作负担，因而能够避免通常由多处理器设计导致的功率需求（和散热问题）。目前为对称多处理（SMP）多线程应用优化的企业IT系统，能够利用多内核处理器获得显著的性能提升，但具体的性能会随着应用的不同而有所不同。这种合理性能提升的基础是现有的硬件和接口设计，从而让企业IT经理能够在不对原有系统产生严重影响的情况下，添加更加复杂的系统层次，例如虚拟和安全。

　　由于多内核x86处理器在性价比、功效和可扩展性方面具有极大的优势，这种多内核处理器可以在不改变基础设施的情况下，提高数据中心的生产率。服务器的整合将会变得更加经济，因为更少的主机可以处理更多的工作负担。双核处理器能够极大地加强虚拟功能和安全性。IT经理正在利用虚拟技术在处理器级别分配任务，从而大幅度提高IT系统的处理能力的实际可用性。利用多内核处理器，这种分配可以在不降低系统总体性能的情况下进行。同样，一些旨在阻止病毒和其他网络威胁的、更加复杂的实时安全应用可以在后台运行，从而提供更加健全的保护。在多内核处理器的帮助下，安全性的提高将对最终用户完全透明。因为人们需要在不增加硬件占地面积的情况下提高处理能力，刀片服务器将获得新的吸引力。

　　性能增强了，能量消耗却不会增加，这也是一个关键需求。企业IT管理者们也一直坚持寻求增进性能而不用提高实际硬件覆盖区的方法。多核处理器解决方案针对这些需求，提供更强的性能而不需要增大能量或实际空间。多内核x86处理器设计可以充分发挥现有的单内核处理器所具有的先进性和简约性。通过“直连架构”技术，将64位服务器处理器直接连接到内存、I/O和缓存，可以消除传统的瓶颈，大幅度减少内存延时问题。目前的技术已经可以直接连接同一个处理器中的两个内核，下一代的多内核处理器可以无缝地共享内存控制器，因为它们是现有的单和多内核处理器晶圆的内置组件，从而利用直连架构更显著地提升性能。AMD64技术还将在32位或64位环境中，为多内核处理器提供更高的速度和内存访问能力。

　　显而易见，随着双核处理器以及基于双核处理器服务器和工作站平台的全面推出，服务器的千手观音之路将会全面实现。届时，企业能够在更加合理的成本内实现更高的性能、更低的能耗以及更强大的动力，真正体验到双核服务器的强大动力。