魏长东

weichangdong

超线程 多核 多处理器区别

1 超线程技术

每个单位时间内,CPU只能处理一个线程(Thread)。除非有两个核心处理单元,否则要想在单位时间内处理超过一个的线程是不可能的。

超线程HT(Hyper-Threading)技术是在单个核心处理单元中集成两个逻辑处理单元,也就是一个实体内核(共享的运算单元),两个逻辑内核(有各自独立的处理器状态),在一颗CPU同时执行多个程序而共同分享一颗CPU内的资源,理论上要像两颗CPU一样在同一时间执行两个线程,P4处理器需要多加入一个Logical CPU Pointer(逻辑处理单元)。因此新一代的P4 的面积比以往的P4增大了5%。而其余部分如ALU(整数运算单元)、FPU(浮点运算单元)、L2 Cache(二级缓存)则保持不变,这些部分是被分享的。

虽然采用超线程技术能同时执行两个线程,但它并不象两个真正的CPU那样,每各CPU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。

2 多处理器

多处理器(Multiprocessor)系统由不同芯片上的多个处理器组成。多处理器系统因IT服务器的应用在上世纪九十年代得以普及。在当时,它们是可以插入机架服务器的处理器主板。现在,多处理器系统可以构建在同一块电路板上,处理器之间通过一个高速通信接口连接。

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图1 多处理器系统具有远程互联结构的独立高速缓存与MMU内存管理单元

多处理器系统的复杂度低于多核系统,因为它们本质是互连在一起的单芯片CPU。多处理器系统的不足在于其高昂的价格,因为它们需要多个芯片,这比单芯片解决方案要昂贵得多。

3 双核与多核处理器

双核处理器是指单个芯片上有两个CPU,而多核处理器则是指在单个芯片上包含任意多个(如2、4或8)CPU的处理器。多核处理器的挑战在于软件开发部分。系统性能提升的多少直接与通过多线程编程源代码的并行程度有关。

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图2 多核处理器共享具有短程互联结构的高速缓存和MMU内存管理单元

4 总结

超线程由于处理器实际上只有一个核心,能够提升的效能约为5~15%左右,且万一发生资源互抢的情形时,整体效能反而会下降。双核共用cache,程序设计合理性能可能比双处理器性能更好,多处理器可能还需在两个cache间传输数据,多核和超线程的区别如图3。

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图 3 超线程和多核区别

 

来自知乎的回答

作者:算了我也不实名了
链接:https://www.zhihu.com/question/20998226/answer/18659825
来源:知乎
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架构可以千变万化,面向需求、综合考量是王道。
来,简单举个例子。假设现在我们要设计一台计算机的处理器部分的架构。现在摆在我们面前的有两种选择,多个单核CPU和单个多核CPU。

如果我们选择多个单核CPU,那么每一个CPU都需要有较为独立的电路支持,有自己的Cache,而他们之间通过板上的总线进行通信。假如在这样的架构上,我们要跑一个多线程的程序(常见典型情况),不考虑超线程,那么每一个线程就要跑在一个独立的CPU上,线程间的所有协作都要走总线,而共享的数据更是有可能要在好几个Cache里同时存在。这样的话,总线开销相比较而言是很大的,怎么办?那么多Cache,即使我们不心疼存储能力的浪费,一致性怎么保证?如果真正做出来,还要在主板上占多块地盘,给布局布线带来更大的挑战,怎么搞定?

如果我们选择多核单CPU,那么我们只需要一套芯片组,一套存储,多核之间通过芯片内部总线进行通信,共享使用内存。在这样的架构上,如果我们跑一个多线程的程序,那么线程间通信将比上一种情形更快。如果最终实现出来,对板上空间的占用较小,布局布线的压力也较小。

看起来,多核单CPU完胜嘛。可是,如果需要同时跑多个大程序怎么办?假设俩大程序,每一个程序都好多线程还几乎用满cache,它们分时使用CPU,那在程序间切换的时候,光指令和数据的替换就要费多大事情啊!