Why多核CPU

Why多核CPU

多核的核心之间ALU是独立的，但是cache等是可以共享的，这方便了核心之间的通信

原因是当前单核CPU的性能很难提升了，而用多核性能提升很明显，相对于单核性价比高。想想市场上能有几款4GHz的CPU，但集成多个2GHz 的multicore(多核)到处都是。

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首先回答下，单核CPU****如何提升性能呢？主要有提升工艺,添加Pipeline(流水线)去增加主频;Superscalar等,同时处理多条指令(instruction)；或者Out-of-order执行指令，instruction prediction/prefetch等。讲下他们具体怎么实现,有哪些问题。

1. 当主频提升，由于Power＝,V(电压)又与f(频率)正相关，导致power基于f三次方上升。功耗会带来散热问题，也严重影响移动设备的续航能力。 工艺提升对power改善有限，并且也快达到临界电压了(每个transistor需要最低临界电压实现开关)。 对于Pipeline(流水线), 是不能无限分割。首先logic是不能无限分割的，并且每加一级pipeline，就需要增加register，增加了area，并且register读写也需要时间，导致一条指令从开始执行到结束的实际时间增加了。并且pipeline级数越多，越容易导致hazards，从而影响性能。
2. Superscalar是 issue multiple instructions per cycle。但当同时处理更多的instruction，需要考虑互相间的data dependency(数据相关性)，使设计变得很复杂，性能提升有限。
3. 微架构级的优化，如Out-of-order 执行指令, 当当前指令被stall，若后面的指令与他没有数据相关性,则可以先执行后面的指令；或者做指令预测，提前 读取/执行 指令，instruction prediction/prefetch。但当前这些已经做得不错，再想提升就得运用复杂的预测算法，性能提升有限。

通过以上可以看出，单核的提升有限，所以大家转到多核。

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对于multicore，一切都变得简单，每个core可以设计的简单，并行处理数据。当前都是多个application并行运行，完美适合多核。比如同时处理图像，音频，跑APP，就交给几个core，每人处理一个。

在多核系统中，通常有一个centralized core负责task scheduling，将task合理分配到各个core；每个core只处理简单的task，core的设计反而变得简单。在heterogeneous MPSoC(异构多核)中，有些specialized cores,只处理固定的application，从general processor成为了application-specific instruction set processor (ASIP)，甚至能成为ASIC，使处理速度大幅上升(专用处理器比通用处理器性能优越)。

一个大的单核与多个小核的多核系统对比图如下：