【IT商業(yè)新聞聞訊】1月24日消息，據《每日科學》網站報道，計算機科學家們一直在試圖通過增加單個芯片中的處理器內核數量來提高超級計算機的運行速度。但美國桑迪亞國家實驗室的研究團隊在模擬了來自大型數據集的關鍵算法后，發(fā)現單純增加內核數量會意外地導致許多復雜計算的性能趨于惡化。
運行速度和內核數量不成正比
模擬結果顯示，運算速度在2個到4個內核時會明顯增加，但在4個到8個內核時增加并不明顯;超過8個內核時，反而會引起速度的下降;16個內核時的速度幾乎超不過2個內核的情況;之后再繼續(xù)增加內核數量時速度就會急劇下降。
造成此種情形的原因在于內存帶寬的缺乏，以及每個處理器對可獲得的內存總線的爭奪。內存總線是一組可與系統(tǒng)內存交換內存地址和數據的連線。
舉一個超市中的例子，如果同一個結賬柜臺有兩名而不是一名收銀員正在處理顧客購買的食品，結賬速度明顯會快很多。當然，也可以用4名、8名或16名收銀員來結賬。但此時，問題就來了。如果哪一名收銀員根本接觸不到顧客購買的食品，那他對收銀進程就起不到必要的幫助作用。更糟的是，每名收銀員也許還會以自己的方式招徠顧客。
同樣，如果一個人認為1個內核速度快，2個內核速度就更快，4個內核還要快，并以此類推，那他肯定是個沒腦子的人。
桑迪亞國家實驗室的研究人員在高性能計算機上的模擬結果顯示，由于缺乏快速獲取單獨記憶緩存(每個處理器的“食品”)的能力，當內核數超過8個時處理器的速度不升反降。
多核技術治標不治本
研究人員表示，在某種程度上，許多應用程序很顯然具有只需一個單核的內存帶寬極限。但是，這不是一個業(yè)界已擁有解決方案的問題，而且這個問題還常常被忽視。
桑迪亞計算、計算機、信息和數學中心主任詹姆斯?皮里說，要解決模塊之間的競爭是很困難的。所有的內核都在通過相同的管道向內存發(fā)出請求，這就像1個、2個、4個或8個人在同時跟你說“我想要這份資料”后，一直等著回復，這就會導致延遲。
桑迪亞研究人員表示，之所以要采用原本使用在“紅色風暴”超級電腦中的AMD處理器，正是因為其內存性能要優(yōu)于包括皓龍?zhí)幚砥髟趦鹊钠渌幚砥鳌MD處理器在高性能計算機中大行其道的主要原因之一，就是其擁有一個集成的內存控制器，這是英特爾到目前還沒有的。
多核技術被認為可能會成為摩爾定律的救星。摩爾定律預測集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔兩年便會增加一倍，性能也將提升一倍。研究人員說，多核技術讓芯片制造商在晶體管數量上成功地跟上摩爾定律的預測，現在的瓶頸則是如何脫離芯片與內存或網絡交換數據。
研究人員一個更為自然的目標則是增加單個內核的時鐘速率，因為絕大多數的應用程序是基于單核性能開發(fā)的字處理、音樂或視頻應用。但是，功率消耗、不斷增加的熱量以及像寄生電流等所涉及的物理學基本定律則表明，要在普通硅處理器上設計提高芯片速度已達到了極限。
研究人員表示，令人絕望的是，目前芯片設計業(yè)者還無法找到更好的辦法，雖然人們看到的內存系統(tǒng)設計比12個月前有了很大改善，但是根本性的問題依然存在。
目前，桑迪亞國家實驗室已在數據傳遞計劃上投入了大量資金，并已經和橡樹嶺國家實驗室共同組建了先進結構研究所，正在為突破每秒運行一百萬萬億次的計算技術鋪平道路，這也許將有助于紓解多芯片困境。 （編輯：堅定）
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