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多核心的異想世界
在公路上，「禁止超速」的標誌處處可見。
馬里蘭州140號公路上有大量巡邏車來回，你當然可以超速，不過很快就會收到罰單。
然而，有一些限制是人們如何努力都很難打破的。最先躍入腦袋的自然是光速。不過，多處理器應該也算是其中一種。安達爾定律(Amdahl’s Law)已經告訴我們最大加速公式：
其中的f代表著無法平行處理的問題比例，n是處理器數量。在一個系統中，大約只有50%的問題可以平行執行，即使用再多的CPU，你所能得到的執行時間，依然只有你所增加的處理器的一半。
Gustafson定律 (Gustafson's Law)則認為安達爾定律過於保守，並指出有時候問題出在平行部份的純量處理要比在序列部份來得快。Google的Pagerank演算法就是一個例子。不過我很懷疑，在大多數的嵌入式系統中，Gustafson定律並不大合用。
不過，我想在許多情況下，安達爾和Gustafson必然都能保持樂觀態度，特別是在對稱式多核心處理器的運作方面。這些處理器都擁有兩個或更多的相同核心，每一顆核心都擁有自己的L1快取記憶體。這些核心們也共享L2和通用記憶體匯流排。若沒有L1，這些核心可能會癱瘓甚至無法使用。然而，供給這些核心的快取記憶體容量畢竟非常小，通常都只有32KB而已。而看看L2，情況可能更糟，因此推動了對主記憶體性能提升的需求。試想多達10幾個處理程序都處在等待情況，若此時再多加入一顆需要記憶體資源的CPU，那麼匯流排競爭的情況就會更加嚴重。不過，由於這些狀況都是高度不確定，而且其中一部份屬於非常特定的問題，因此很難對它們建立精確模型。
為此，美國桑迪亞國家實驗室(Sandia National Labs)的研究人員提出了一些有趣的資料，顯示在傳統平行問題影響下，多核心的優勢會快速減少。在雙核心到四核心的處理器中，部份執行時間會嚴重變慢。而到了八核心，情況會加倍惡化，而且沒有任何提升跡象。核心愈多，系統就愈慢。一款64核心解決方案顯示系統性能比四核心系統降低了一半的數量級。
許多主要的半導體供應商都在開發多核心處理器，在某些應用中，多核心確實可在速度和功耗方面帶來顯著優勢。但我仍然認為，多核心的優勢有些被誇大了。記憶體頻寬是一個巨大限制。採用非對稱式多處理技術通常是不錯的解決方案，當然，這還必須視待解決的問題性質而定。
最近，Venray Technology提出了一種新的處理器技術，看來似乎能解決記憶體頻寬問題。有別於傳統上為 CPU 添加 DRAM 的做法，這家公司反其道而行，為 DRAM 添加 CPU 。該公司開發出了一種超小型(僅具備20K電晶體)處理器，能與記憶體緊密整合。
將四顆這種微型核心與64MB DRAM 緊密排列的組合，其CPU電晶體總數僅佔記憶體的0.01%而已。Venray的公司網站上僅提供了部份技術資訊，不過這個想法相當引人矚目。(編按：有關Venray的設計資訊，可參考美國版《EE Times》之前報導的‘ Startup proposes processor on DRAM process ’一文)
本文作者Gack G. Ganssle是嵌入式開發專家，可透過jack@ganssle.com與他聯絡。他的個人網站是www.ganssle.com。
編譯： Joy Teng
(參考原文： Multicore madness ，by Jack Ganssle)
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