同构多核和异构多核简单介绍

Posted 2021-07-15 qlexcel

多核处理器的由来

  多核出现前，商业化处理器都致力于单核处理器的发展，其性能已经发挥到极致，仅仅提高单核芯片的速度会产生过多热量且无法带来相应性能改善，但CPU性能需求大于CPU发展速度。尽管增加流水线提高频率，但缓存增加和漏电流控制不力造成功率大幅增加，性能反而不如之前低频率的CPU。功率增加，散热问题也严重了，风冷已经不能解决问题了。

  那么新技术必须出现-多核处理器。早在1996年就有第一款多核CPU原型Hydra。2001年IBM推出第一个商用多核处理器POWER4,2005年Intal和AMD多核处理器大规模应用。

  多核处理器越来越流行，无论在服务器、桌面、上网本、平板、手机还是医疗设备、国防、航天等方面。

概念

  从硬件的角度来看，多核设计分为两类。如果所有的核心或CPU具有相同的构架，那么定义为同构多核（homogeneous）；如果架构不同，那么称为异构（heterogeneous）多核。从应用来看，同构多核处理器中大多数由通用处理器核构成，每个核可以独立运行，类似单核处理器。而异构多核处理器往往同时继承了通用处理器、DSP、FPGA、媒体处理器、网络处理器等。每个内核针对不同的需求设定的，从而提高应用的计算性能或实时性能。

多核微处理器的运行模式

AMP（非对称多进程）

  AMP-多个核心相对独立的运行不同的任务，每个核心可能运行不同的操作系统或裸机程序，或者不同版本的操作系统。但是有一个主要核心，用来控制整个系统以及其它从核心。具有主从模式。举个例子，比如一个主要核心控制用户界面UI，从核心控制数据采集以及输出。还有POS机，一个负责UI，一个负责交易。也就是两者负责不同的任务。每个核心有自己的内存空间（同时会有共享的内存空间），另外两者之间还有一定的通信机制。从硬件上来说，这种多处理模式可能是同构的，也可能是异构的，但大多情况是异构多处理器。如MCU+DSP，MCU+FPGA等。同构的当然也有。比如Xilinx就提供了案例，Sun公司的Solari4.1.3系统也支持AMP模式（从主从角度来看，而不是多个操作系统）。Mars Board也可以运行AMP模式。

SMP（对称多进程）

  SMP-对称多处理，这个是目前用的最多的，一个OS同等的管理各个内核，为各个内核分配工作负载。目前，大多数的系统都支持SMP模式，如Linux，Vxworks，windows。这种模式就是简单提高运行性能。比如PC机上双核、四核运行windows，linux等。所有的核心共享内存。另外，这种模式的通常都是同构多核处理器，因为异构的结构不同，实现比较复杂。

BMP（受约束多进程）

  BMP-边界多处理，和SMP类似，也是一个OS管理所有内核，但是不同的是，BMP中，开发者可以指定将某个任务仅在某个指定内核上执行。

参考：
https://mp.weixin.qq.com/s/uco5XpMXUD-lgujUMFMdSA