對(duì)稱多處理 (SMP) 的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

何謂 SMP?我們?yōu)槭裁葱枰?

　　對(duì)稱多處理 (SMP) 廣泛應(yīng)用于 PC 領(lǐng)域，能夠顯著提升臺(tái)式計(jì)算機(jī)的性能。SMP 能使單芯片上多個(gè)相同的處理子系統(tǒng)運(yùn)行相同的指令集，而且都對(duì)存儲(chǔ)器、I/O 和外部中斷具有同等的訪問(wèn)權(quán)限。操作系統(tǒng) (OS) 的單份拷貝就能控制所有內(nèi)核，使任何處理器都能運(yùn)行所有的線程，而無(wú)需考慮內(nèi)核、應(yīng)用或中斷服務(wù)的區(qū)分。

圖 1：多重因素推動(dòng)移動(dòng)設(shè)備對(duì) SMP 的需求不斷增長(zhǎng)SMP 將推動(dòng)移動(dòng)應(yīng)用和設(shè)備不斷發(fā)展進(jìn)步，而這正是目前單核解決方案所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。SMP 能激活執(zhí)行任務(wù)所需的某個(gè)特定內(nèi)核或多個(gè)內(nèi)核，從而使 OEM 廠商能夠?qū)崿F(xiàn)高度可擴(kuò)展的性能與電源，充分滿足當(dāng)今業(yè)界最流行的應(yīng)用以及未來(lái)潛在的創(chuàng)新應(yīng)用。無(wú)障礙 Web 瀏覽等大量新型應(yīng)用對(duì)移動(dòng)設(shè)備提出了更高的峰值計(jì)算性能要求。目前的單核解決方案無(wú)法滿足這一需求，只有 SMP 才能在移動(dòng)設(shè)備的空間尺寸及電源限制條件下實(shí)現(xiàn)上述性能需求。我們固然可通過(guò)增加單核解決方案的尺寸來(lái)滿足性能需求，但若增加功耗則對(duì)移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)是不可接受的。SMP 正是滿足此類需求的唯一架構(gòu)技術(shù)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，高級(jí)移動(dòng)應(yīng)用將像現(xiàn)在的 PC 應(yīng)用一樣復(fù)雜，而 PC 領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的線程技術(shù)也將有望移植到移動(dòng)手持終端上。推動(dòng) PC 處理器不斷發(fā)展的挑戰(zhàn)(例如單內(nèi)核芯片性能略有提高就需要大幅加大硅芯片技術(shù)的復(fù)雜性)也同樣推動(dòng)移動(dòng)手持終端轉(zhuǎn)向多內(nèi)核架構(gòu)。此外，在較大型的單內(nèi)核解決方案上實(shí)現(xiàn)更高性能會(huì)使成本和復(fù)雜性直線上升，從而因更復(fù)雜的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證過(guò)程最終導(dǎo)致產(chǎn)品上市時(shí)間拖延。PC 市場(chǎng)是促進(jìn) SMP 技術(shù)推廣的催化劑，目前許多 PC 都內(nèi)置了雙核乃至四核處理器。ARM Ltd. 一直積極推動(dòng) SMP 技術(shù)向手持終端市場(chǎng)發(fā)展，并推出了 Cortex™-A9 MPCore 架構(gòu)。為了支持最新系列的 SMP 內(nèi)核，諸如 Linux 和 Symbian 等操作系統(tǒng)紛紛增加了對(duì) SMP 的支持。SMP 將為采用一至四核乃至更多內(nèi)核的產(chǎn)品提供高度可擴(kuò)展的產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃，滿足未來(lái)需求。SMP 高度可擴(kuò)展的發(fā)展規(guī)劃可全面滿足從低到高各級(jí)設(shè)備的需求，幫助開(kāi)發(fā)人員充分利用現(xiàn)有的軟件投資，確保推出的產(chǎn)品能夠迎合不同市場(chǎng)對(duì)各種性能級(jí)別的需求。移動(dòng)局限性

　　要想獲得成功，SMP 就必須克服眾多移動(dòng)設(shè)備自身存在的局限問(wèn)題，而尺寸、成本以及功耗屬于最顯而易見(jiàn)的問(wèn)題。消費(fèi)者期望獲得可方便地裝入口袋或錢包中的超小型移動(dòng)設(shè)備，而且一次充電就能全天無(wú)憂。此外，移動(dòng)設(shè)備的成本也是市場(chǎng)必須考慮的問(wèn)題。SMP 可全面解決上述移動(dòng)技術(shù)面臨的局限問(wèn)題，確保設(shè)備滿足消費(fèi)者的要求。SMP 將幫助高級(jí)應(yīng)用提高運(yùn)行效率，不過(guò)我們也必須注意，增加的內(nèi)核不能在功耗方面造成消極影響。在 SMP 設(shè)備中采用新技術(shù)必須確保功耗不超過(guò)單內(nèi)核的水平。隨著移動(dòng)手持終端開(kāi)始支持過(guò)去只有 PC 才具備的 Web 瀏覽、多媒體和 WLAN 連接等功能，以及語(yǔ)音和藍(lán)牙等標(biāo)準(zhǔn)移動(dòng)功能，用戶對(duì)性能的需求越來(lái)越高。不過(guò)，在移動(dòng)環(huán)境中，提升性能不僅必須確保高效性，而且還必須根據(jù)實(shí)際需求滿足相應(yīng)的功耗要求。只有根據(jù)不同的使用情況優(yōu)化功耗和性能，才能最大限度地延長(zhǎng)電池工作時(shí)間并實(shí)現(xiàn)最高性能。SMP 使智能電話能夠集成 PC 以及傳統(tǒng)電話的功能，讓單部移動(dòng)設(shè)備滿足用戶對(duì)功耗與性能的需求。ARM 目前在移動(dòng)設(shè)備市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位，因而我們既需要支持傳統(tǒng)代碼，又需要支持功能豐富的工具。展望未來(lái)，SMP 將必須確保支持可實(shí)現(xiàn)正常工作的傳統(tǒng)代碼，同時(shí)還要節(jié)約功耗，提高性能。我們必須解決的最后一個(gè)移動(dòng)局限問(wèn)題，就是在盡可能減小芯片尺寸的同時(shí)提供足夠大的存儲(chǔ)器高速緩存，以確保多內(nèi)核工作不會(huì)出現(xiàn)死機(jī)問(wèn)題。如果單內(nèi)內(nèi)核設(shè)備需要的高速緩存量為 N，那么多內(nèi)核設(shè)備保持良好性能所需的緩存量就應(yīng)為 4*N。此外，我們還要考慮數(shù)據(jù)一致性和系統(tǒng)存儲(chǔ)器一致性等其他存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)問(wèn)題，才能確保所有處理器都能在準(zhǔn)確時(shí)間存取當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)。ARM Cortex-A9 MPCore

圖 2：ARM® Cortex™-A9 MPCore™為移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的功率與性能為了滿足移動(dòng)手持設(shè)備市場(chǎng)對(duì)可擴(kuò)展功率與性能的需求，ARM 推出了 Cortex-A9 MPCore 架構(gòu)。該架構(gòu)與 ARM Cortex-A8 相比，可將處理效率提高 20% (IPC)，從而幫助設(shè)計(jì)人員以更低的頻率完成更多的工作。Cortex-A9 MPCore 可在一個(gè)群集中支持多達(dá) 4 個(gè)內(nèi)核，能夠?yàn)榭蛻粼O(shè)計(jì)產(chǎn)品、滿足特定需求提供高度的靈活性。Cortex-A9 MPCore 包含豐富的特性，如：高效超標(biāo)量管線能夠以低功耗實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的峰值性能;