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輕松讀懂移動(dòng)處理器 CPU微架構(gòu)全解析

假設(shè)我們有這樣的一段 C 代碼：

int x,y ;
int z ;
x = 100 ;
y = x + 1 ;
z = 5 ;

由于 z 的初始化和賦值都是相對(duì)對(duì)立的，這里也許可以拆成兩條 thread（線程）：

thread #1：

int x,y ;
x = 100 ;
y = x + 1 ;

和 thread #2：

int z ;
z = 5 ;

如果處理器的微架構(gòu)具備兩種架構(gòu)狀態(tài)讓操作系統(tǒng)認(rèn)為有兩個(gè)處理器的話，上面的兩條 thread 就能同時(shí)執(zhí)行了，這就是多線程。

多線程有三種類型，即 SMT、FGMT 和 CGMT，其中最早實(shí)現(xiàn) SMT 的處理器是 Intel 的 Pentium 4，而 FGMT 大都在 in-order（相對(duì)于 OoOE）處理器上采用例如 Cell PPU 和所有的 GPU 上。

隨著半導(dǎo)體工藝提升以及功率墻壁壘橫亙?cè)谇懊鎸?dǎo)致超級(jí)流水線提升頻率和各種指令并行度措施不再靈光后（這些限制其實(shí)在 20 多年前就被處理器廠商和科研界預(yù)見(jiàn)到，例如 1993 年 DEC 西部研究院 David W.Wall）的論文《LIMITS OF INSTRUCTION-LEVEL PARALLELISM》，1993 年英特爾在路線圖中明確提出在 P8（當(dāng)時(shí)還是 P5 或者說(shuō) Pentium）時(shí)代引入多核處理器）廠商開(kāi)始在片上實(shí)現(xiàn)多個(gè)內(nèi)核，這也就出現(xiàn)了多核處理器。

多核處理器能讓支持多線程的程序、操作系統(tǒng)跑得更快，但是目前大部分的應(yīng)用通常更偏好于單線程性能出色的處理器，因此你會(huì)看到單線程性能較強(qiáng)的雙核處理器比單線程性能較弱的多核處理器更快的情況發(fā)生。

到目前為止我們介紹了指令并行、線程并行的微架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，不過(guò)除了這兩種并行技術(shù)外，還有另一種非常常見(jiàn)的并行技術(shù)：數(shù)據(jù)級(jí)并行化，通常以 SIMD 向量方式實(shí)現(xiàn)。