☰

并行软件，串行硬件——为什么？

tag-icon • tag-icon cpu
并行软件，串行硬件——为什么？

过去几年，我注意到计算机处理器和其他各种组件的设计方法发生了变化。例如，过去的处理器更注重单核的计算能力和每秒的计算次数，而现代处理器则较少关注单核，而更注重多线程操作以提高效率。许多现代总线使用串行连接（而不是并行连接）来消除信号之间的任何时序间隙并提高通信速度。

然而，随着这些模型在设计中被广泛接受，其他方法已被抛弃——这些方法可能有一些优点。因此，我提出两个问题：

1) 实际的大规模并行 CPU 是否存在？在这种情况下，CPU 使用所有并行总线传输长度超过一位的数据，并且可以使用基于光的信号通信在组件之间传递数据（特别是 PIC 信号）。

2) 并行 CPU 能否同时驱动和操作多个核心？能否将核心和子核心设计成微控制器，并在同一个软件下运行（而不是各自使用自己的软件），并共享内存？

我从多个来源获取了关于这个想法的信息，其中两个是：

我先为听起来像个完全的“新手”而道歉。如果我的信息不正确，请纠正我。我对这个领域有点陌生。如果您有任何阅读建议，请随时列出。

答案1

实用的大规模并行 CPU 是否存在？

当然可以存在。但它是否实用或经济则完全是另一个问题。平行线的问题在于它们通常是弯曲的。

例如，看看这两个图：

简单的直线，由 3 条平行线组成。效果很好

 S0 ------------------- S0
 S1 ------------------- S1
 S2 ------------------- S2

    ------------------- S0
    | |---------------- S1
    | | |-------------- S2
    | | |
   S0 S1 S2

连接路径的长度不同。

S0 到 S0 的长度为 22。S2
到 S2 的长度为 16。

这意味着从 S0 到 S0 的信号比从 S2 到 S2 的信号需要更长的时间才能到达。总线越宽（并行路径越多），这个问题就越严重。

在过去时钟速度较慢的情况下，这个问题并不严重，但在 GHz 频率下，定时变得更加关键。粗略地讲：电流通过铜的速度约为 280,000,000 米/秒，非常接近c。

在 1GHz 时钟周期内，光将移动约 30 厘米（大约一英尺）。即在直线路径上移动 30 厘米。CPU 不包含任何直线路径，而且我们已经以 GHz 的倍数运行。

在这种情况下，CPU 使用所有并行总线传输长度超过一位的数据，并且可以使用基于光的信号通信在组件之间传递数据（特别是 PIC 信号）。

基于光的界面尚未完全投入生产。这方面还有大量研究。实验室中有一些工作模型，但尚未准备好进行大规模生产。

第二个问题：

2）并行 CPU 能否同时为多个核心供电并运行它们？

是的。没有理由它不能（类似于当前并行运行多个内核的 CPU）。如果我们获得更高效的通信，那么向这些内核提供数据就变得更加容易，从而更容易让它们始终处于加载状态。

核心和子核心是否可以像微控制器一样设计和处理，在一个软件下运行（而不是每个都使用自己的软件）并共享内存？

是的，为什么不呢。想想大型机 (AS/400)。或者多 CPU 台式机。通常不会这样做，但即使是一台具有多个 CPU 的简单现代台式机，也是一种设置，其中每个 CPU 运行自己的微代码，有自己的内存控制器，并且您可以将自己的程序固定到特定的 CPU。您可以更进一步，甚至可以在一个特定的 CPU/核心上运行特定的操作系统（我认为您所说的“软件”就是这个意思）。

这意味着使用一个可以与任何其他操作系统协作的操作系统，因此要么是专门这样编写的，要么是在类型 1 虚拟机管理程序中运行的。

相关内容