服务器架构的发展

1 背景

商业化处理器都致力于单核处理器的发展，通过在芯片上集成更多数目的晶体管，加快运算速度 (即主频)，从而提升系统性能。

2005年，当主频接近 4GHz 时，Intel 和 AMD 发现，单纯提升主频已无法明显提升系统整体性能。单核处理器利用冗长的运算流水线 (即增加每个始终周期同时执行的运算个数)，可以达到较高的主频，但由于流水线过长，使得单位频率效能低下，且由于缓存的增加与漏电流控制不利，导致功耗大幅增加。3.6GHz 奔腾四芯片在性能上反而还不如早些时推出的 3.4GHz 产品。此外，随着功率增大，散热问题也越来越成为一个无法逾越的障碍。在芯片功耗超过150瓦后，现有的风冷散热系统将无法满足散热的需要。

显然，当晶体管数量增加导致功耗增长超过性能增长速度后，处理器的可靠性就会受到致命性的影响。

因此人们转向的多核处理器方案。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 Intel 和 AMD 多核处理器大规模应用。

多核处理器越来越流行，在服务器、桌面、上网本、平板、手机还是医疗设备、国防、航天等方面都得到了广泛的应用。

2 多核处理器的发展

多核处理器：在一枚处理器中集成两个或多个完整的内核。

2.1 从核结构上区分

同构多核架构在硬件与软件设计上比较简单，通用性高。

从硬件角度 (和结构) 分类：

1️⃣ 同构多核结构：CPU 中的所有内核的结构都一样。

e.g., Exynos4412，freescale i.mx6 dual和quad系列、TI的OMAP4460等，Intel的Core Duo、Core2 Duo等。

2️⃣ 异构多核结构：CPU 中存在不同结构的内核。

e.g., TI的达芬奇平台DM6000系列（ARM9+DSP）、Xilinx的Zynq7000系列（双核Cortex-A9+FPGA）、Cell处理器（1个64位POWERPC+8个32位协处理器）等。

2.2 从运行模式上区分

从软件角度分类，多核处理器的操作系统体系有：

• SMP (Symmetric Multi-processing，对称多处理) 结构
• AMP (Asymmetric Multi-processing，非对称多处理) 结构
• BMP (Bound Multi-processing，边界多处理) 结构

SMP 结构

只有一个操作系统（OS）实例运行在多个 CPU 内核上，一个 OS 同等的管理各个内核，为各个内核分配工作负载，系统中所有的内核共享内存资源和外设资源。

因为异构处理器的各个内核结构不同，如果一个 OS 去管理不同的内核，这种情况实现起来比较复杂，所以一般运行在 SMP 结构下的通常都是同构处理器。Windows、Linux 和 Vxworks 等多种 操作系统都支持SMP 结构。