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Die內平行主義!Die外串行主義!
 

【作者: 陳隱志】   2005年12月05日 星期一

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在PC發展之初,人們認為並列傳輸優於串列,理由是同一時間可夾帶較多bit數,因此業界無不積極地拓寬各硬體環節的bit寬度,CPU從16-bit拓至32-bit、64-bit,硬碟從8-bit至16-bit,插槽從8-bit、16-bit、32-bit到64-bit,記憶體也從16-bit增至32-bit、64-bit,甚至是128-bit(如Athlon 64 FX),且CPU/GPU內更達256-bit(GPU處理管線或CPU快取資料路徑)。



但是近年來這個趨勢走緩了,理由是並列很難確保各bit線路的時序同步,且各bit線路間容易串音干擾,不易同步就無法再提升運作時脈,容易干擾就難以再拓增bit寬度。因此近年來並列加速法已被逐漸棄捨,如16-bit的ATA變成串列的SATA,SCSI也放棄制訂32-bit版,轉變成串列的SAS,PCI/PCI-X也從32/64-bit轉成串列式的PCI Express,如今FB-DIMM也讓64-bit記憶體轉成串列傳輸。



不過對CPU而言,多年前就已耗用過多接腳數,所以提前採行串列加速,即是在既有接腳組態下不斷加快時脈頻率,且製程技術的進步(如0.18um進入0.13um)也支持此種作法,電子流經閘極的距離縮短、晶片面積更小、電路整體反應更快,嚴格說這也是種空間加速法,但多數人會認定此為時間加速法。



但是,晶片的串行加速法也遇上瓶頸,Intel的CPU已長期無法突破4GHz,就連晶片技術超優的IBM也只能在實驗室內讓Cell CPU達4GHz,量產時為求穩定仍只用3.2GHz。如今Intel不得不改弦易轍,重新啟用並行加速法,此即是雙核、多核,捨棄時間(串行)加速,改回空間(平行)加速。



不僅Intel如此,HP、IBM、Sun等高階系統所用的RISC CPU,或nVIDIA、ATi的GPU等也都改採平行加速。HP、IBM、Sun各自的雙核CPU為PA-8800/8900、POWER5/5+、UltraSPARC IV/IV+,從2004年就陸續出現,甚至IBM的POWER4(也是雙核)早在2001年就登場,至於GPU更是多達十數條繪圖管線,GPU時脈僅數百MHz,連1GHz都不及,但繪圖效能卻遠勝動輒2GHz、3GHz的CPU。



或許有人說:多核平行不見得有線性提升效益,即雙核效能不見得就比單核多一倍,可能只增0.4~0.7倍。但各位想想:過去的時脈性加速不也是如此?只有在純內部運算時才有數GHz的高速,一旦要與記憶體溝通依然得遷就400/533/800MHz的慢速FSB。且根據測試,一旦倍頻超過8倍,更高的內頻時脈幾乎都無發揮的機會。



當然!也因製程提昇、晶圓面積成本更低,才能支持多核加速法。最後,多核加速也有利有弊,弊是時脈比過去單核還難提升,利是有較高的不良率容忍,一顆多核晶片即便有若干核壞損,只要將壞損關閉還是可以降價出售,相對的單核壞去多只能丟捨。



Intel過去早用過此種瑕疵求售法,如弄壞ROM的8051改稱8031、弄壞387浮點運算器的80486DX改稱80486SX,如今多核化反而更利於舊招重用。



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