计算机性能优化技术中存在的问题

摘 要： 计算机多核技术的发展,使得计算机的高功耗成为阻碍计算机技术发展的一个关键问题.目前,计算机的单核优化技术、双核优化技术在降低功耗方面的成效不大,处理器、BLAS优化技术、SPARC T2处理器等都以高效低耗为发展目标.因此,降低功耗、提高效率是衡量计算机性能优化技术的重要指标.在此结合单、双核技术优化的不足,分析处理器的发展趋势,就BLAS优化技术的研究,分析其存在主要问题及发展趋势,并提出提高SPARC T2处理器的途径.

关 键 词 ： 性能优化；单核、双核技术；处理器；BLAS优化技术；SPARC T2处理器

中图分类号：TP303.2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0310170－01

1.单核与多核优化技术及趋势

1.1 单核技术的优化趋势

从目前计算机技术的发展趋势来看,单核产品由于不能同时处理多个任务,使得单核技术似乎已经走到末路.然而,从我国计算机的普及程度来看,低端机在我国农村和经济落后地区的需求旺势,单核技术暂时还不能完全退出我国计算机市场.因此,单核技术必须根据市场需要,实现单核技术的低成本、高效率或高效率、低功耗,这是单核技术的优化的必然趋势.

1.2 单核与多核技术优化的趋势

简单阐述单核、多核技术优化的趋势,似乎缺乏说服力,我们可以拿AMD的2款性能差不多的单核、双核产品加以比较,就拿AMD单核皓龙250与AMD双核270做一个比较,就很容易发现单核技术优化的方向和多核技术优化的不足问题.

AMD单核皓龙250虽然为单核产品,从各方面来讲,除了缓存容量与系统总线不敌AMD双核皓龙270外,其它技术参数,比如制作工艺、插槽类型、内核电压等完全与双核一致,但是它的CPU主频为2.4GHz明显优于双核270的2.0GHz,250的功耗85.3W,小于270的95W,而且它的定价600元,270的为900元,从表面看,具有明显的优势.

双核270虽然主频频率慢于单核,但缓存容量是单核的2倍,因此,从总体来讲,处理任务的速度相应要比单核快.一般来说,频率差不多的CPU,双核的成本通常都在单核的2倍左右,也就是说,按照单核250的,双核270的定价应该在1200元上下.因此,实际上,双核270的更显优惠.

因此,从比较分析,不难得出,单核技术优化显然要满足高频、低功耗、低成本的发展方向,今后需要研究的是怎样借助系统软件,增大虚拟内存,提高缓存容量.双核技术的功耗过高是其明显不足,这是多核技术的通病.因此,多核技术优化要在低成本的基础上,如何有效降低功耗,是其今后着力解决的关键问题.

2.处理器发展趋势

从目前来看,制约处理器高性能发展的因素较多,最关键的问题是低功耗和开发可用性强的处理器.因此,处理器的发展目标无非就是降低功耗、提高性能、扩展应用范围.为了实现处理器的上述目标,处理器的发展趋势有：

2.1 低功耗

为了实现处理器低功耗的目标,提高处理器的性能,采用多核技术优化,应用简单低耗的单核结构,通过集成达到处理器的高效低耗.相对来说,简单的核心技术,不会由于核心数量增加,而影响处理器的线程,也不会加大功耗,能够稳步提高处理器的性能.

2.2 异构

从相关研究不难发现,集成数个结构、功耗、性能不同的核心在一个芯片上,通过任务分解让每个核心竞争执行不同的任务,使每个核心的效率实现最大化,使资源得到最优配置,并提高整个处理器的效率,也实现了处理器的降低功耗的目标.

2.3 重构

将重构技术（FPGA）应用在多核处理器上,融合了微处理器与集成电路的功能,使其具备通用性、高性能、低功耗、灵活性等多种功能.

3.BLAS优化技术存在主要问题及发展趋势

BLAS是基本的线性函数,是开发的多线程程序的基础.所谓多线程,即将一个进程多线程化,每个线程具有独立运行能力.从BLAS优化技术实际来看,创建一个进程投入的成本较高,而在进程内进行多个线程就要廉价很多,这样不仅可以节省开发时间,而且能够合理调配进程资源,使资源利用最大化.

从目前来看,我国多线程程序的应用开发,一般都是建立在单核处理器基础上的,对多核处理器上的多线程程序的应用开发目前基础较为薄弱,需要加强研究.目前BLAS线程优化研究的重点即是在多核处理器基础上,对多线程进行合理的任务划分,优化处理器的资源配置.优化原则即均衡负载、降低线程占用时间、提高资源共享效率.在多核处理器上的多线程化,相对来说会存在很多复杂问题,线程的增多会加大处理器的处理能力,造成功耗提高,使得优化难以发挥应有的效果.因此,在多核处理器基础上的多线程化,还要采用有效的线程优化工具,如OpenMP模型,它能够利用简单、扩展性强、移植性好等特点,使每个线程能够共享系统资源,减少系统资源的占用.

BLAS优化技术的发展趋势：提高程序的灵敏性反应,即操作程序内不同的操作任务都可以通过多线程化,使系统资源被重新规划,利用线程的灵活性,减少程序的响应时间,提高程序的灵敏度；使程序应用更为有效,多线程化能够使一个复杂的程序由多个线程分别进行,与单线程相比,不仅灵敏度高,还能够满足同一用户的不同需求,使得程序的应用效果更佳；尽量减少系统资源占用,可以通过多线程共享内存的方式,完成多个控制任务.BLAS多线程优化,使得资源占用的时间和空间都达到最小化,从而减少了资源占用；提高处理器效率,用户能够明显感受到处理器的速度增高,能够明晰BLAS优化后处理器的性能指标,并且经过优化的程序能够使用户使用方便.

4.提高SPARC T2处理器性能的主要途径

飞腾DSP处理器,采用优化设计的理念,关键技术包括含SIMD的VLIW结构与双T结构,是我国能够批量生产工业用芯片,经验证处理器性能满足高效低耗的性能.今后,主要采用以下途径提高飞腾处理器的性能.利用提高并行性,加大处理器的运行频率；将继续采用VLlW结构,不断研发高性能DSP；加强流技术与SIMD的应用研究,提高DSP性能；多核DSP与MCU异构技术融合,将成为提高飞腾处理器性能的重点发展方向.