有關「多核心系統」，大家最想討論哪些技術領域？

jiming

多核運算系統在一般目的及嵌入式晶片系統開發多核心系統，包含下列技術：

, a9 H! T$ q7 g& ^Ø  對稱/異質核心：1-D，2-D陣列DSP或應用處理器(AP: Applcation process)
Ø  可重組元件：可依應用重組架構及通訊方式
Ø  晶片內匯流排：可客製化，即時與高頻寛及低功率，軟硬體資料排程
. l/ }2 U5 a# z: T- K* v$ ?Ø  記憶體管理與嵌入式記憶體：揮發及非揮發性記憶體
Ø  分散式功率管理
Ø  異質輸出入系統
. a: V- w+ d3 |. a3 y, QØ  極低功率設計法則
  c7 L0 ?8 O& T* L( \. V0 iØ  電子層級設計
Ø  多核模擬器及軟硬體共驗証
- S; i+ u: d5 w/ N$ e0 j+ w% PØ  操作系統及QoS
' |- M9 p1 P' Q2 W" kØ  多層次編譯器平台
Ø  多層級除錯器:包含通訊與同步設計
Ø  平行及共時語言
- o% {. h# K2 vØ  運算與應用映射(mapping)之效能評估及可擴充性
+ V! R4 ~/ S; p. OØ  法則分割及工作分派
Ø  開發嵌入式平台幾個代表性之參考設計及架構

chip123

■安謀國際科技提供■　

4 f  w" c' e4 I# E- E處理器性能的表現，以個人電腦、超級電腦為例，各種軟體應用對硬體性能的需求逐年攀升，針對這些性能需求，處理器也從單核心單一執行緒，演變成為多核心、多執行緒，甚至是多路叢集架構。行動裝置雖不若大型應用，對性能需求那麼明顯，近兩年來也有一定程度的提升。

單核心處理器提升性能，不外乎塞入夠多快取記憶體、更多執行單元，或是更高時脈，這用在個人電腦上或許可以，但是在電力供給錙銖必較的行動裝置上，卻完全行不通。雖然透過製程技術進步，或許可以稍稍抵銷因為電晶體數目增加及閘極漏電而導致的功耗，但這只是消極的治標方法。
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嵌入式應用方面，單核心體系一直是過去主流的應用架構，ARM、MIPS等IP廠商為達到功耗均衡，時脈設定都相當保守。以ARM為例，都以多核心架構、指令集及處理單元的強化，達到效能增長，盡量避免提升系統功耗的設計方式。
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處理器的多核心技術已行之有年，對特定應用，多核心架構的確對效能有很大的正面幫助，但是一般人對系統效能的幫助其實會有點誤會。基於多核心架構處理器的系統，多核心處理器並不能把單一執行緒的工作，平均切割分配給處理器中的不同核心。

多核處理器設計雖然多了一核，等於多一倍電晶體，以目前半導體技術演進速度，晶片面積與耗電量都可隨此進程等比級數降低，多核設計也可以有程度不等的電晶體共用。比如說L2快取或者是記憶體邏輯控制電路共用等，不是僅限於將兩個對等的CPU核心封裝為一顆，此類設計也有效降低多核晶片顆粒尺寸。

多核處理器還能充分利用不同應用的ILP（Instruction-Level Parallelism）和TLP，具有較高TLP的應用對於多核心架構的適應力較高，效能提升幅度也較大，多核處理器已成為處理器體系結構發展的一個重要趨勢。
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) k0 u, ^5 H0 O+ a多核心體系是ARM針對市場需求提出的回應，在嵌入式應用方面，多核心其實是挺新鮮的玩意，到目前才逐漸被半導體及終端產品開發商採用。多核心逐漸在市場上發光發熱，行動應用的導入雖稍晚，但已經手機作業系統-Symbian支援，在2010年推出首款基於Cortex A9 MPCore的手機。在家庭多媒體方案上，多核心的高彈性應用也逐漸被廠商接受，未來也將有更多應用，多核心架構不論在廣度及深度，都可以預見極為驚人的成長。

sunny.yu

智慧型手機處理器進入「多核」時代
聯合新聞網 - ‎2009年9月21日‎

... 占有率可望達到全球手機出貨量的21%，在全球每年近十四億支的手機市場中約占三億支的出貨量、可謂前景可期。2007年iPhone上市後將這個市場推向另一個層次：擅長消費性電子產品的蘋果公司讓智慧型手機從過去僅為工程師或高級主管的辦公設備搖身一變為時尚的代名詞。 ...

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處理器強化其於高使用量、高價值的消費性產品、嵌入式及工業應用領域的領導地位

* M6 N$ [6 G' m9 UARM今(22)宣佈推出ARM最小、最低功耗的多核心處理器：ARM® Cortex™-A5 MPCore™。應用範圍廣泛，從超低價手機、多功能手機以及智慧型手機，到一般嵌入式、消費性以及工業用設備等，皆可藉由此多核心處理器上網。無論是節能的單處理器或4倍速多核心處理器，Cortex-A5處理器的效能表現亮眼，並符合不同市場的功率規範。ARM結合了效能、功能與效率，使其成為高價值與高使用量應用市場的先鋒。

Cortex-A5單處理器使目前大量的ARM926EJ-S™ 以及 ARM1176JZ-S™取得授權使用者得以超值的方式升級。Cortex-A5以ARM926EJ-S 處理器的原始電力(Raw Power)與矽空間(Silicon area footprint)為設計基礎，其效能優於ARM1176JZ-S處理器，其單處理器(uniprocessor)比流行的前一代產品約節省兩倍功耗。這不僅提高了使用者經驗的品質，同時也降低成本以及終端使用者的產品尺寸。
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' y* P! ~! n, S1 OCortex-A5多核心處理器採用ARM MPCore技術更強化其效能；常見的ARM MPCore技術提升了效能擴充性並控制功耗，，在超越現有高效能設備的同時，亦遵守手機功耗之規範。ARM MPCore截至目前為止已取得超過15家主要半導體公司的授權，包括Broadcom, NEC Electronics, NVIDIA, Renesas Technology, Toshiba 以及Sarnoff Corporation，並廣泛應用於市場。這項技術拓展了應用層面並促成新穎且有效率的運作模式。

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Cortex-A5處理器採用TrustZone®安全技術以及首見於Cortex-A8處理器的多媒體處理引擎NEON™。NEON技術為Cortex-A 處理器系列延伸之128位元SIMD（Single Instruction, Multiple Data；單指令多重資料串流）架構，使多媒體應用的加速功能更具有彈性。
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Cortex-A5與Cortex-A8以及Cortex-A9處理器完全相容，使600位以上的ARM Connected Community™合作夥伴可立即使用已開發的軟體系統，如Android, Adobe Flash, Java Platform Standard Edition (Java SE), JavaFX, Linux, Microsoft Windows Embedded, Symbian 以及 Ubuntu。
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Internet創始人之一、Google副總裁暨網路推廣執行長Vinton Cerf於今年初召開之第18屆網際網路會議中預測：「未來將有更多使用者使用手機上網，而非使用筆記型電腦。網路使用人口將大幅增加，且我們對未來行動上網、快速上網及網路應用服務的需求與控制能力都會增加。」

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ARM 處理器部門行銷副總裁Eric Schorn 指出：「上網已成為重要的社交管道之一，而Cortex-A5處理器將使未來上網的速度加快，本公司推出Cortex-A5處理器，使網路史無前例地更加節能並提升成本效益。Cortex-A5處理器可應用於低價手機、家用網路設備與消費性、嵌入式與工業用設備，幾乎涵蓋所有可用於上網的設備，我們確實促使網路更加無遠弗屆。」

- y3 \- v  R. y0 W! SInsight 64期刊研究員Nathan Brookwood 表示：「ARM推出Cortex-A5處理器，更確立其提升入門手機的創新科技、設定新的成本效益標準與節能的地位。Cortex-A5處理器與Adobe近期所推出支援Cortex-A處理器之Flash Player 10.1並用，含有ARM處理器系統之使用者得以觀賞過去x86系統的使用者方可觀賞之網路影音內容。」

這項處理器已取得多位ARM合作夥伴的授權，如知名的半導體、電信、數位媒體與數位整合技術領導廠商三星（Samsung）公司。

8 a* U- p% E# Q$ G. d' C' G6 ?三星（Samsung）電子LSI部門策略行銷團隊副總裁Yiwan Wong表示：「本公司與ARM擁有強健的合作關係，並成功地應用ARM CPU於主要的系統單晶片 (SOC)產品 ，ARM新推出之Cortex-A5處理器將有助於拓展系統單晶片之應用層面，並可提升手機市場之市占率。」

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支援技術
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/ V8 j5 O0 F' u$ X& }- s! y5 M* U! V3 w- UCortex-A5處理器整合各項ARM技術，有助於ARM的合作夥伴研發、驗證以及生產具有全方位功能的優良產品，並加速其上市時程。

2 d1 ^  L1 J0 b; j0 t7 c實體IP的高效能最適化包裝(High Performance Optimization Package)支援這項新處理器，並率先適用於40 奈米製程。最適化包裝包括ARM低漏損量、具有多通道設計之高效能邏輯資料庫，以及適用於Cortex-A5架構之最佳化記憶體。最適化包裝首見於TSMC 40LP製程，並可藉由多閾值電壓與超速技術提升效能。
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ARM AMBA®以及CoreSight™系統開發IP與工具產品顯現出核心與記憶體之間有效移動、儲存或取得資料的重要性，使採用ARM Cortex處理器的系統單晶片設計達到最佳效能及功耗。AMBA系統開發元件使系統工程師得以善用系統頻寬、 縮短延遲時間並加速高效能系統單晶片的上市時程。ARM CoreSight技術支援全面晶片偵錯與即時追蹤功能，同時可降低風險，並加速研發高品質的系統軟體。

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具有低功耗以及小型設計特色之Mali™ Graphics Processing Units (GPUs)與Mali-VE Video Engines符合高品質圖像以及影像處理的系統要求。Cortex-A5處理器與  Mali-200, Mali-400MP GPUs以及Mali-VE3 , Mali-VE6 Video Engines並用，可確保高效能以及彈性化的設計，並提供使用者豐富的多媒體經驗，有利消費性產品活躍於其高度競爭的市場。
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; T  Z# E9 E8 R  h" XARM亦全面支援互補性的軟體工具，有助於軟體設計、晶片供貨前之調整測試，並顯著地縮短應用程式的上市時程，並確保其品質。同時推出之工具包含Fast Models（模擬研發、執行並最佳化軟體之正確指令模型）、RealView® Development Suite (RVDS) 4.0 Pro（整合最佳ARM Compiler以及推廣ARM Profiler），使應用軟體易於達成高效能以及最佳程式容量。

此外，ARM Active Assist的訓練與現場系統設計指導使取得授權使用者可有效地整合Cortex-A5處理器及其設計，以最佳化效能並降低風險，同時縮短上市時程。

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' e# U1 \/ K8 J; GCortex-A5處理器擁有多項主要授權且適用於主要的晶片市場，目前已開放申請授權，預計於2009年第四季開始供貨。

mister_liu

. s! _) I. U2 F* I2 f! I照片1：英特爾公司技術長Justin Rattner強調，多核心(multi-core)與許多核心(many-core)的運算，其影響速度持續加快，範圍已超越HPC
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新聞焦點
•英特爾實驗室推出嶄新“近臨界電壓核心(Near Threshold Voltage Core)”技術，顛覆運算系統固有的發展路線，成功開發出一款尚在實驗階段、內含Pentium等級的英特爾架構處理器，電源使用效益提升5倍，且僅靠一片郵票大小的太陽能電池，即能滿足運作所需的電力。  
6 J6 z% S( p% K" X+ I•英特爾實驗室針對開放原始碼社群發表“Parallel JS”引擎，為JavaScript™加入資料平行處理功能，提升各種瀏覽器服務的速度，包括電腦視覺、加解密、以及3D遊戲等應用，執行速度最高可提升8倍。
* _0 m2 R# n5 g7 [: _% E8 ]•英特爾實驗室發表混合記憶體立方體 (Hybrid Memory Cube)，其電源使用效益是現今DDR3記憶體的7倍，並提供單一DRAM晶片有史以來最快的資料傳輸速度。
•英特爾技術長Justin Rattner強調，多核心(multi-core)與許多核心(many-core)的運算，其影響速度持續加快，範圍已超越HPC，開發人員利用包括客戶端裝置與伺服器，努力解決各種日常運算問題。
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: {% R- x" Z/ Q! d! _6 `英特爾公司技術長Justin Rattner今日在舊金山舉行的英特爾科技論壇(Intel Developer Forum，IDF)上向與會來賓闡述，運算的未來發展腳步正持續加溫。他於會中宣告，多核心與許多核心運算已登上主流地位，並以超大規模運算的各項發展做為例證。

mister_liu

Rattner表示：「英特爾自2006年開始與英特爾架構研發社群合作，實現多核心與許多核心運算的潛力，其影響層面持續擴大，已超越高效能運算的範疇，業者開始著手在客戶端與伺服器上解決各種現實世界的運算問題。然而相較於許多核心與超大規模運算系統未來的發展潛力，我們今天展出的東西僅僅是其中的一小部分。 」

運算攀向極致巔峰
英特爾持續突破現今的各種極限，準備迎向未來的大幅躍進，將運算推向更高的效能層級，而且耗電量遠低於現今的水準。以Rattner展示的近臨界電壓處理器為例，內部採用新穎設計的超低電壓電路，大幅降低耗電，能在接近電晶體的臨界或導通電壓下運作。在這種概念下，在有需要時處理器能高速運作，而當作業負載較低時則立即將耗電降到10毫瓦，在如此低的功耗下，僅需一片郵票大小的太陽能電池就能滿足其電力需求。儘管研究階段的晶片未來不會成為獨立產品，但這項研究的結果，將讓可擴充的近臨界電壓電路能整合到未來各種產品，讓耗電減少5倍以上，並讓更多的運算裝置持續保持開機狀態。這樣的技術將延續英特爾實驗室的目標，讓各種應用的耗電量減少100至1000倍，包括從巨量資料處理到tera等級運算且能放入口袋的裝置。

( U9 @! N  S+ P3 }+ D. j. VHybrid Memory Cube是美光與英特爾合作開發的一款概念階段DRAM記憶體，它展現了記憶體設計的新模式，其省電效率是現今DDR3的7倍。Hybrid Memory Cube採用一種堆疊記憶體晶片組態，構成一個微型化的“立方體”，並採用新的高效率記憶體介面，不僅在每位元傳輸資料耗電方面樹立新的節能標竿，而且能達到每秒傳送1兆位元的傳輸速度。這項研究未來將促使雲端運算伺服器、Ultrabook、電視、平板電腦、以及智慧型手機等產品能有大幅的改進。

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照片2：英特爾公司技術長Justin Rattner與英特爾院士Shekhar Borkar在IDF中討論“近臨界電壓核心(Near Threshold Voltage Core)”技術，將顛覆運算系統固有的發展路線。

多核心的多元應用
" k8 X4 n) o# U; I+ B( ]多核心(Multi-core)，是指把兩個以上的處理引擎裝到同一顆晶片內，這種作法已被業界廣泛採納，用來提升效能以及壓低耗電量。許多核心(Many-core)較著重於設計層面，它不是像傳統方法逐步增加核心，而是依循高核心數量的新法則，從頭徹底革新晶片的設計。
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Rattner闡述他從5年前在IDF上推出英特爾第一顆雙核心處理器，至今發展到多核心運算的歷程。現在英特爾的多核心與許多核心處理器用來支援涵蓋各個產業領域各式各樣的重要應用，其中包括在快速演進的高核心數運算領域，陸續出現許多急速發展的新應用。

mister_liu

Rattner闡述這項技術一些最新應用，以及各種軟體工具與編程技巧，讓開發業者能在許多關鍵領域善加利用多核心與許多核心運算所帶來的優勢，其中包括：
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" _& a& c% G: }0 y, f1 K2 A1 c•加快的網路應用程式：藉由加入資料平行處理的功能擴展JavaScript™ 的版圖，以及採用一項剛發表的實驗性Parallel JS開放原始碼引擎，利用這項由英特爾實驗室開發的技術來支援桌上型電腦和包括Ultrabook在內的筆記型電腦上的各種新型瀏覽器應用程式，像是相片與影片編輯、物理模擬、以及3D遊戲。
' o$ e( b4 |0 e- u•反應更快的雲端服務：藉由支援多核心的英特爾第2代Intel® Core™(酷睿™)微處理器，讓使用記憶體快取的應用能提高佇列處理效率，並讓許多全球最大的網站能提升其網路應用程式的反應速度，並縮短使用者存取關鍵資料的等候時間。
•強化PC客戶端的安全性：在異質化環境中，藉由英特爾技術與第2代Intel Core微處理器內建的繪圖核心效能，讓平行處理的加解密與臉部辨識服務，強化桌上型電腦以及包括Ultrabook在內筆記型電腦的安全性。
* N' K+ C% D) O  H•成本更低的無線基礎架構：與中國移動通訊合作研發，取代各種客制化且昂貴的基地台硬體，汰換現今基地台訊號塔的設備，改用完全可編程且成本大幅降低的軟體式PC替代方案。
•真正的重量級科學研究：為了解開宇宙的各項秘密，歐洲原子能研究中心(CERN)運用內含英特爾多核心處理器的叢集系統，大幅提升高能物理程式的運算效能，未來還能把程式碼快速移植到英特爾即將推出的Intel® Many Integrated Cores (Intel® MIC)架構系列產品。