计算机性能优化【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的价格为900元，从表面看，具有明显的价格优势。
　　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，双核的价格成本通常都在单核的2倍左右，也就是说，按照单核250的价格，双核270的定价应该在1200元上下。因此，实际上，双核270的价格更显优惠。
　　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SMT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。
　　
　　
　　参考文献：
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　　[2]张戈、张量、杨荣秋，纳米级工艺下多处理器功耗评估与优化技术[J].中国集成电路，2008，17（7）.
　　[3]黄国睿、张平、魏广博，多核处理器的关键技术及其发展趋势[J].计算机工程与设计，2009，30（10）.
　　[4]李毅、何颂颂、李恺，多核龙芯3A上二级BLAS库的优化[J].计算机系统应用，2011，20（1）.

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