多核与众核处理机芯片技术发展页PPT文档
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多核芯片简介 微型计算机技术教学PPT课件
• CMP 最早是由美国斯坦福大学提出的，其思想是在 一块芯片内实现SMP（Symmetrical Multi‐
• Processing ，对称多处理）架构，且并行执行不 同的进程。
2020/11/6
AA
5
多核处理器
• 在20世纪末，HP 公司和IBM 公司就已经提出了双核处理器 的可行性设计。
• 2001 年IBM 公司推出了基于双核的POWER4处理器，
• 随后，Sun 公司和HP 公司先后推出了基于双核架构的 UltraSPARC 及PA‐RISC 芯片，但当时双核处理器架构都 是在高端的RISC 领域，
• 2006 年Intel 公司和AMD 公司相继推出自己的双核处理器， 双核才真正进入主流的X86 领域。
• Intel 公司和AMD 公司之所以推出双核处理器，最重要的 原因是原有的普通单核处理器的频率难于提升，性能没有 质的飞跃。
• 1985 年，Intel 公司推出了Intel 80386 芯 片，之后又出现了许多高性能的32 位微处理 器，如Intel 80486 、Intel Pentium（奔腾） 等。
• 从20世纪90年代中期开始，32位微处理器芯片 的发展进入鼎盛时期。1995年11 月Intel 公 司推出了含550万个晶体管的Pentium Pro（高 能奔腾） 。
水，即指令预取、译码、执行、写回结果，浮点流
水又分为八级流水。
2020/11/6
AA
11
CPU 核心架构的发展
• ③ Pentium Pro（高能奔腾）和Pentium Ⅱ （P Ⅱ ，奔腾Ⅱ ）采用P6 架构。
•
P6 架构与Pentium 的P5 架构的最大区别在于，
以前集成在主板上的二级缓存被移植到了
• Processing ，对称多处理）架构，且并行执行不 同的进程。
2020/11/6
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多核处理器
• 在20世纪末，HP 公司和IBM 公司就已经提出了双核处理器 的可行性设计。
• 2001 年IBM 公司推出了基于双核的POWER4处理器，
• 随后，Sun 公司和HP 公司先后推出了基于双核架构的 UltraSPARC 及PA‐RISC 芯片，但当时双核处理器架构都 是在高端的RISC 领域，
• 2006 年Intel 公司和AMD 公司相继推出自己的双核处理器， 双核才真正进入主流的X86 领域。
• Intel 公司和AMD 公司之所以推出双核处理器，最重要的 原因是原有的普通单核处理器的频率难于提升，性能没有 质的飞跃。
• 1985 年，Intel 公司推出了Intel 80386 芯 片，之后又出现了许多高性能的32 位微处理 器，如Intel 80486 、Intel Pentium（奔腾） 等。
• 从20世纪90年代中期开始，32位微处理器芯片 的发展进入鼎盛时期。1995年11 月Intel 公 司推出了含550万个晶体管的Pentium Pro（高 能奔腾） 。
水，即指令预取、译码、执行、写回结果，浮点流
水又分为八级流水。
2020/11/6
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11
CPU 核心架构的发展
• ③ Pentium Pro（高能奔腾）和Pentium Ⅱ （P Ⅱ ，奔腾Ⅱ ）采用P6 架构。
•
P6 架构与Pentium 的P5 架构的最大区别在于，
以前集成在主板上的二级缓存被移植到了
GU入门技术介绍PPT课件
-Bill Gates, Microsoft
GPU简介
GPU，Graphics Processing Unit的简写，是 现代显卡中非常重要的一个部分，其地位与 CPU在主板上的地位一致，主要负责的任务 是加速图形处理速度。 GPU是一个高度并行化的多线程、多核心处 理器。
GPU简介
• GPU/CPU计算能力比较
• 从GPU诞生那天开始，其发展脚步就没有停止下来， 由于其独特的体系架构和超强的浮点运算能力，人们 希望将某些通用计算问题移植到GPU上来完成以提升 效率，出现了所谓的GPGPU（General Purpose Graphic Process Unit），但是由于其开发难度较大， 没有被广泛接受。
型号 GeForce Quadro Tesla Tegra Ion
GPU简介
适用用户 家庭和企业的娱乐应用，面向游戏用户 应用于图形工作站，面向专业级用户 用于高性能通用计算，面向研究人员 适用于移动设备 上网本
GPU研究现状
• NVIDIA在1999年推出了第一款GPU产品－GeForce 256。主要任务是进行图形渲染任务，缓解CPU压力 。
GPU
GPU简介 GPU研究现状 GPU内部架构 CUDA编程模型 CUDA存储器模型 CUDA程序实例 CUDA程序优化
GPU简介
单核处理器芯片已经到了尽头
Power Wall 功耗大
Memory Wall 存储器延迟很难降低，缓存占据>70%芯片面积
GPU简介
多核和众核时代
• 2006年NVIDIA推出了第一款基于Tesla架构的GPU（ G80），GPU已经不仅仅局限于图形渲染，开始正式 向通用计算领域迈进。
GPU研究现状
GPU简介
GPU，Graphics Processing Unit的简写，是 现代显卡中非常重要的一个部分，其地位与 CPU在主板上的地位一致，主要负责的任务 是加速图形处理速度。 GPU是一个高度并行化的多线程、多核心处 理器。
GPU简介
• GPU/CPU计算能力比较
• 从GPU诞生那天开始，其发展脚步就没有停止下来， 由于其独特的体系架构和超强的浮点运算能力，人们 希望将某些通用计算问题移植到GPU上来完成以提升 效率，出现了所谓的GPGPU（General Purpose Graphic Process Unit），但是由于其开发难度较大， 没有被广泛接受。
型号 GeForce Quadro Tesla Tegra Ion
GPU简介
适用用户 家庭和企业的娱乐应用，面向游戏用户 应用于图形工作站，面向专业级用户 用于高性能通用计算，面向研究人员 适用于移动设备 上网本
GPU研究现状
• NVIDIA在1999年推出了第一款GPU产品－GeForce 256。主要任务是进行图形渲染任务，缓解CPU压力 。
GPU
GPU简介 GPU研究现状 GPU内部架构 CUDA编程模型 CUDA存储器模型 CUDA程序实例 CUDA程序优化
GPU简介
单核处理器芯片已经到了尽头
Power Wall 功耗大
Memory Wall 存储器延迟很难降低，缓存占据>70%芯片面积
GPU简介
多核和众核时代
• 2006年NVIDIA推出了第一款基于Tesla架构的GPU（ G80），GPU已经不仅仅局限于图形渲染，开始正式 向通用计算领域迈进。
GPU研究现状
计算机的核心CPUPPT课件
在计算机技术中，对CPU在单位时间内（同一时间）能 一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为 32位数据的CPU通常就叫32位的CPU，同理，64位的 CPU就能在单位时间内处理字长为64位的二进制数据。
.
4 CPU的缓存Cache
缓存（Cache）的作用是为CPU和内存在数据交换时 提供一个高速的数据缓冲区。当CPU要读取数据时，首 先会在缓存中寻找，如果找到了则直接从缓存中读取， 如果在缓存中未能找到，CPU才会从主内存中读取数据。 CPU缓存一般分为L1 Cache 、L2 Cache和 L3 Cache 。
目前Intel CPU常见的接口有：LGA1156、LGA1155、 LGA1151。高端市场：LGA1366和LGA2011
.ห้องสมุดไป่ตู้
所谓“封装技术”是一种将集成电路用绝缘 的塑料或陶瓷材料打包的技术。以CPU为例 ，我们实际看到的体积和外观并不是真正的 CPU内核的大小和面貌，而是CPU内核等 元件经过封装后的产品。
LGA全称是Land Grid Array，直译过来就是栅格阵列封装， 与英特尔处理器之前的封装技术Socket 478相对应，它也 被称为Socket T。主要在于它用金属触点式封装取代了以 往的针状插脚。而LGA1151，顾名思义，就是有1151个触 点。
Socket 478
LGA1150 和LGA1151
Skylake核心架构
.
CPU的架构是指CPU采用的生产工艺, 就是CPU内部结 构，换句话说就是内部晶体管的排列方式，不同的微架 构有不同的排列方式。 ，
.
2 CPU的接口
CPU的接口（针脚）是指CPU与主板之间的连接方式， CPU的接口根据CPU的核心的不同而不同，CPU诞生 初期是直接焊接在主板上的，后来逐渐独立出来，也 就有了各式各样的接口（针脚）。
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4 CPU的缓存Cache
缓存（Cache）的作用是为CPU和内存在数据交换时 提供一个高速的数据缓冲区。当CPU要读取数据时，首 先会在缓存中寻找，如果找到了则直接从缓存中读取， 如果在缓存中未能找到，CPU才会从主内存中读取数据。 CPU缓存一般分为L1 Cache 、L2 Cache和 L3 Cache 。
目前Intel CPU常见的接口有：LGA1156、LGA1155、 LGA1151。高端市场：LGA1366和LGA2011
.ห้องสมุดไป่ตู้
所谓“封装技术”是一种将集成电路用绝缘 的塑料或陶瓷材料打包的技术。以CPU为例 ，我们实际看到的体积和外观并不是真正的 CPU内核的大小和面貌，而是CPU内核等 元件经过封装后的产品。
LGA全称是Land Grid Array，直译过来就是栅格阵列封装， 与英特尔处理器之前的封装技术Socket 478相对应，它也 被称为Socket T。主要在于它用金属触点式封装取代了以 往的针状插脚。而LGA1151，顾名思义，就是有1151个触 点。
Socket 478
LGA1150 和LGA1151
Skylake核心架构
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CPU的架构是指CPU采用的生产工艺, 就是CPU内部结 构，换句话说就是内部晶体管的排列方式，不同的微架 构有不同的排列方式。 ，
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2 CPU的接口
CPU的接口（针脚）是指CPU与主板之间的连接方式， CPU的接口根据CPU的核心的不同而不同，CPU诞生 初期是直接焊接在主板上的，后来逐渐独立出来，也 就有了各式各样的接口（针脚）。
多核处理器与多核编程学习PPT教案
如英特尔8080,8085。 • 第三代微处理器(16位)：以1978年英特尔的8086出现为起点。 • 第四代微处理器(32位)：运算模式包括实模式、保护模式和“虚拟86”。英特尔80386 DX, 80486,
Pentium 4…
并行计算机
• 由一组处理单元组成，这组处理单元通过相互之间的通信与协作，以更快的速度共同完成一项大规模的计 算任务。
• 对称多处理器（SMP） • 一个计算机上汇集了一组处理器，各处理器之间共享内存子系统以及总线结构。
• 并行向量处理机（PVP） • 集群计算机
片上多核处理器架构
• 片上多核处理器（Chip Multi-Processor，CMP）就是将多个计算内核集成在一个处理器芯片中，从而 提高计算能力。
• 按计算内核的对等与否，CMP可分为同构多核和异构多核
• CPU核心数据共享与同步 • 总线共享Cache结构：每个CPU内核拥有共享的二级或三级Cache，用于保存比较常用的数据，并通 过连接核心的总线进行通信。
• 基于片上互连的结构：每个CPU核心具有独立的处理单元和Cache，各个CPU核心通过交叉开关或片 上网络等方式连接在一起。
• 给程序开发者带来的挑战
• 当系统最后选择启动到操作系统时，EFI需要提交包括处理器在内的有关信息。
操作系统对多核处理器的支持方法
• 调度与中断 • 对任务的分配进行优化。使同一应用程序的任务尽量在一个核上执行。 • 对任务的共享数据优化。由于CMP体系结构共享二级缓存，可以考虑改变任务在内存中的数据分布， 使任务在执行时尽量增加二级缓存的命中率。 • 对任务的负载均衡优化。当任务在调度时，出现了负载不均衡，考虑将较忙处理器中与其他任务最不 相关的任务迁移，以达到数据的冲突量小。
Pentium 4…
并行计算机
• 由一组处理单元组成，这组处理单元通过相互之间的通信与协作，以更快的速度共同完成一项大规模的计 算任务。
• 对称多处理器（SMP） • 一个计算机上汇集了一组处理器，各处理器之间共享内存子系统以及总线结构。
• 并行向量处理机（PVP） • 集群计算机
片上多核处理器架构
• 片上多核处理器（Chip Multi-Processor，CMP）就是将多个计算内核集成在一个处理器芯片中，从而 提高计算能力。
• 按计算内核的对等与否，CMP可分为同构多核和异构多核
• CPU核心数据共享与同步 • 总线共享Cache结构：每个CPU内核拥有共享的二级或三级Cache，用于保存比较常用的数据，并通 过连接核心的总线进行通信。
• 基于片上互连的结构：每个CPU核心具有独立的处理单元和Cache，各个CPU核心通过交叉开关或片 上网络等方式连接在一起。
• 给程序开发者带来的挑战
• 当系统最后选择启动到操作系统时，EFI需要提交包括处理器在内的有关信息。
操作系统对多核处理器的支持方法
• 调度与中断 • 对任务的分配进行优化。使同一应用程序的任务尽量在一个核上执行。 • 对任务的共享数据优化。由于CMP体系结构共享二级缓存，可以考虑改变任务在内存中的数据分布， 使任务在执行时尽量增加二级缓存的命中率。 • 对任务的负载均衡优化。当任务在调度时，出现了负载不均衡，考虑将较忙处理器中与其他任务最不 相关的任务迁移，以达到数据的冲突量小。
多核技术PPT
多核并行处理在景象匹配算法中的应用
对于基准图上的任意一点(i，J)按照式(3)进行相似度计算，当 D(i，J)取得最大值时，其像素点就是最佳匹配点。由于模板匹配算法要 对子图和模板图中每个像素点的灰度值都进行相似度计算，当子图和模 板图的尺寸增大时像素点增多，匹配效率随着计算量的增大而降低。而 各个像素点的计算是相互独立的。在多核计算机上运行时非常适合应用 多核并行处理技术实现计算的并行化，大大提高景象匹配评估平台的运 行效率。
多核并行处理在景象匹配算法中的应用
一、景象匹配算法：
景象匹配是指通过某种匹配算法在两幅或多幅图像之间把一个图像 区域从目标区域中识别出来,找到它们之间的识别同名点的图像分析与处 理技术.该技术在许多领域发挥重要的作用,如军事领域的导弹制导系统, 医药领域的生理病变检测等等。 匹配算法通常基于灰度的特征来进行。匹配算法的基本原理是在基 准图中提取子图并且与匹配模板进行相似度比较的过程，与匹配模板相 似度最高的子图也就是匹配点所在的位置。 有多种测量相似度的计算方式,本实验采用如下方式:
多核并行处理技术简述
OpenMP
Open MP应用程序接口是针对共享内存多处理器体系结构的可移植 并行编程模型，能够支持并行计算时对线程和变量的灵活设置和控制。 对比于操作系统平台上的多线程编程的步骤，应用OpenMP的过程要更 为简便。
TBB
TBB是Intel推广的支持多核处理器的C++线程并行编程模型，它相对 于OpenMP的最大优势就在于其面向对象特性的实现。而且具有支持复 杂的并行模式、可扩展的线程嵌套并行等特点。但TBB应用灵活性的增 加也使得用户应用的难度增大，需要基于TBB提供的并行算法模板类(如 parallel—for等）编写程序，以支持复杂的并行模式。
芯片资料PPT
其他领域应用展望
物联网领域
物联网设备需要大量芯片支持， 如传感器芯片、RFID芯片等。
汽车电子领域
汽车智能化、电动化趋势加速， 对芯片需求不断增长，如自动驾 驶芯片、车载娱乐系统芯片等。
医疗器械领域
医疗器械对芯片精度和稳定性要 求极高，如心脏起搏器芯片、医
疗影像设备芯片等。
05
芯片产业链及竞争格局分析
产业链上游：原材料与设备供应商
原材料
主要包括硅片、光刻胶、化学气体、 靶材等，这些原材料的质量直接影响 到芯片的质量和性能。
设备供应商
芯片制造需要高精度的设备，如光刻 机、刻蚀机、离子注入机等，这些设 备的供应商在产业链上游占据重要地 位。
产业链中游：芯片设计与制造企业
芯片设计
芯片设计是芯片产业链的核心环节，需要专业的芯片设计人才和先进的EDA工 具。
行业标准制定
行业组织和企业积极参与芯片标准制定，推动产 业规范化发展。
知识产权保护
加强知识产权保护力度，保障创新者的合法权益 ，促进技术创新和产业发展。
THANKS
感谢观看
混合信号芯片
同时包含模拟和数字 电路的芯片，用于处 理复杂的信号和控制 任务。
芯片主要技术参数解析
封装形式
指芯片封装后的外观和尺寸， 如DIP、QFP、BGA等。
工作电压与电流
芯片正常工作所需的电压和电 流范围。
工艺制程
描述芯片制造过程中所使用的 技术，如纳米级别表示晶体管 尺寸大小。
引脚数
芯片上的引脚数量，决定了芯 片与外部电路的连接能力。
完善的质量检测体系
建立全面的质量检测体系，对பைடு நூலகம்个生 产环节进行严格把关，确保产品符合 质量要求。
多核CPU技术的发展与关键技术分析
技术优势
目前虽然单一的单线程程序无法体现出多核处理器的优 势，但是多核处理器依然为程序设计者提供了一个很好的平 台，使得他们可以通过对原有的单线程序进行并行设计优化 ，以实现更好的程序运行效果。
技术瓶颈
要想让多核完全发挥效力，需要硬件业和软件业更多革 命性的更新。其中，可编程性是多核处理器面临的最大问题 。一旦核心多过八个，就需要执行程序能够并行处理。尽管 在并行计算上，人类已经探索了超过40年，但编写、调试、 优化并行处理程序的能力还非常弱。
多核CPU技术
技术简介
多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的 计算引擎(内核)。多核技术的开发源于工程师们认识到，仅 仅提高单核芯片的速度会产生过多热量且无法带来相应的性 能改善，先前的处理器产品就是如此。他们认识到，在先前 产品中以那种速率，处理器产生的热量很快会超过太阳表面 。即便是没有热量问题，其性价比也令人难以接受，速度稍 快的处理器价格要高很多。
从单核到多核
计算机上不断涌现的新兴使用模式让最终用户对处理器 的处理能力——即性能——提出了更高的要求，并且对性能 每年提高的幅度还在不断加速，而多核技术是目前行之有效 的方法。
多核出现的必然性
在一个芯片上建造多个CPU内核，而不是建造单个巨大 的CPU。这样就可以在较小的能耗下，让多个CPU共同工作， 提高整体性能。摩尔定律告诉我们芯片上的晶体管会以指数 增长，我们就能在一个芯片上建造越来越多的功能强大的 CPU内核，从而继续提高电脑的性能。
技术原理
多核CPU就是基板上集成有多个单核CPU，早期PD双核需 要北桥来控制分配任务，核心之间存在抢二级缓存的情况， 后期酷睿自己集成了任务分配系统，再搭配操作系统就能真 正同时开工，2个核心同时处理2“份”任务，速度快了，万 一1个核心死机，起码另一个还可以继续处理关机、关闭软 件等任务。
《cpu发展史》课件
第五代计算机
第五代计算机以人工智能为核心，具备学习、推理和理解能力。首个第五代 计算机系统是日本的Fifth Generation Project。
CPU的发展趋势
CPU发展趋势包括并行计算、特殊用途处理器、人工智能和量子计算等，带来更高的计算能力和更多的应用领 域。
结语
CPU作为计算机的核心和关键部件，对人类社会的发展起着重要作用。展望 未来，CPU将继续创新，推动科技的进步。
第二代计算机
第二代计算机采用晶体管替代了真空管，体积缩小、速度提高。IBM 1401是第二代计算机的代表。
第三代计算机
第三代计算机采用集成电路芯片，使计算机更小、更快、更可靠。DEC PDP-11是第三代计算机的代表。
第四代计算机
第四代计算机应用了微处理器技术，进一步提高了计算机的性能和功能。IBM Personal Computer是第四代计 算机的代表。
《CPU发展史》PPT课件
CPU发展史：从第一代计算机到未来的趋势，探索一步步改变人类生活的计 算机处理器。
什么是CPU
CPU（中央处理器）是一台计算机的心脏和大脑，负责执行各种计算和处理 任务，是计算机的核心组成部分。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第一代计算机
第一代计算机是指使用真空管作为计算元件的计算机时期。它们的特点是巨 大、低速和高功耗，以ENIAC为代表。
从多核到众核处理器
从多核到众核处理器其实“多核”这个词已经流行很多年了，世界上第一款商用的非嵌入式多核处理器是2002年IBM推出的POWER4。
当然，多核这个词汇的流行主要归功与AMD和Intel的广告，Intel与AMD的真假四核之争，以及如今的电脑芯片市场上全是多核处理器的事实。
接下来，学术界的研究人员开始讨论未来成百上千核的处理器了。
有一个与多核匹配的词叫片上网络（Networks on Chip），讲的是多核里的网络式互连结构，甚至有人预测未来将互连网集成到片上这种概念了。
当然，这样的名词是很吸引眼球的，不过什么东西都得从实际出发，这篇文章也就简单地分析了为什么有多核这个事情，以及多核系统的挑战。
为什么有多核处理器？事先需要提及的是，一个常见误区就是多核和众核处理器的发展来源于应用和市场驱动。
实际上，应用和市场希望单核处理器的寿命越来越长，而物理限制是多核以及未来众核处理器出现和发展的动力。
之后我们来谈论一下，首先，为什么有多核处理器？从Intel 80286到Intel Pentium 4大概二十多年的时间都是单核处理器的天下，为什么最近几年单核处理器却销声匿迹了？是什么导致了多核时代的到来？这里需要知道一个经验定律和三个限制，他们是多核处理器的最本质缘由。
这个定理就是摩尔定律。
Gordon Moore博士是Intel的创始人之一。
早在他参与创建Intel之前的1965年，他就提出，在至少十年内，每个芯片上集成的晶体管数（集成度）会每两年翻一番。
后来，大家把这个周期缩短到十八个月。
这个指数规律的发展速度是令人难以置信的，大家都听过那个国王按几何级数赏赐大臣谷粒，从而使得国库被掏空的传说。
而摩尔定律讲得就是现实中晶体管数量几何级数倍增的故事，更令人难以置信的是这个速度保持到今天已经快五十年了。
人类历史上应该还没有任何技术是指数发展这么久的。
题外话一句，若干年前，互联网骨干网带宽曾经这么指数了几年，曾有人将其总结为一个定律忽悠一堆人研究光纤通讯，后来发现带宽没法按照指数定律涨了，许多搞光电的人也就找不到工作了。
多核、众核技术课件
线延迟变长
在众核设计中进行集中控制变得困难，如何采用更分布式的方式完成结 构设计？如何在分布的结构中实现共享数据的分发传播？如何在分布的 结构中实现高效的核间互斥并发操作？
------Tilera-Gx72-Raw结构
作者：杨颖超
4.1Tilera-Gx72
这是Tilera公司今年2月19发布的一款新的72核心的微 处理器。 Tilera-Gx72还包含了多项Tilera的特有技术：iMesh二 维互联、DDC分布式缓存一致性以及TileDirect I/O技术等， 提供了4个DDR3内存控制器，以及带有100Gb以太网的片 上 I/O 、 8 个可配置为 32 个 1GbE 端口的 10GbE 端口、以及 ４个 PCI-E 端口。芯片主频为 1.2GHz ，带有 23MB 缓存， 16个内核可用于NIC功能。
作者：傅雪雪/张伟育
3.1 多核技术主要研究内容
并行编程 多核中的能源
核心内部的延迟
3.1.1并行编程
多核的成本优势与并行化计算与计算机性能上的需 求相结合，促进了多核并行编程。
美国斯坦福大学在20 世纪90 年代中期就开始了多核处理 器的研究。他们是目前学术界非常活跃的研究小组之一， 研究范围包括体系结构、应用程序分析研究，以及目前 处于热点的并行编程模型-事务存储。 日本的早稻田大学在20 世纪末就开始发表有关多核处理
Tilera-Gx72处理器结构图
内存控制器 系统集成
mpipe多核可编程智能引 擎系统提供线速数据包 分类，负载平衡和数据 包缓冲管理处理等操作
串行总线
网络端口
IO流接口
系统集成
芯片带有2个USB 2.0、1个主机接口。4个I2C接口。1个 SPI主接口，2个高速UART接口及48个中断引脚和JTAG 端口。 串行总线
处理器的发展PPT精品文档17页
现已淘汰。
系统集成 第二章 计算机主机系统与处理器
奔腾二代(Pentium Pro with MMX) 97年5月推出,高能奔腾基础上的MMX化 频率范围233/266/300/333/350/400/443MHz 0.35或0.25微米工艺技术和电压降低技术 核 心 电 压 从 2.45 伏 降 为 1.8 伏 ， I/O 接 口 电 压 从 3.3 伏 降 为 2.5 伏 ， 能 耗 降 低 50% 。 封 装采用单边接触(SEC)，(传统PGA)，Slot 1插座, PⅡ处理器具有四大特点技术：
系统集成 第二章 计算机主机系统与处理器
高能奔腾(Pentium Pro) P6级芯片，686芯片
95年推出，芯片采用双穴封装，定制 的L2 Cache与它放在一起。使高速缓 存能运行在更高频率上。但这样的设 计 使 P-Pro 价 格 异 常 昂 贵 。 它 具 有 双 重独立总线结构、指令动态执行结构， 多用于高性能的工作站和服务器。频 率范围133/150/166/200MHz。
Intel 奔腾 310万颗 0.8微米 1993年
奔腾Pro 550万颗 0.6微米 2019年
奔腾II
750万颗 0.35微米 2019年
奔腾III 950万颗 0.25微米 2019年
奔腾III 2810万颗 0.18微米 2019年
奔腾IV
万颗 0.14微米 2019年
系统集成 第二章 计算机主机系统与处理器
系统集成 第二章 计算机主机系统与处理器
奔腾三代(Pentium Pro with MMX2) 原PII处理器中的Katmai（研发代号） 于99年2月重新命名为Pentium III。 该处理器带有70条新的MMX指令， 又称KNI (Katmai new instructions)指 令。频率400MHz-600MHz，支持slot 2结构，面向自然语音处理、商务应 用、自然人机界面等，提高了浮点处 理和3D处理密集的应用程序性能。也 针对高档服务器等。
系统集成 第二章 计算机主机系统与处理器
奔腾二代(Pentium Pro with MMX) 97年5月推出,高能奔腾基础上的MMX化 频率范围233/266/300/333/350/400/443MHz 0.35或0.25微米工艺技术和电压降低技术 核 心 电 压 从 2.45 伏 降 为 1.8 伏 ， I/O 接 口 电 压 从 3.3 伏 降 为 2.5 伏 ， 能 耗 降 低 50% 。 封 装采用单边接触(SEC)，(传统PGA)，Slot 1插座, PⅡ处理器具有四大特点技术：
系统集成 第二章 计算机主机系统与处理器
高能奔腾(Pentium Pro) P6级芯片，686芯片
95年推出，芯片采用双穴封装，定制 的L2 Cache与它放在一起。使高速缓 存能运行在更高频率上。但这样的设 计 使 P-Pro 价 格 异 常 昂 贵 。 它 具 有 双 重独立总线结构、指令动态执行结构， 多用于高性能的工作站和服务器。频 率范围133/150/166/200MHz。
Intel 奔腾 310万颗 0.8微米 1993年
奔腾Pro 550万颗 0.6微米 2019年
奔腾II
750万颗 0.35微米 2019年
奔腾III 950万颗 0.25微米 2019年
奔腾III 2810万颗 0.18微米 2019年
奔腾IV
万颗 0.14微米 2019年
系统集成 第二章 计算机主机系统与处理器
系统集成 第二章 计算机主机系统与处理器
奔腾三代(Pentium Pro with MMX2) 原PII处理器中的Katmai（研发代号） 于99年2月重新命名为Pentium III。 该处理器带有70条新的MMX指令， 又称KNI (Katmai new instructions)指 令。频率400MHz-600MHz，支持slot 2结构，面向自然语音处理、商务应 用、自然人机界面等，提高了浮点处 理和3D处理密集的应用程序性能。也 针对高档服务器等。
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2
我国万万亿次超级计算机CPU有望全部国产化
2019-3-8日环球网报道国防科大校长张育林谈话
世界第一的“天河一号”超级计算机系统采用了“飞腾-1000”
高性能多核微处理器。“天河一号”：4700万亿次的峰值速度
和2566万亿次的持续速度 ；1000万亿次/秒为：
3
我国天河一号千万亿次超级计算机
[SCaLeS 03] Workshop on the Science Case for Large-scale Simulation, June 24-25, proceedings on Internet a /scales/.
[DeBenedictis 04], Erik P. DeBenedictis, “Matching Supercomputing to Progress in Science,” July 2019. Presentation at Lawrence Berkeley National Laboratory, also published as
10 Exaflops
Applications 应用
No schedule provided by
source 海量 地球
全球气候模型 数据
Full Global Climate [Malone 03]
[HEC04]
更复杂生物
分子结构模拟
Simulation of more complex biomolecular
6
（一）。 多核与众核处理机 结构芯片技术的需要
7
高性能计算应用需求
[Courtesy of Erik P. DeBenedictis]
System
Performance 等离子体
系统性 能
ops
Plasma Fusion Simulation [Jardin 03]
[Malone 03] Robert C. Malone, John B. Drake, Philip W. Jones, Douglas A. Rotman, “High-End Computing in Climate Modeling,” contribution to SCaLeS report.
structures
Geodata Earth Station Range [NASA 02]
100万 1 Exaflops
万亿次
100 Petaflops
1万 10 Petaflops
万亿
次 1 Petaflops
100 Teraflops 2000
2019
Compute as fast
蛋白质结构 protein folding
NASA/TM-2019-209715, available on Internet.
[NASA 02] NASA Goddard Space Flight Center, “Advanced Weather Prediction Technologies: NASA’s Contribution to the Operational Agencies,” available on Internet.
1 PFLOPS
as the engineer can think
生物
simulation of large biomolecular structures (ms scale)
250 TFLOPS
[NASA 99]
分子
100 1000 [SCaLeS 03] 结构
simulation of medium biomolecular structures (us
Sandia National Laboratories SAND report SAND2019-3333P. Sandia technical reports are available by going to and accessing the technical library.
世界500强第一名，奥巴马专门提到它
4
世界500强第一名天河1号插件版
5
提纲
1。多核与众核处理机结构芯片技术的需要 2。多核和众核体系结构处理机芯片的发展 3。异构多核众核结构芯片
4。片上系统SOC互联网络的发展 5。微电子工艺的进一步发展 6。未来exaFlops高性能计算机芯片预测 7。结论
scale)
50 TFLOPS
2020
[Jardin 03] S.C. Jardin, “Plasma Science Contribution to the SCaLeS Report,” Princeton Plasma Physics Laboratory, PPPL-3879 UC-70, available on Internet.
[NASA 99] R. T. Biedron, P. Mehrotra, M. L. Nelson, F. S. Preston, J. J. Rehder, J. L. Rogers, D. H. Rudy, J. Sobieski, and O. O. Storaasli, “Compute as Fast as the Engineers Can Think!”
高性能多核和众核处理机 芯片技术发展
李三立教授
清华大学
1
引言
处理机永远是计算机技术和产业的重要驱动力。 要进一步发展千亿次（Petaflops）高性能计算机，
是离不开多核与众核芯片的发展的;计算机体系结构的 新技术大多体现在高性能多核与众核芯片上。希望我 们关注高性能计算技术的发展； 现在计算机体系结构是“系统”都做到“芯片上”去 了（SOC）。希望我们计算机学院的“计算机组织” 和“计算机体系结构”课程的老师和学生能够在教学 与学习中增加这方面内容，老师在申请自然科学基金 和其它科研经费方面也注意加重这方面的研究方向； 希望我们年轻教师和学生把兴趣放在这一领域，把我 国的处理机芯片技术搞上去。
[HEC04] Federal Plan for High-End Computing, May, 2019.
我国万万亿次超级计算机CPU有望全部国产化
2019-3-8日环球网报道国防科大校长张育林谈话
世界第一的“天河一号”超级计算机系统采用了“飞腾-1000”
高性能多核微处理器。“天河一号”：4700万亿次的峰值速度
和2566万亿次的持续速度 ；1000万亿次/秒为：
3
我国天河一号千万亿次超级计算机
[SCaLeS 03] Workshop on the Science Case for Large-scale Simulation, June 24-25, proceedings on Internet a /scales/.
[DeBenedictis 04], Erik P. DeBenedictis, “Matching Supercomputing to Progress in Science,” July 2019. Presentation at Lawrence Berkeley National Laboratory, also published as
10 Exaflops
Applications 应用
No schedule provided by
source 海量 地球
全球气候模型 数据
Full Global Climate [Malone 03]
[HEC04]
更复杂生物
分子结构模拟
Simulation of more complex biomolecular
6
（一）。 多核与众核处理机 结构芯片技术的需要
7
高性能计算应用需求
[Courtesy of Erik P. DeBenedictis]
System
Performance 等离子体
系统性 能
ops
Plasma Fusion Simulation [Jardin 03]
[Malone 03] Robert C. Malone, John B. Drake, Philip W. Jones, Douglas A. Rotman, “High-End Computing in Climate Modeling,” contribution to SCaLeS report.
structures
Geodata Earth Station Range [NASA 02]
100万 1 Exaflops
万亿次
100 Petaflops
1万 10 Petaflops
万亿
次 1 Petaflops
100 Teraflops 2000
2019
Compute as fast
蛋白质结构 protein folding
NASA/TM-2019-209715, available on Internet.
[NASA 02] NASA Goddard Space Flight Center, “Advanced Weather Prediction Technologies: NASA’s Contribution to the Operational Agencies,” available on Internet.
1 PFLOPS
as the engineer can think
生物
simulation of large biomolecular structures (ms scale)
250 TFLOPS
[NASA 99]
分子
100 1000 [SCaLeS 03] 结构
simulation of medium biomolecular structures (us
Sandia National Laboratories SAND report SAND2019-3333P. Sandia technical reports are available by going to and accessing the technical library.
世界500强第一名，奥巴马专门提到它
4
世界500强第一名天河1号插件版
5
提纲
1。多核与众核处理机结构芯片技术的需要 2。多核和众核体系结构处理机芯片的发展 3。异构多核众核结构芯片
4。片上系统SOC互联网络的发展 5。微电子工艺的进一步发展 6。未来exaFlops高性能计算机芯片预测 7。结论
scale)
50 TFLOPS
2020
[Jardin 03] S.C. Jardin, “Plasma Science Contribution to the SCaLeS Report,” Princeton Plasma Physics Laboratory, PPPL-3879 UC-70, available on Internet.
[NASA 99] R. T. Biedron, P. Mehrotra, M. L. Nelson, F. S. Preston, J. J. Rehder, J. L. Rogers, D. H. Rudy, J. Sobieski, and O. O. Storaasli, “Compute as Fast as the Engineers Can Think!”
高性能多核和众核处理机 芯片技术发展
李三立教授
清华大学
1
引言
处理机永远是计算机技术和产业的重要驱动力。 要进一步发展千亿次（Petaflops）高性能计算机，
是离不开多核与众核芯片的发展的;计算机体系结构的 新技术大多体现在高性能多核与众核芯片上。希望我 们关注高性能计算技术的发展； 现在计算机体系结构是“系统”都做到“芯片上”去 了（SOC）。希望我们计算机学院的“计算机组织” 和“计算机体系结构”课程的老师和学生能够在教学 与学习中增加这方面内容，老师在申请自然科学基金 和其它科研经费方面也注意加重这方面的研究方向； 希望我们年轻教师和学生把兴趣放在这一领域，把我 国的处理机芯片技术搞上去。
[HEC04] Federal Plan for High-End Computing, May, 2019.