網際論壇 - 硬體技術交流 - 〔知識〕[技術報告]單核不死　還更具活性！ -- 2006/11/06

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#1 〔知識〕[技術報告]單核不死　還更具活性！ -- 2006/11/06

引用來源:電子時報http://www.digitimes.com.tw

（郭長祐／DigiTimes.com） 2006/11/06

雙核話題從去（2005）年4月開始引發，且從市佔大廠的規劃、宣傳來看，未來一切的處理器陣線都將是雙核，同時也已經開始上看四核，如此而言未來將會是全面多核的世界嗎？從此就再也沒有單核處理器了嗎？

　答案肯定不是，單核不僅不會停廢，反而比現有主流雙核（及未來四核、多核）有著更多樣、靈活、彈性的推行發展方式。此言是否為真？關於此筆者能以實例為證，且不僅一例，而是多例，以下將逐一向各位說明。

■嵌入式處理器、板卡

　為了避免與Intel正面衝突與另闢出路，很早x86相容處理器業者就積極拓展PC之外的嵌入式應用，包括用於電子彈珠台、投幣式點播機等，之後也用於精簡型電腦、STB視訊機頂盒、ATM自動櫃員機、POS端末收銀機、KIOSK資訊服務亭，時至今日此一路線及發展也依舊持續。

　過去這方面的嵌入式應用都用單核處理器，然而即便在未來也沒有太大的必要更替成雙核、多核，依舊使用單核也無妨，這類型的應用不需要強調效能，反而重視低廉、散熱，而雙核、多核的裸晶面積更大（意味著成本更高），散熱也更不易。

　舉例來說，VIA的x86相容處理器即幾乎全面朝嵌入式市場發展，至今也依然是單核，而Transmeta的x86相容處理器也類似，AMD方面也讓Geode系列維持單核，這些嵌入式取向的處理器都持續以單核為主，未來的強化提升構想也以更低成本、更高度整合、更佳的用電與散熱等為優先，可說是與雙核、效能完全反向的訴求。

　比較特別的是，有的業者是以提供單核處理器為主，至於搭配的系統電路板則由嵌入式應用的設計者自行發揮，另外也有由業者直接提供已經完成共通、大部分系統的嵌入式系統板，然後再由應用者以小幅修改、擴充來滿足嵌入式應用的需求，例如過去Sun Microsystems就提供UltraSPARC-IIe、IIi等處理器的嵌入式系統板，或如VIA也提供Eden等處理器的嵌入式系統板等，系統板作法除了能加速設計外，也較能確保相容性。

　■嵌入式「矽智財」

　除了晶片（處理器）型態的嵌入、板卡型態的嵌入外，也可以有矽智財型態的嵌入，即是只提供處理器的架構圖或電路圖，然後以此為基礎進行調修、整合，進而設計出更合乎特定需求的單晶片，此方面目前以ARM、MIPS最為大宗，同時近年來IBM也頗為積極，而Transmeta、Sun也努力拓展此一領域。

　比較不同的是，ARM、MIPS、Transmeta等業者所推行的處理器矽智財是以營運獲利為主，而IBM、Sun則比較傾向「均攤研發成本、增加用量規模、增加處理器架構的產業生態影響力」，這也是IBM為何要推行Power Everywhere策略、成立Power.org網站的原因，也是Sun為何要發起OpenSPARC專案的原因，期望藉此增加IBM POWER（含PowerPC）架構、Sun SPARC架構與x86架構抗衡的力量。

　說了這麼多，這些矽智財授權也都是以單核為主，僅有少數開始提供雙核，如MIPS、POWER等，而且即便有雙核矽智財授權，主要也是為了滿足電信、網路設備等的高速交換性應用，除此之外仍無迫切改行雙核的必要。

　更重要的是，隨著FPGA的高速化、大型化發展，未來軟核型態的單核處理器將會被更廣泛運用，而非每次都要以ASIC方式開光罩產製。

　■金磚四國（BRIC）市場

　金磚四國被認為是下一波最具潛力的市場，且若干市場特性近似於美國，皆屬單一、連續的大宗市場，用量規模極大，不過眼前的消費力仍無法與歐美日相比擬，所以除了用量大之外，也很重視單價的成本。

　由於成本是BRIC市場的一大重點，所以現有以BRIC理念出發的產品都在發佈之初就設定好目標價位，例如AMD的PIC就訂在180美元，往後即便推出後續機型的PIC 2、PIC 3也都會低於等於此價位。同樣的，MIT的OLPC初期設定在100美元以下，即便之後無法實現，也會對外公佈新的可能成本價位：139美元。

　如此很明顯的，在成本、單價的考量下，自然仍是以單核為主，雙核、多核反而討不到便宜。更進一步的，在印度、巴西等國度因氣溫較高，所以對處理器的散熱特性（或機內散熱設計）也會更重視，這同樣又是雙核、多核的一大痛處。

　■良率、省電、相容考量

　很久以來半導體就經常要在生產及銷售間求取均衡，生產出有瑕疵的晶片若完全報廢將會墊高成本，因此只要不是極大的壞損程度，通常會以降等方式銷售，例如8031微控制器即是內部ROM壞損的8051，80486SX微處理器即是內部387浮點運算單元壞損的80486DX，此外近年來多平行管線的GPU也都有類似的作法，若干管線壞損的GPU也是降等來銷售。

　所以，雙核處理器若產製時出現瑕疵，壞損了其中一個核，那麼也是可以降等成單核來銷售，特別是每次換替新製程技術時，生產製造良率也是最不易控制掌握的時候，壞損瑕疵必然會增多，這時還是可以有單核版的銷售，倘若這些還能銷售的單核統統直接報廢而放棄銷售，那麼成本就會轉嫁到其他的成功雙核、多核處理器上，使銷售價位更高，由此可知單核必然會存續。

　再者，雙核在某些情況下也等同於單核，例如在省電管理機制的設計上，可以在運算工作量低負載時而關閉其中一個核，而維持單核運作。或者，當系統載入的作業系統僅支援單核時（如MS-DOS、或其他嵌入式作業系統、即時作業系統等），那麼在開機的初始程序中大可直接將另一個核進行關閉，否則也是徒耗電力。

　■新世代遊戲主機

　即便是新一代的遊戲主機（Game Console），其所用的微處理器也多傾向於單核，或只針對特定的運算單元進行多核化，如Sony PS3所用的Cell處理器，嚴格而論只有單精度浮點運算部分是多核，整數運算、泛用運算部分仍是單核，即便是後續新版的Cell（研發代號：DD2）也只是將單核單緒小幅提升成單核雙緒而已，依舊是單核架構。

　同樣的，Nintendo Wii所用的處理器（研發代號：Broadway，百老匯）也是單核的設計，只有Microsoft Xbox 360比較特別，是採行獨特的三核架構。事實上遊樂器主機的運算設計重點是在GPU，CPU反而成為次要、輔助的角色。

　更進一步的，Cell處理器也會用於Sony、Toshiba的高清晰數位電視（HDTV）上，此外也用於IBM、Mercury Computer Systems的刀鋒伺服器（Blade Server）中，且主要推行在一些特用運算領域，如軍事設備、工控設備、醫療設備等。

　■今日CPU「核數」＝昔日CD-ROM「倍速」

　最後，各位是否還記得數年前CD-ROM光碟機的倍速競賽？當CD-ROM達16X、24X的倍速後，雖然後續仍有業者推出更高倍速的機種，但對消費者而言已沒有太多的吸引力，反而因為提升倍速而帶來其他的副作用，如高速時的噪音、震動、挑片等。

　同樣的，CPU是否能持續增加核數下去？其實也多所疑問，不僅供電、散熱難以支應，進出CPU的前端匯流排（FSB）頻寬也必是一大瓶頸，如此核數的增加就無法帶來更顯著的效能提升，反而會產生更多的副作用。

　從另一個角度看，雙核、多核也可能是一種危害，對x86伺服器而言，近年來以超薄、刀鋒伺服器較為熱門，而雙核、多核的散熱特性使其較難運用在此類的伺服器上。x86工作站方面也可能因此更被高階x86桌上型電腦所侵蝕，使用戶都去購買單顆雙核、四核的桌上電腦，而不去購買過往傳統以雙CPU接座設計的工作站。而筆記型電腦方面更是對雙核的用電控制要更費心神。

　如此看來，處理器應該更重視散熱、用電、頻寬等層面，對於嵌入市場還要講究整合彈性，對於BRIC市場還要重視價格性，即便是往高階伺服器系統發展，也當是重視互連頻寬、可靠機制、虛擬機制等設計，加上多核最好還能搭配重新撰寫、編譯的程式才更能獲得發揮，凡此種種都可瞭解：即便是單核，都還有一堆取向特性有待努力，徒增核數除了讓基準標竿測試的數字更美麗外，對各類實際應用恐是多害少益。