多CPU、多核和超线程有什么区别？

Question

有人能向我解释一下多CPU、多核和超线程之间的区别吗？我总是对这些差异以及在不同场景中每种架构的优缺点感到困惑。

以下是我在网上学习和从别人的评论中学习之后的理解。

1. 我认为超线程是其中最劣等的技术，但很便宜。其主要思想是复制寄存器，以节省上下文切换时间；
2. 多处理器优于超线程，但由于不同CPU在不同的芯片上，不同CPU之间的通信时延比多核长，使用多芯片比多核通信开销大，功耗高；
3. 多核处理器将所有CPU集成在一块芯片上，因此与多处理器相比，不同CPU之间的通信延迟大大减少。由于它使用一片芯片来包含所有CPU，所以它的功耗更低，而且比多处理器系统更便宜。

这是正确的吗？

Answer 1

多CPU是第一个版本:你会有一个或多个主板上有一个或多个CPU芯片。这里的主要问题是CPU必须向其他CPU公开它们的一些内部数据，这样它们就不会碍事。

下一步是超线程化。主板上有一个芯片，但它内部有两个部件，这样它可以同时执行两个指令。

目前的发展是多核的.这基本上是最初的想法(几个完整的CPU)，但在一个单一的芯片。优点:芯片设计者可以很容易地将同步信号的附加电线放到芯片中(而不必将它们路由到一个引脚上，然后穿过拥挤的主板，再向上插入第二个芯片)。

今天的超级计算机是多CPU、多核的:它们有很多主板，通常有2-4个CPU，每个CPU都是多核的，每个CPU都有自己的RAM。

编辑--你说得很对。我只想说几点：

• 超线程在一个内核中同时跟踪两个上下文，从而将更多的并行性暴露在无序的CPU核心上。这会让执行单元充满工作，即使一个线程在缓存丢失、分支错误预测或等待高延迟指令的结果时也是如此。这是一种在不复制大量硬件的情况下获得更多总吞吐量的方法，但如果有的话，它会减缓每个线程的速度。有关更多细节，请参见本问答。，并解释了本段前一段的措辞有什么问题。
• 多CPU的主要问题是运行在它们上的代码最终将访问RAM。有N个CPU，但只有一个总线来访问RAM。因此，您必须有一些硬件来确保：( a)每个CPU获得相当数量的RAM访问；( b)访问RAM的同一部分不会造成问题；和( c)最重要的是，当CPU 1写入CPU 2在其内部缓存中具有的某个内存地址时，将通知CPU 2。如果不发生这种情况，CPU 2将很高兴地使用缓存的值，而忽略了它已经过时的事实。 想象一下，您在列表中有任务，并且希望将它们扩展到所有可用的CPU。因此，CPU 1将从列表中获取第一个元素并更新指针。CPU 2也会这样做。出于效率原因，两个CPU不仅会将这几个字节复制到缓存中，还会复制整个“缓存行”(不管是什么)。假设，当您读取字节X时，您很快也会读取X+1。 现在，两个CPU的缓存中都有一个内存副本。然后CPU 1将从列表中获取下一项。如果没有缓存同步，它将不会注意到CPU 2也更改了列表，并且它将开始处理与CPU 2相同的项。 这就有效地使多CPU变得如此复杂。这样做的副作用可能会导致性能下降，这比只在单个CPU上运行整个代码所得到的性能还要糟糕。解决方案是多核的:您可以轻松地添加尽可能多的连接，以同步缓存；您甚至可以将数据从一个缓存复制到另一个缓存(更新缓存行的一部分而不必刷新和重新加载)等等。或者，缓存逻辑可以确保所有CPU在访问实际RAM的同一部分时得到相同的缓存线，只需将CPU 2阻塞几纳秒，直到CPU 1进行更改为止。

EDIT2多核比多cpu简单的主要原因是，在主板上，你根本不能运行两片芯片之间的所有连接，而这是你需要使同步有效的。另外，信号的顶部只有30厘米/毫秒(光速；在电线中，你通常要少得多)。别忘了，在多层主板上，信号开始相互影响(串扰)。我们喜欢认为0是0V，1是5V，但在现实中，"0“是介于-0.5V之间(当从1->0掉一条线时过度驱动)，而.5V和"1”是任何高于0.8V的东西。

如果你把所有东西都放在一个芯片里，信号运行得更快，你可以拥有任意数量的信号(好吧，几乎:)。此外，信号串扰更容易控制。

Answer 2

您可以在英特尔网站上找到一些关于双CPU、多核和超线程的有趣文章，或者在耶鲁大学的一篇短文中找到。

我希望你能在这里找到你需要的所有信息。

Answer 3

简而言之:多CPU或多处理器系统有多个处理器。多核系统是由多个处理器组成的多处理器系统.在超线程处理中，多个线程可以在同一个处理器上运行(也就是说，这些多线程之间的上下文切换时间非常短)。

多处理器已经存在了30年，但大多在实验室中。多核是新一代流行的多处理器.目前，服务器处理器与多处理器一起实现超线程。

维基百科关于这些主题的文章很能说明问题。