● 首先介绍一下处理器术语
◎多核处理器出现之前，技术领域是什么状况？
在试图介绍多核计算发展之前，我们有必要先在术语和目标方面达成共识。令人讶异的是，这一领域中的很多常用词汇用在计算产品的生产方、采购方和用户方，涵义迥然不同。若针对这些不同的涵义进行研究，将显著增加复杂度和权衡取舍的难度，而它们对于工程设计流程却是至关重要的。
“平衡”的概念：
对于“平衡”，韦氏在线辞典共列出了 12 个定义，其中与本文关系最为密切的定义有两个：
第5项
a：由于在垂直轴的两端分布等量的重量而产生的稳定性。
b：在对比、对立或交互元素间的均衡性。
c：账目两端的总值相等。
第6项
a：在美学意义上多个元素的完美整合
在计算机系统中，人们对于“平衡”的理解多是这两种概念。前者是定量、分析性的，但却试图迅速将这一定义结合到各种复杂因素之中。计算机系统应该在哪些属性上体现出“对称分布”？我们认为，这些重要的属性包括：成本、价格、功耗、物理尺寸、可靠性以及众多相对独立的性能属性的任意主体。在选择哪些属性实现“平衡”，或如何将多种属性比较整合成单一的“平衡”标准时，将不会存在显而易见的“正确答案”。
当考虑计算机系统的多维设计/配置空间时，“平衡”的美学定义带有设计者强烈的个人色彩，但应用到工程和业务空间上时，如果忽略定量因素，则会使整个 “平衡”概念失去效用。
这些标准定义的缺乏表明了一种不容忽视的微妙关系。在本文中，我们很高兴能够继续使用“平衡”一词，但需要指出，在清晰定义的定量环境中（包括如何将它们组成单一的优化问题），该词只具有数量含义。
“优化”的概念
对于“优化”，韦氏在线辞典中仅列出 1 个定义：使事物（例如一个设计、系统或决策）尽可能完美、起作用或有效的一种行动、流程或方法；具体指参与其中的数学程序（例如找到函数的最大值）。
对于此术语，计算机用户最常见的使用错误，是错误地将编译器理解为“优化器”，在此情况下，往往只将“优化”用作“改进”的同义词。虽然词意相近，但优化（在其数学含义中）指的是在存在约束的条件下（也可能只是由目标功能自身产生的约束限制），将特定的目标功能最小化或最大化。与之对照，“改进”是指“使事物变得更好”，并不具有“优化”概念中至关重要的“权衡”的意义。
计算机系统设计中的优化是指，选择使特定目标功能最大化或最小化的参数，同时，还通常为其他目标功能提供“次级优化”解决方案。在普遍使用的目标功能中，有很多参数相互矛盾，例如，低成本与高性能、低功耗与高性能等。设计参数一旦相互抵触，就将根据具体目标功能的量化公式找到“最优”设计点——例如明确要求，提升10%的性能（或把功耗降低 10%）对其他设计目标会产生怎样的影响？
如何做才能达到性价比的平衡？
为撰写本文，我们将使用一个带有调整后的系数，并最适应SPEC_fp2000和SPECfp_rate2000基准测试大型子集（截至2006年 3 月）的分析模型，估算多种配置选项的性能影响。
该分析模型包括508个SPEC_fp2000结果730个SPECfp_rate2000结果。另有233个结果被排除在分析之外，因为它们使用了先进的编译器优化或特殊的硬件配置，而这都会导致其与大部分结果进行比较毫无意义。
前面已经对该性能模型进行了介绍，但是，此处对其进行了扩展以纳入更完整的数据集，并已经将它应用到每个SPEC_fp2000基准测试结果的14 个测试项目和几何平均值中。虽然该模型没有捕捉这些基准测试的某些性能特征细节，但它对大量结果进行最小二乘法，能够大幅度减少与单个结果相关的随机“干扰”，并提供很高的平台独立性。
简而言之，该模型假定每个基准测试的执行时间为“CPU 时间”和“内存时间”之和。其中，内存子系统完成的“工作”数量是缓存规模的简单函数，从“大型”缓存（其中“大型”也是该模型的一个参数）最大值线性减少到无缓存的最小值，对大于大型规模的缓存，内存工作量恒定不变。假定CPU工作的完成率与芯片采用64 位IEEE 算法的峰值浮点性能成正比，而内存工作的完成率与系统在171.swim（基础）基准测试上的性能成正比。此前的研究已经显示，在171.swim 基准测试上的性能和使用STREAM基准测试直接测量的持续内存性能之间有很强的联系。
该模型的模拟结果与测量结果有很强的相关性，75% 的测量结果都具有15%的模拟映射。这指出，基础的模型假设与这些系统在这些基准测试上的实际性能特征一致。虽然模型中存在某些体系性错误，但模型与观察结果之间的差异并非都来自于硬件假定的过度简化，很多差异也可能来自于编译器、编译器选项、操作系统和基准配置方面的差异。总的来说，该模型足够健壮，可以作为说明微处理器系统中性能和性能价格比灵敏度的基础。
◎ 我们假设几种设计方案，以此来看CPU的成本核算
为进行性能和性能价格比分析，我们将假定：双插槽“裸”系统（带有磁盘、内存和网络接口，但没有CPU）成本为1,500美元。
基本CPU配置为2.4GHz单核处理器，配备1MBL2缓存，成本为300美元。
Die设定为CPU核心和L2缓存约各占一半，其他片上功能限制在Chip全部区域的小区间中。
“小型芯片”配置为2.8GHz单核心处理器，配备1MBL2缓存，成本为150美元。
“大缓存”配置为2.8GHz单核心处理器，配备3MBL2缓存，成本为300美元。
“多核”配置为2.0GHz双核心处理器，每个核心配备1MBL2缓存，成本为300美元。
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