《中国教育网络》：处理器在过去几年中，出现了许多争吵和竞争。无论是CPU，还是GPU，现在看来都是在不断的争取高性能计算的用户，这将是一个趋势么？

　　周会群：从CPU的发展历程来看，这的确是一个主流的趋势，因为无论科学计算还是商用计算、事务处理对CPU计算能力的要求越来越高。Intel的x86系列处理器从早期用于个人计算机的16位8088/8086开始就注重了对于浮点运算的支持，当时浮点运算的处理单元集约在独立于CPU的协处理器8087上。

　　随着CPU的进化，16位的80286、32位的80386也有与之配套的协处理器80287、80387。支持高性能计算最基础的浮点运算能力是在32位80486处理器问世时才整合在一起的。众所周知，x86系列的芯片采用的是CISC结构。事实上，Intel在上世纪八十年代末还设计过两款RISC结构、内含64位浮点处理器的CPU，即i860和i960。Intel当时推出的Paragon超级计算机就使用了i860处理器。可惜由于设计上的原因，i860性能的充分发挥强烈依赖于编译程序的性能，大大阻碍了它的发展和应用。x86系列处理器在商业上的巨大成功很快遮掩了这两款性能更加先进的CPU的可能发展前景。不过，i860的很多技术影响了后来的Pentium处理器的设计，尤其是其中与SIMD(单指令多数据处理)相关的MMX功能。

　　《中国教育网络》：就高性能计算而言，是否浮点计算能力越强处理器就越好呢？

　　周会群：处理器的浮点处理能力固然是一个非常重要的因素，但不是惟一的决定因素。处理器的微结构也很重要。Intel在Nehalem微结构之前的处理器产品中没有内存控制器，处理器需要通过FSB(前端总线)与北桥芯片相连，北桥芯片担负到内存访问数据的任务。这就是所谓的非直连架构，CPU与内存之间不能直接通信，中间经过重重路径——从处理器到北桥到内存、再返回北桥再到处理器，历经五个步骤，漫长的旅程。

　　这种架构有两个问题：一是非直连架四核处理器内部四颗核之间的协调工作能力大打折扣。因为它们都是直接封装了两颗双核CPU，且两颗双核CPU之间没有直接联系。四核CPU内部以及四核CPU之间的所有联系都要通过北桥中转，这必然对四核CPU的并行处理效率产生不利影响。

　　Nehalem微结构是一个革命性的改变，CPU中各个核位于同一个芯片上，集成了内存控制器，省去了北桥，并且各个核之间采用QPI(QuickPath Interface)点对点高速连接。所以每个核都可以从内存中直接读取数据，因此减少了延迟、加快了处理速度。各个核之间的通信也不再需要北桥中转。这就使xeon 5500系列处理器的并行处理效率得到较大的提升。当然，这种直连架构并非Intel首创。AMD在2003年推出的K8架构就已经捷足先登。所以，这也就不难理解为什么过去许多高性能计算集群更多地选择AMD Opteron做处理器。

　　现在在x86_64及其兼容架构的处理器方面，Intel终于与AMD站到了同一起跑线上。之所以强调x64_86架构，是因为Intel早已有非常适合高性能计算的Itanium系列RISC处理器。不过，Itanium会不会像i860那样因为市场规模的原因在将来的某一天悄然而退，现在很难预料。商业市场非常残酷，好的东西往往曲高和寡，不能存续。

　　《中国教育网络》：注意到超线程技术在xeon 5500系列芯片中的重新启用，您认为这是基于什么考虑？

　　周会群：Intel从基于NetBurst 架构的Pentium 4开始到xeon 5000系列为止在处理器中采用了超线程技术，在基于Core微结构的xeon 5100、5200、5300、5400等系列中消失。

　　而在推出基于Nehalem微结构的xeon 5500系列四核产品时又得到恢复。这可能是因为Intel内部不同设计团队的不同选择，因为Core微结构脱胎于原用于笔记本计算机的架构，本来就没有超线程。此次恢复的背景还应该包含这样的考虑：构架的改变使处理器访问内存的带宽大大提高，同时访问输入输出设备的能力也大大提高，这有利于超线程技术更有效率地、更高性能地发挥。在企业的计算环境下，CPU的持续负载率往往不高(15～20%)，可以为超过实际CPU核个数的多线程提供物理CPU资源和缓存、内存资源。所以，超线程技术对于企业的应用大有益处，使企业的应用系统能够更有效地利用机器的资源。

　　而在高性能计算的领域，计算服务器往往都是满负荷，一个线程就占满了一个物理的CPU核，没有冗余的资源可提供给其它线程作为虚拟的CPU。过去的测试经验表明，超线程不仅不能帮助高性能计算，反而会使性能下降。一般来说，当关掉超线程时，计算速度会有10%～15%的提升。不过，我们尚未对xeon 5500系列处理器的超线程功能进行详细的测试，让我们期待它对某些类型的计算有用武之地。

　　来源：《中国教育网络》2010年2-3月合刊