CPU知识详解:核心电压和超线程技术

CPU知识详解:核心电压和超线程技术1、核心电压CPU 的工作电压（Supply Voltage），即 CPU 正常工作所需的电压。任何电器在工作的时候都需要电，自然也有对应额定电压，CPU 也不例外。目前 CPU 的工作电压，有一个非常明显的下降趋势，较低的工作电压，主要有三个优点：一是采用低电压的 CPU 的芯片，总功耗降低了。功耗降低，系统的运行成本就相应降低，这对于便携式和移动系统来说非常重要，使其现有的电池可以工作更长时间，从而使电池的使用寿命大大延长；二是功耗降低，致使发热量减少，运行温度不过高的 CPU，可以与系统更好的配合；三是降低电压，也是 CPU 主频提高的重要因素之一。CPU 的工作电压，分为两个方面，CPU 的核心电压与 I/O 电压。核心电压，即驱动 CPU 核心芯片的电压。I/O 电压，则指驱动 I/O 电路的电压。通常 CPU 的核心电压，小于或等于 I/O 电压。早期 CPU（286～486 时代）的核心电压与I/O一致，通常为 5V，由于当时的制造工艺相对落后，以致 CPU 的发热量过大，导致其寿命缩短。不过那时的 CPU 集成度很低，而目前的 CPU 集成度相当高，因此显得现在的 CPU 发热量更大。随着 CPU 的制造工艺提高，近年来，各种CPU 的工作电压有逐步下降的趋势，目前台式机用 CPU 的核心电压，通常为 2V 以内，笔记本专用 CPU 的工作电压，相对更低，从而达到大幅减少功耗的目的，以延长电池的使用寿命，并降低了 CPU 发热量。而且现在的 CPU 会通过特殊的电压 ID（VID）引脚来指示主板中嵌入的电压调节器，自动设置正确的电压级别。许多面向新款 CPU 的主板，都会提供特殊的跳线或者软件设置。通过这些跳线或软件，可以根据具体需要手动调节 CPU 的工作电压。很多实验表明，在超频的时候，适度提高核心电压，可以加强 CPU 内部信号，对 CPU 性能的提升，会有很大帮助。但这样也会提高 CPU 的功耗，影响其寿命及发热量，建议一般用户不要进行此方面的操作。2、超线程技术CPU 生产商为了提高 CPU 的性能，通常做法是提高 CPU 的时钟频率和增加缓存容量。不过，目前 CPU 的频率越来越快，如果再通过提升CPU 频率和增加缓存的方法来提高性能，往往会受到制造工艺上的限制以及成本过高的制约。尽管提高 CPU 的时钟频率和增加缓存容量后，的确可以改善性能，但这样的 CPU 性能提高，在技术上存在较大的难度。实际上在应用中，基于很多原因，CPU 的执行单元都没有被充分使用。如果 CPU 不能正常读取数据（总线/内存的瓶颈），其执行单元利用率会明显下降。另外，就是目前大多数执行线程缺乏 ILP（Instruction-Level Parallelism，多种指令同时执行）支持。这些都造成了目前 CPU 的性能没有得到全部的发挥。因此，Intel 则采用另一个思路去提高 CPU 的性能，让 CPU 可以同时执行多重线程，就能让 CPU 发挥更大效率，即所谓“超线程（Hyper-Threading，简称 HT）”技术。超线程技术就是利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，让单个处理器都能使用线程级并行计算，进而兼容多线程操作系统和软件，减少了 CPU 的闲置时间，提高了 CPU 的运行效率。采用超线程，就是在同一时间里，应用程序可以使用芯片的不同部分。虽然单线程芯片每秒钟能够处理成千上万条指令，但是在任一时刻，只能够对一条指令进行操作。而超线程技术，可以使芯片同时进行多线程处理，使芯片性能得到提升。超线程技术是在一颗 CPU 同时执行多个程序而共同分享一颗 CPU 内的资源，理论上要像两颗 CPU 一样，在同一时间执行两个线程，P4 处理器需要多加入一个 Logical CPU Pointer（逻辑处理单元）。因此，新一代的 P4 HT 的 die 的面积比以往的 P4 增大了 5%。而其余部分，如 ALU（整数运算单元）、FPU（浮点运算单元）、L2 Cache（二级缓存）则保持不变，这些部分是被分享的。虽然采用超线程技术能同时执行两个线程，但它并不象两个真正的 CPU 那样，每个 CPU 都具有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂时停止，并让出资源，直到这些资源闲置后才能继续。因此，超线程的性能并不等于两颗 CPU 的性能。英特尔 P4 超线程有两个运行模式，Single Task Mode（单任务模式）及 Multi Task Mode（多任务模式）。当程序不支持 Multi-Processing（多处理器作业）时，系统会停止其中一个逻辑 CPU 的运行，把资源集中于单个逻辑 CPU 中，让单线程程序不会因其中一个逻辑CPU 闲置而减低性能。但由于被停止运行的逻辑 CPU 还是会等待工作，占用一定的资源，因此 Hyper-Threading CPU 运行 Single Task Mode程序模式时，有可能达不到不带超线程功能的 CPU 性能，但性能差距不会太大。也就是说，当运行单线程应用软件时，超线程技术甚至会降低系统性能，尤其是在多线程操作系统运行单线程软件时，容易出现此问题。需要注意的是，含有超线程技术的 CPU，需要芯片组及软件的支持，才能比较理想的发挥该项技术的优势。目前，支持超线程技术的芯片组包括：英特尔 i845GE、PE 及矽统 iSR658 RDRAM、SiS645DX、SiS651 可直接支持超线程；英特尔 i845E、i850E 通过升级 BIOS 后可支持；威盛 P4X400、P4X400A 可支持，但未获得正式授权。目前，支持超线程技术的操作系统有：Microsoft Windows XPMicrosoft Windows 2003Linux kernel 2.4.x 以后的版本，也支持超线程技术。