Re: [請益] 為什麼CPU要作成多核心
※ 引述《chestsun (切斯特桑)》之銘言：
: ※ 引述《sitos (麥子)》之銘言：
: 您這篇似乎有點偏離一開始「為什麼不再注重時脈」這個問題了
: 我的意思是，既然PSU、散熱器都能到位，
: 何以廠商不製造更高時脈(近似於高TDP，所以才需要PSU、散熱器的支援)的CPU?
因為那樣表示技術很差，只能用傳統的切 pipeline 與加電壓的方式來榨出效能，
卻不能夠在較少的耗電底下得到同樣的效能。再說 deep pipeline 也有副作用。
如果做出來的 cpu 只有時脈拉高，卻無法達到低功率的要求，
那不是技術力的展現，講難聽一點就是無能的展現。
: 我想不是無能力製造，而是不願製造吧，
: 為什麼不願意製造才是這個討論串一開始的主題
: 記得沒錯，最高原廠時脈是INTEL的P4 570 預設3.8GHZ
: 此後就沒有更高的原廠預設時脈出現了
我應該沒有說過電腦廠商沒有能力製造高時脈的 cpu 。
在大約五年前，就聽說過 intel 在 lab 裡把 10GHz 的 cpu 做出來了。
但那只是一個 prototype ，至少目前沒有商業化的價值。
至於為什麼沒有價值，我想我已經列出很多原因，
我不敢說這是全部的原因，但常聽到的原因大概就是這幾個。
: : 這樣類比好了，想當初剛開始會組電腦的時候， power 用機殼付的就很夠用了，
: : 七八百塊就可以把機殼加 power 搞定，沒人在管有沒有足瓦安規之類的東西。
: : 但現在 PSU 一顆隨便一買都要兩三千塊，這是十倍的價錢阿。
: 這是電腦玩家的想法，一般用戶還是以機殼牌或是千元左右價位的產品為主
: PSU一直都不是一般用戶注重的焦點，看看NOVA、光華整機報價單就能窺之一二
: CPU、硬碟容量、螢幕尺寸才是主打重點，PSU總是「足瓦安規○○W」一筆帶過
: 而且超頻玩家用的PSU沒有600W以上也撐不了整個系統
: (-話說回來，以前PSU在怎麼便宜也超過2、300元吧)
一般的超頻玩家都要去注意 PSU ， data center 也必須處理這些問題。
連一般玩家都會感受到在這方面的支出，更不用說 high end system 要花多少錢了。
誰願意把錢放在效率很低的「提高時脈」上面?
: : 不過最燒錢的當然不是 PSU ，而是每個月付出去的電費。
: : 家用電腦的用電從 200W 變 500W 看起來好像勉勉強強可以接受，
: : 但是你的電腦效能有從 200 -> 500 嗎? 才沒有勒。
: : 開個根號恐怕都沒有，幹麻拿 2X 的錢去做 1.5X 的事?
: ↑這是誇飾法吧
其實... 在我心中不是誇飾法 :) 不過這個計算也不精確就是了
: 的確，以目前來說，時脈提升與效能提升不是線性成長
: 時脈拉高了1.5倍、效能頂多提升到1.2、1.3倍
: 但如果不以同一時間而言，5年前的300W跟現在的300W
: 同樣的耗電，但效能至少提升了3倍(以摩爾定律而言)
: 而且電腦不是無時無刻都以最高耗能在跑的
即使有摩爾定律在撐著，也已經禁不起繼續加電壓衝時脈這種事情了。
摩爾定律在縮小製程的過程當中，的確可以降低額定電壓，
也可以減少同樣電路的電容值，讓運作的耗電量降低。
但同時，我們也會放更多的電晶體到單一晶片上。
所以單一晶片的耗電量實際上是一直在成長的。
這樣的成長即使在時脈沒有提升的情況底下，都很明顯。
而赤裸裸的事實是，繼續衝時脈， power 跟 thermal 的問題就沒辦法解。
而解決這兩個問題的方法就是，不衝時脈，不增大單一核心，改走多核心。
: : 所以單純拉高時脈，只對超頻玩家有意義。對計算有需求的公司，是不會用的。
: : 因為成本太高，不是高在購置新電腦的錢，而是高在電費。
: 我認為，最高階這種技術宣示的產品，目標客群絕對不是公司企業
這我就不太確定了，但我認為同樣的設計概念對一般使用者一樣不適用。
: : 另外散熱的問題不是用水冷跟熱導管就能解決，
: 這有兩個問題
: 究竟拉高多少時脈會產生多少廢熱、最強的散熱裝置能帶走多少熱
: 記得有一種固態風扇，一立方公分冷卻功率25W，要是大量應用，對提高時脈也是種幫助
: : 有人作過粗略的估計， 1W 的熱要用 1W 的電才能移走。所以電費其實會 double 。
: 這個計算滿有趣的，有沒有確實出處呢??
問題在於，製作高散熱效率的散熱器成本很高。
Temperature-Aware Microarchitecture 這篇 paper 是有提到
At any powerdissipation level, heat being generated must be removed from the
surface of the microprocessor die, and for all but the lowest-power
designs today, these cooling solutions have become expensive. For
high-performance processors, cooling solutions are rising at $1–3
or more per watt of heat dissipated, meaning that cooling
costs are rising exponentially and threaten the computer industry’s
ability to deploy new systems.
也就是說散熱器的價錢隨散熱能力指數成長，
簡單假設廢熱和效能成三次方比，散熱器價錢又和廢熱呈指數關係，
花在上面的錢不容小覷。
不過我想這 paper 指的是 high end system ，一般桌上型電腦可能沒那麼嚴重。
1W 換 1W 我找不到我原本看過的 paper 是哪一篇了。
下面這篇加減參考一下(但被 reference 有點少...)
Smart Chip, System and Data Center Enabled by Advanced Flexible Cooling Resources
這篇 paper 裡面是提到一個例子
As an example, a service provider housing 100 racks of 10 KW each
in a data center may require:
‧ 1 MW for the compute hardware core
‧ 100 KW for air movers and other thermal management
devices in the racks
‧ 1 MW for the cooling resources in the data center used
to remove the heat from the racks.
在文章裡面另外還有提到
Thus, it is not uncommon to see the amount of flow and
thermodynamic work in the data center
equal the power dissipated by the computers i.e. 1 W for 1 W
of heat dissipated by the compute hardware.
: : 因此，現在所謂的「最高階」產品，已經不是 performance 最高，
: : 而是要 energy efficiency 或 power efficiency 最高才有意義。
: 同意，現在一些評測也會重視1W電力能換來多少效能
: : 但基本上硬拉時脈讓 power 三次方成長，散熱技術應該是沒辦法跟上。
: 同意，物理之壁，除非液態氮可以無限循環使用XD
: 滿多個人看法的，有錯誤之處請指正:P
其實，改走多核心和不衝時脈，應該是兩件不緊密相關的事情。
不衝時脈的原因，和改走多核心的原因，和 power/thermal 問題應該是分不開。
但改走多核心是因為不能讓單核心更加複雜而增加 power/thermal 問題。
而不增加時脈則是不想要直接讓 power 呈 3 次方成長。
在摩爾定律給了更多的電晶體以後，要怎麼樣把電晶體通通用完?
既然不能做一個更大更強的 core ，就多放幾個 core 吧。
(因為弄更大的 core 效率也不好，比如兩倍大的 issue window 可能要 4 倍的電晶體)
這問題越挖越深好像就不太有意思了，也許直接參考 intel 多核相關的 paper 比較快。
至少他們有一套官方說詞來說服大眾不要再追求時脈(因為他們不做了)，
至少目前看起來這套說詞也滿成功的。
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◆ From: 60.248.178.71
※ 編輯: sitos 來自: 60.248.178.71 (12/06 00:28)
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回應一下前面的推文， intel 現在的指標性產品，雖然算不上「最高階產品」，
不過用來「炫耀技術」的，應該是下面這個，雖然不是 x86 架構，一般 pc 不能用，
但在發表的現場據說還是驚聲四起。
http://www.intel.com/pressroom/kits/Teraflops/
http://download.intel.com/pressroom/kits/Teraflops/Teraflops-Chip.jpg
http://download.intel.com/pressroom/kits/Teraflops/Teraflops_Research_Chip_Overview.pdf
這是 80-core 的 cpu 而且 size 和現在的 cpu 差不多大。
這代表著每一個 core 的 computing capability 都很差。
但基本上 multicore ~ many core 的技術瓶頸主要是在 uncore 的部份，
大致可以分為 cache, interconnect, memory 。
至少 80-core 的 chip 可以顯示 intel 對 interconnect 的一些研究進度。
其它公司有沒有相應的產品我就不太清楚了，但 intel 算是滿大力在推動 multi-core 的。
而且不得不說他們在這方面真的是做得相當好。
※ 編輯: sitos 來自: 60.248.178.71 (12/06 03:00)
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這樣講也不盡精確阿。我先前已經有提到，在多核心的架構底下，
也有讓非平行化程式加速的方法，例如先前 intel 為 SMT 發展的 helper-thread 。
當然還有各式各樣的 speculation ，相關的論文不少，不過 speedup 有限倒是真的。
但多核心到底是不是用來騙消費者的手段? 如果硬體公司只出硬體，也許是。
但至少 intel 不是這樣幹的， intel 出了出多核心的處理器，
也出了可以幫助 programmer 平行化程式的工具，還有一系列的訓練課程。
現在很多的 consumer application 也開始平行化了。
當軟體準備好跟上硬體的時候，多核心帶來的效能就不會是謊言了。
※ 編輯: sitos 來自: 60.248.178.71 (12/06 11:30)
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