當(dāng)前，雙核處理器幾成手機(jī)流行配置，四核也已閃亮登場(chǎng)，嵌入式芯片正邁入“多核時(shí)代”。昨天從復(fù)旦大學(xué)傳出信息，該校專用集成電路與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)24核“復(fù)芯”處理器，在功耗基本不變的基礎(chǔ)上，成倍提升運(yùn)算速度。近日這一成果被具有“微電子領(lǐng)域奧林匹克”之稱的ISSCC(國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議)正式錄用，將于明年在該平臺(tái)上向全球發(fā)布。

據(jù)了解，這一24核處理器技術(shù)，將主要應(yīng)用于通信、多媒體等領(lǐng)域。參與研發(fā)的曾曉洋教授打比方，如果現(xiàn)在主流配置的手機(jī)打開一個(gè)比較大的視頻文件需要5秒，那么嵌入了24核芯片的手機(jī)上陣，只需要一眨眼的工夫。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員虞志益博士介紹，過去的處理器通常是單核的，如同一個(gè)郵局，每天接收成千上萬(wàn)來(lái)自四面八方的包裹，但只有一名快遞員工，縱使這名員工技術(shù)再嫻熟，效率也是有限的。目前業(yè)界公認(rèn)，單核頻率已幾乎增長(zhǎng)到了極值，難再有所突破。于是，多核，也就是“多雇幾個(gè)快遞員”，成了處理器研發(fā)領(lǐng)域的新方向，但是“快遞員”一多，他們之間的分工成了新的問題，隨著處理器核數(shù)的增加，如何實(shí)現(xiàn)它們之間的交流、讓它們公平有序地完成任務(wù)，成為多核處理器研發(fā)中必須解決的問題。

一般而言，處理“如何分工”的核間通信技術(shù)，主要有共享存儲(chǔ)和消息傳遞兩種方案。前者核與核之間不發(fā)生直接聯(lián)系，所有信息傳遞通過總臺(tái)中轉(zhuǎn)；后者則可實(shí)現(xiàn)核間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交流。兩者各有優(yōu)劣。自2009年起，復(fù)旦團(tuán)隊(duì)開始進(jìn)行第一版16核處理器的研究，在這個(gè)精心設(shè)計(jì)的“生產(chǎn)車間”里，16名“員工”被分成兩組，也被稱為兩個(gè)“簇”。每組8個(gè)“員工”，被命名為“PCore”，它們分別占據(jù)2個(gè)九宮格的外圍。九宮格的中心是一個(gè)名叫“MCore”的共享存儲(chǔ)器，它的功能相當(dāng)于“員工”之間的“寄存總臺(tái)”。“員工”與“總臺(tái)”之間都有雙向的“傳送帶”相連接。

在第一版16核處理器創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，2012年研發(fā)“復(fù)芯”24核處理器啟動(dòng)，在處理核間通信問題上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地提出將兩種核間通信方案有機(jī)融合，換句話說(shuō)，提出全新信息流通架構(gòu)，讓芯片運(yùn)行時(shí)自動(dòng)選擇更高效率的核間通信方式。例如，其中首次采用雙層“片上網(wǎng)絡(luò)”技術(shù)。虞志益解釋:“芯片上面有很多核，它們之間的通訊可以類比于互聯(lián)網(wǎng)上許多計(jì)算機(jī)之間的通訊，這就好像把計(jì)算機(jī)之間的信息互聯(lián)網(wǎng)通訊放到了芯片上。”通過這種將類似“互聯(lián)網(wǎng)”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)“建設(shè)”在芯片上，可以迅速組成芯片內(nèi)多個(gè)“核”之間的高速信息交互通路，極大地提高核間通信的效率，從而提高這個(gè)多核處理器的工作效率。目前24核“復(fù)芯”的這一技術(shù)參數(shù)較國(guó)際同樣級(jí)別芯片高出30％。

當(dāng)解決了核間通信問題，處理器上的核是否多多益善？24核、64核甚至100核是否會(huì)很快出現(xiàn)在普通消費(fèi)者的手機(jī)中？答案是否定的。如“復(fù)芯”24核芯片等兩位數(shù)多核芯片，目前在全世界范圍內(nèi)還基本只是實(shí)驗(yàn)室和科研中的概念與樣品，要進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，瓶頸主要有二:一是功耗，多核意味著對(duì)電能消耗更大，發(fā)熱更多，提高能源效率、解決冷卻問題是關(guān)鍵；二是與處理器配套的軟件問題，只有更好地分配任務(wù)，才能最大限度發(fā)揮多核帶來(lái)的硬件優(yōu)勢(shì)。

目前，研發(fā)團(tuán)隊(duì)期待能與業(yè)界有更廣泛和深層次合作，讓我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多核處理器早日與產(chǎn)品攜手發(fā)展，參與全球競(jìng)爭(zhēng)。曾曉洋說(shuō)，“處理器領(lǐng)域需要自主創(chuàng)新的核心技術(shù)，我們研究的東西，如果僅僅停留在紙上，即便獲得再多認(rèn)可，那也是失敗的。”

　 實(shí)習(xí)編輯：范文軒