并行多核体系结构：工艺升级与设计权衡

"并行多核体系结构基础_课后习题" 在并行多核体系结构基础的学习中，我们关注的重点是处理器性能、功耗管理以及设计权衡。以下是对这些知识点的详细解释： 1. 工艺技术升级与功耗控制 随着工艺技术的进步，特征尺寸减小，可以降低动态功耗。动态功耗 DynP 与管芯面积 A、电容 C、电源电压 V 和时钟频率 f 成正比，即 DynP = ACV^2f。当工艺换代导致特征尺寸减小30%（λ=0.7）且电源电压和时钟频率不变时，为了保持功耗恒定，管芯面积需减小至原来的λ倍，即0.7倍，这意味着面积需减少30%。 2. 设计权衡与功率-性能比 在设计多核处理器时，需要在功率、性能和核心数量之间找到最佳平衡。设计A通过提高电源电压和时钟频率提升性能，但同时也增加了功耗；设计B维持原有电压和频率，增加了一个核，从而在不增加功耗的情况下提高性能；设计C通过降低电压和频率创建四核系统，虽然降低了单个核心的性能，但总体性能提升且功耗降低。计算结果显示，设计C在功率-性能比上最为吸引人，因为它的比值为0.64，远低于设计A的1.44和设计B的1。 3. 功率管理策略：DFS（动态频率调节）与DVFS（动态电压和频率调节） 功率管理对于现代处理器至关重要，因为它直接影响设备的运行时间和热管理。动态频率调节（DFS）允许处理器在不影响电压的情况下降低时钟频率，从而减少功耗。而动态电压和频率调节（DVFS）同时降低电压和频率，进一步降低功耗。计算表明，DFS可以将功耗降低至0.7倍，而DVFS则降低至0.729倍。尽管DFS在降低功耗方面稍占优势，但在低功耗模式下，由于性能的下降，DFS的功率-性能比（0.7）低于DVFS的0.729，因此在低功耗模式下，DVFS的功率-性能比更低。 总结来说，理解和掌握工艺技术升级对功耗的影响、设计权衡中的性能与功耗关系，以及不同功率管理策略的优劣，是并行多核体系结构基础学习的关键。这有助于我们在实际设计中做出更优的选择，平衡性能、功耗和成本。