超線程技術

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超線程技術(Hyper—Threading Technology，HTT)

　　超線程技術就是利用特殊的硬體指令，把兩個邏輯內核模擬成兩個物理晶元，讓單個處理器都能使用線程級並行計算．具體講，就是通過CPU的寄存器構成了兩個邏輯處理器，來共用處理器的物理執行單元，並同步進行加、乘、負載等操作．操作系統或者應用軟體的多線程可以同時運行於一個HTT處理器上，兩個邏輯處理器共用一組處理器執行單元，並行完成加、乘、負載等操作，這樣就可以使得運行性能提高，這是因為在同一時間里，應用程式可以使用晶元的不同部分．雖然單線程晶元每秒鐘能夠處理成千上萬條指令，但是在任一時刻只能夠對一條指令進行操作．而超線程技術可以使晶元同時進行多線程處理，使晶元性能得到提升。

　　CPU發展到今天，其整體速度雖然越來越快，內部的執行單元卻越來越得不到充分的利用．為什麼呢?原來NetBurst架構的奔騰4在設計結構上就每次只能處理一個線程，而與此同時我們的電腦需要同步執行的任務卻在不斷增加，而且花在各線程之間切換等待的時間太多，處理器的應用效率自然也就降低了。

　　長期以來，CPU生產商為了提高CPU的性能，通常做法是提高CPU的時鐘頻率、增加緩存容量、晶體管數量以及指令集來提升其性能．這些方法的副作用就是會增加處理器的功耗，而且往往會受到製造工藝上的限制以及成本過高的制約．CPU要想取得更好的表現，擁有更快的處理速度，就得需要更大的供電量，更強勁的散熱條件．2005年，英特爾取消了生產4．0GHz的“Te-jas”單核處理器．因為他們發現，要想達到這個頻率，它的驅動功率必須要達到100W．不僅如此，要保證它正常的運行還要有溫度的控制，需要更大的散熱器．要是在不過多增加硬體投入的情況下，處理器就能夠充分利用現有的強勁物理單元同步執行多線程來增強性能，那該多好?因此，Intel採用另一個思路去提高CPU的性能，讓CPU可以同時執行多重線程，就能夠讓CPU發揮更大效率，即超線程技術。

　　也正是由於通過不高的代價，就能帶來極大的性能提升，超線程技術倍受Intel的青睞，並被予以大力宣傳。

　　超線程技術的工作原理是在每個時鐘周期內完成更多工作，一個支持超線程(HT)技術的處理器使當前的操作系統和應用可以看到兩個虛擬處理器，該處理器可以同時處理兩組任務，充分利用閑置資源，並可在相同時間內完成更多工作。

　　在處理多個線程的過程中，多線程處理器內部的每個邏輯處理器均可以單獨對中斷做出響應，當第一個邏輯處理器跟蹤一個軟體線程時，第二個邏輯處理器也開始對另外一個軟體線程進行跟蹤和處理了．另外，為了避免CPU處理資源衝突，負責處理第二個線程的那個邏輯處理器，其使用的是僅是運行第一個線程時被暫時閑置的處理單元．例如：當一個邏輯處理器在執行浮點運算(使用處理器的浮點運算單元)時，另一個邏輯處理器可以執行加法運算(使用處理器的整數運算單元)．這樣做，無疑大大提高了處理器內部處理單元的利用率和相應的數據、指令的吞吐能力。

　　1.優點

　　(1)投入少，物美價廉．由於這項技術是將一個處理器模擬成兩個使用，從而在增加極少投入的情況下就能夠提高性能．對於操作系統來說，它又像真的擁有兩個物理處理器一樣工作，從而讓兩個程式或一個程式的兩個線程，能夠在單處理器上同時執行．由於減少了線上程之間的切換，提高了執行單元的利用率，從而使處理器實際使用效果得到極大的改善。

　　(2)超線程在Web服務、SQL資料庫等很多伺服器領域的應用中表現優異．在2001年的時候，IBM就推出了它的第一款雙核Power4處理器．IBM當時是用在了它的RISC伺服器中，伺服器的性能得到了很大的提高．

　　(3)在某些支持多線程的軟體應用上能夠得到3O左右的性能提升，如3Dsmax、Maya、Of—rice、Photoshop等．在今後的軟體開發中，支持多線程應用的軟體定會蓬勃發展，大多數主流軟體都會利用到超線程．因為無論是硬體廠商或軟體廠商都會利用新技術來鞏固自己的市場地位．

　　(4)WindowsXP已經針對其作出優化，在運行多個不支持多線程的程式時，性能也可能會獲得提高．即便帶來損失，也會顯得比較輕微．

　　(5)主流的桌面晶元組基本都已可以支持超線程，無需額外的花費．

　　(6)目前在高端的PentiumEE和一部分Xe-on上也支持超線程技術．在支持超線程的處理器的機器上，支持多CPU的Windows會認出兩個CPU．而在支持雙內核處理的機器上，Windows也會認出兩個CPU，在支持超線程雙內核的處理器上，Windows會認出四個CPU。

　　2.缺點

　　(1)英特爾P4超線程有兩個運行模式，Sin-gleTaskMode(單任務模式)及MuhiTaskMode(多任務模式)，當程式不支持Multi-Processing(多處理器作業)時，系統會停止其中一個邏輯CPU的運行，把資源集中於單個邏輯CPU中，讓單線程程式不會因其中一個邏輯CPU閑置而減低性能，但由於被停止運行的邏輯CPU還是會等待工作，占用一定的資源，因此Hyper-Thread-ingCPU運行SingleTaskMode程式模式時，有可能達不到不帶超線程功能的CPU性能。

　　(2)現在只有WindowsXP才能支持超線程技術，所以在操作系統上受到很大的限制．雖然微軟公司新推出的WindowsVISTA系統也支持該技術，但是VISTA系統對電腦硬體及軟體的要求很高，所以安裝的成本較大。

　　(3)缺乏大量普通應用軟體的支持，性能因此得不到充分體現。