多核时代嵌入式编程和应用之出路

2007年7月中旬，英特尔公司在大连召开“2007英特尔中国多核技术学术论坛”，来自全国40多所高校的近百名教师济济一堂，探讨多核时代的软件编程方法和应用方案。

摩尔定律=晶体管预算+最低功耗+最低成本

Intel副总裁兼中国产品开发总经理王文汉博士指出，摩尔定律也随着时代的变迁而变换着内容。1965年诞生的摩尔定律预测每两年晶体管的密度翻一番。最早是在芯片上晶体管密度提高；后来变为速度提升，即CPU的主频越来越快；此时又带来了散热问题，因此现在追求能耗的降低。既追求密度、又追求功耗和成本的结果，就诞生了多核。

Intel处理器目前的主频不是追求快，但密度要高，因此未来1~2年多核将独领风骚，到2008年，10个Intel处理器中有8个是多核。今后3~5年，Intel将没有单核。

不过，过去CPU没有多核，现在多核编程与单核之间的落差非常大，所以市场上对多核软件的需要产生了迫切要求，同时为软件开发人员带来了机会。在多核软件领域，没有第一也没有最后，全世界都站在同一条起跑线上，希望中国的软件工程师抓住此机会。

多核环境下软件的特点是：开源，虚拟化，图形化，并行性。据Gartner Dataquest于2007年2月公布的报告，今后5年开源软件的年增长率将达到24.3%。过去采用分时化，现在是虚拟化：一个高速处理器可以虚拟成多个计算单元；同样，多核也可虚拟成一个高速处理器。现在的Silicon Life(硅时代)非常注重有好的图形效果，例如google图形搜索，游戏中3D场景出现，因此下一代软件将在图形上下足功夫。涉及到未来多核的应用方式，如何进行并行化编程，如何利用多核的庞大的计算功能？这是一个巨大的挑战。

图1 多核环境下软件的特点

多核编程的挑战

多核的产生是计算机系统结构发展之必然，这也带来了设计思想的根本转变。

武汉大学电子信息学院杨剑锋副教授认为，多核的困难之处在于答案是无解的。他以一个小学生的奥数题进行举例：在一个三角形中放入小三角形，再放入一条线，让同学们数里面有多少三角形，结果每个同学数出的结果是不同的。他又把同学们分成几人一组，以团队的形式数，结果每组正确率大大上升。杨教授的结论是：多核会产生时间线程的不同，因此多核、多线程就像解三角形这类数学题，解题时要考虑到各种情形，尤其困难之处在于每个程序员的方法别人是难以模仿和检验的。通过多人的集体智慧，成功率可大大提高。

浙江大学计算机学院的陈天洲教授指出，开发多核软件需要市场上出现多核编译器。他说：“从单核到多核，移植是个大问题，尤其是软件架构的移植。在单核时代，出现了操作系统，使人们看不见后面的硬件。目前能否有编译器，使写软件的人，不论是写Java还是C++，可利用编译器自动把任务分配到多核上。这是个挑战。”其他教授补充道，至于同构还是异构的，双核还是32核的，任务是如何分配的，应该是后台编译器的工作。就像学开车、开飞机，没必要先了解如何造汽车、造飞机。

英特尔亚太研发公司战略拓展经理芮斌举了另一个多核软件的例子，有人问他：多核就像十月怀胎，肚子里的孩子如何能让十个妈妈每人怀一个月？面对SMP(对称多处理)，有的应用只能串行，不能并行。芮斌的答案是，多核的任务是让十个妈妈怀十个孩子。

可见，多核必须要找到用武之地，如果用不好，不仅浪费资源，而且更加耗电。浙大程教授指出：异构核适合比较密集的应用，例如多媒体视频处理，压缩/解压缩，有个组合，一个主做，另一个辅助。不过，这当然带来了很多的麻烦，包括软件设计上的。

多核在嵌入式的应用

“这些年来，嵌入式技术方面总是滞后于PC；但现在差距在缩小。” Intel中国嵌入式产品事业部技术市场经理王禾介绍道。由于Intel全面引入了多核，因此，Intel在努力寻找需要高性能、超低功耗的领域。

在商业上的应用，例如机场，现在大都是电子客票，每台机器都是嵌入式计算机。美国卖CD、DVD的商店，有一个大型的计算机，有大型的存储器和众多触摸屏，顾客可根据需要选择不同的CD与DVD节目来试听。777飞机上每个座位上都有一台VoD(视频点播)电视。工业自动化上的大型流水线。

无风扇也是多核的优势，特别适合没有噪音的场合。在医疗领域中，手术设备可采用多核处理器。一些人机交互产品也需要没有噪音的多核产品。

在安全监控系统中，传统模式是“摄像机+录像机”，采用多核后，不仅一台机器可以录下内容，还能监控，同时完成存储，并可很快被调出，而且还是多路。

在物流上，可以实现丰富的人机交换。例如连锁商场连接至整个大型库房网络，这里如果缺货，哪个州/省、哪家商店有立刻可以查到；另外，如何加密保护自己商店的内容也是下一步的课题。

由于多核是典型的高性能、低功耗，也很适合野外应用，例如地质仪器。

当然，嵌入式不是原始技术，是综合技术。在应用之后，要让人感觉不到多核。