电力挑战可能终结多核时代( doi:10.1145/2408776.2408797 Power Challenges May End the Multicore Era )

H Esmaeilzadeh E Blem RS Amant K Sankaralingam D Burger

从2004年开始，微处理器行业已经转向多核扩展——增加每一代每个芯片的内核数量——作为其持续性能增长的主要策略。研究界的许多人认为，这种指数级的内核扩展将持续到每个芯片数百或数千个内核，预示着硬件或软件的并行革命。然而，虽然晶体管数量继续以传统的摩尔定律速度增长，但每个晶体管的速度和能效的提高已经显著放缓。在这些条件下，只有在每一代新技术的核心速度更慢、更简单或利用率更低的情况下，才可能有更多的核心。本文将晶体管技术、处理器内核和应用模型结合在一起，以了解在这个能源有限的时代，多核扩展是否能够维持历史上指数级的性能增长。随着核心数量的增加，功率限制可能会阻止所有核心以其全速供电，需要一小部分核心始终断电。根据我们的模型，在三代工艺中，这些芯片中“暗”的比例可能高达50%。这种“暗硅”的低效用可能会阻止扩展到更高的核心数量，并最终阻止继续扩展硅的经济可行性。我们的结果表明，核心计数扩展提供的性能增益比传统观点所认为的要小得多。在（高度）乐观的扩展假设下——对于并行工作负载——多核扩展在十年内提供了7.9倍（每年23%）的扩展。在更保守（现实）的假设下，多核扩展在十年内提供了3.7倍（每年14%）的总性能增益，当足够并行的工作负载不可用时，性能增益明显更低。在工艺技术或微体系结构没有突破的情况下，需要其他方向来延续性能改进的历史速度。1.

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