CMP和SMT

　　CMP：CMP的方式非常直接，簡單來說，CMP是通過“復制”物理核心來擴展處理器在多線程軟件中的性能，這是獲得最佳性能一種最簡單和最有效的方式。但CMP的缺點是制造成本很昂貴，并且也要受到處理器制造工藝的限制，畢竟不能將芯片做的越來越大。并且CMP的方式對負載要求也很高，只有經過適當并行優化的負載才能充分發揮CMP的性能，很多核心的CMP常常會浪費資源，在一些應用中，主頻更高、結構更簡單的雙核和四核處理器就往往可以獲得更好的性能。

　　SMT：SMT是一個相對廉價的技術，比如英特爾的Hyper-Threading，允許每個物理核心運行兩個同步線程。SMT的設計思想是充分利用每個核心的資源。如果一個物理核心只有一個執行線程，那么在等待內存中的關鍵代碼或數據的時候，線程處于停頓狀態，這樣核心的利用率是低下的。而SMT技術允許一個物理核心運行兩個或更多的線程，可以根據當前的狀況動態進行切換，如果一個線程處于停頓狀態等待內存，另一個線程的指令則可以使用這個物理核心的所有執行單元，讓物理核心利用的更加充分。

　　為了讓SMT正常工作，處理器的所有代碼和存儲部分需要被復制或分區。例如，一個雙線程SMT處理器需要兩套架構寄存器和重命名寄存器，一套給線程A，一套給線程B。另外組成指令窗口的共享指令隊列要具備很大的空間，這樣指令窗口才能容納足夠多的來自兩個線程的指令，讓執行單元可以保持在忙碌狀態。最后，兩個線程任何共享單元，比如處理管線不同部分的指令緩存，都不能被任一個線程獨占。換句話說，SMT核心的兩個線程需要和另一個緊密的共享資源，保證核心的緩存單元不會空置沒有線程利用。

　　推土機架構分析

　　AMD“推土機”將采用32nmSOI工藝，這讓“推土機”相比“馬尼庫爾”皓龍處理器可以在不增加功耗的前提下增加33%的核心數量、增加50%的吞吐量。與AMD之前所有處理器都有所不同的是，“推土機”采用了“模塊化”的設計，每個“模塊”包含兩個處理器核心，這有些像一個啟用了SMT的單核處理器。每個核心具有各自的整數調度器和四個專有的管線，兩個核心共享一個浮點調度器和兩個128位FMAC乘法累加器。

　　所不同的，在K10架構中，ALU和AGU共享三個管線(平均1.5個)，“推土機”中每個核心整數單元管線的數量增加為4個，2個AGU專有、2個ALU專有。L1緩存也有所不同，在K10架構中，每個核心具有64KB L1指令緩存和64KB L1數據緩存;而“推土機”每個核心具有16KBL1數據緩存、每個模塊具有64KB雙向L1指令緩存，至于減小的L1緩存是否會影響性能還有待觀察。兩個核心共享L2緩存，模塊之間共享L3緩存及北橋。

　　AMD“推土機”模塊

　　“模塊”和“核心”，這讓我們不免會產生混淆，實際對于用戶們來說，沒必要去刻意的關注“模塊”的概念，這只不過是AMD在設計上的稱謂，而當產品投放市場的時候，依舊會以核心數量為標識，比如我們說采用推土機架構的“Interlagos”服務器處理器具有16個核心，而不會說是8個模塊。對于為何采用這種“模塊”設計的主要原因，AMD表示是“為了減少CPU的冗余電路”。

　　如果采用CMP的方式，隨著核心數量的增加，CPU的核心面積也會越來越大，重復的電路也會越來越多，功耗也會隨之增加——因為CMP是采用復制核心的方式。而采用“模塊”設計可以大大減少冗余電路，這對核心的大量增加很有意義。比如“推土機”，兩個核心共享浮點部分，對于大部分服務器應用來說，整數運算的部分要遠遠高于浮點運算(高性能計算除外)，所以將浮點執行單元共享并不會影響大多數應用中的性能。而整數部分則不是共享的，否則會造成瓶頸。

　　上文我們回顧過CMP和SMT設計的特點，我們可以把AMD“推土機”架構看做是介于這兩種之間的一種設計：兩個線程(核心)共享浮點執行單元，但是各自具有獨立的整數執行資源。這看上去像是SMT的另一種形式，或者說是經過AMD改良的一種“AMD式的第三種方式”。但與傳統的SMT設計不同，SMT僅僅復制的是核心的存儲部分，一個線程一個存儲模塊(registerfile)，而AMD“推土機”架構中，每個線程復制的是完整的整數執行單元硬件，一個線程具有一個存儲模塊(registerfile)和一組完整的整數執行單元。