超线程

✍ dations ◷ 2025-10-22 00:26:26 #微处理器,并发计算,Intel x86处理器,Intel处理器,X86架构

超线程(HT, Hyper-Threading)是英特尔研发的一种技术,于2002年发布。超线程技术原先只应用于Xeon 处理器中,当时称为“Super-Threading”。之后陆续应用在Pentium 4 HT中。早期代号为Jackson。

通过此技术,英特尔实现在一个实体CPU中,提供两个逻辑线程。之后的Pentium D纵使不支持超线程技术,但就集成了两个实体核心,所以仍会见到两个线程。超线程的未来发展,是提升处理器的逻辑线程。英特尔于2016年发布的Core i7-6950X便是将10核心的处理器,加上超线程技术,使之成为20个逻辑线程的产品。

英特尔表示,超线程技术让Pentium 4 HT处理器增加5%的裸晶面积,就可以换来15%~30%的性能提升。但实际上,在某些程序或未对多线程编译的程序而言,超线程反而会降低性能。除此之外,超线程技术亦要操作系统的配合,普通支持多处理器技术的系统亦未必能充分发挥该技术。例如Windows 2000,英特尔并不鼓励用户在此系统中利用超线程。原先不支持多核心的Windows XP Home Edition却支持超线程技术。

每个单位时间内,一个单运行管线的CPU只能处理一个线程(操作系统:thread),以这样的单位进行,如果想要在一单位时间内处理超过一个线程是不可能的,除非是有两个CPU的实体单元。双核心技术是将两个一样的CPU放置于一个封装内(或直接将两个CPU做成一个芯片),而英特尔的HT技术是在CPU内部仅复制必要的资源、让两个线程可同时运行;在一单位时间内处理两个线程的工作,模拟实体双核心、双线程运作。

Intel自Pentium开始引入超标量、乱序运行、大量的寄存器及寄存器重命名、多指令解码器、预测运行等特性;这些特性的原理是让CPU拥有大量资源,并可以预先运行及平行运行指令,以增加指令运行效率,可是在现实中这些资源经常闲置;为了有效利用这些资源,就干脆再增加一些资源来运行第二个线程,让这些闲置资源可执行另一个线程,而且CPU只要增加少数资源就可以模拟成两个线程运作。

P4处理器需多加一个Logical CPU Pointer(逻辑处理单元)。因此P4 HT的die的面积比以往的P4增大了5%。而其余部分如ALU(整数运算单元)、FPU(浮点运算单元)、L2 Cache(二级缓存)并未增加,且是共享的。

Pentium 4 CPU中,Northwood及其之后推出的版本内置超线程技术;而双核心的Pentium D中也只有EE版提供HT技术。英特尔的Core 2处理器则没有HT技术。

而在2008年推出的Intel Core i7处理器又支持HT技术,在Nehalem微架构中,Hyper-Threading大举卷土重来。Intel的Hyper-Threading(又称同步多线程)是善用线程平行性的方法,让单一核心在应用软件层能运行两个逻辑线程。超线程技术在部分型号Intel Core i3/i5/i7/i9处理器中可用。从Kaby Lake Pentium开始,定位低端的Pentium(部分型号)也支持超线程技术。

把运行管线的状态,想像成流水线,资源A→资源B→资源C,来了两条数据要计算,一条需要消耗A的100%→B的50%→C的50%,另一条一样需要消耗A的100%→B的50%→C的50%,一条单纯的(无HT)的运行管线的资源A需要先运用100%性能把第一条运算完才能再运算下一条,但后面的资源B跟C却都有50%性能的浪费;如果把运行管线的资源A,变成两个,资源B跟C依然只有一个,那这条管线就可以变成“两个资源A同时消耗100%性能运算两条数据,到了资源B跟C阶段时,两条数据再各自消耗50%的性能”,即达成“不必增加一条完整的运行管线,却能在一样时间运算两条线程”

但实际应用时,运行管线不会都是收到这么完美的需运算数据,可能会是需消耗“A的10%→B的70%→C的70%”+“A的30%→B的50%→C的70%”+......等多种不同性能需求的需运算数据,依照文件的统计数字,整体能够提升的性能约为5~15%左右,且万一发生资源互抢的情形时,整体性能反而会下降。(以上是非常简略地描述大略情形,实际的超线程架构从P4时代至i系列6代,每一代都有所进化)

要令电脑支持超线程技术,通常需操作系统和硬件的配合。芯片组需要支持具有HT技术之处理器。为此,当时的Intel推出了新的芯片组,i865PE和i875P。要充分发挥超线程的性能,用户要使用Windows 2000之后的操作系统,而Windows XP家用版亦支持超线程技术。除了微软的Windows外,Linux kernel 2.4.x亦开始支持该技术。软件方面,通常优化多线程的程序都可以支持到。早期,游戏软件的支持是比较少。但随着多核心技术的普及,愈来愈多游戏软件支持多线程的处理器。

Windows API的GetLogicalProcessorInformation可获取当前计算机的物理核心数逻辑核心数:

DWORD GetProcessorCoreCount(DWORD &PhysicalProcessorCoreCount,DWORD &LogicalProcessorCoreCount ){	typedef BOOL(WINAPI *LPFN_GLPI)(		PSYSTEM_LOGICAL_PROCESSOR_INFORMATION,		PDWORD);	LPFN_GLPI glpi = (LPFN_GLPI)GetProcAddress(GetModuleHandle(TEXT("kernel32")), "GetLogicalProcessorInformation");	if (NULL == glpi)		return 0;	PSYSTEM_LOGICAL_PROCESSOR_INFORMATION buffer = NULL;	DWORD returnLength = 0;	 PhysicalProcessorCoreCount = 0;	 LogicalProcessorCoreCount = 0;	while (true)	{		DWORD rc = glpi(buffer, &returnLength);		if (FALSE == rc)		{			if (GetLastError() == ERROR_INSUFFICIENT_BUFFER)			{				if (buffer)					free(buffer);				buffer = (PSYSTEM_LOGICAL_PROCESSOR_INFORMATION)malloc(					returnLength);				if (NULL == buffer)					return 0;			}			else			{				return 0;			}		}		else		{			break;		}	}	PSYSTEM_LOGICAL_PROCESSOR_INFORMATION ptr = buffer;	DWORD byteOffset = 0;	while (byteOffset + sizeof(SYSTEM_LOGICAL_PROCESSOR_INFORMATION) <= returnLength)	{		switch (ptr->Relationship)		{		case RelationProcessorCore:		{			++PhysicalProcessorCoreCount;			// count the logical processor, which is equal the count of digital 1's of ptr->ProcessorMask			ULONG_PTR   ProcessorMask = ptr->ProcessorMask;			while (ProcessorMask != 0)			{				ProcessorMask &= ProcessorMask - 1;				LogicalProcessorCoreCount++;			}			break;		}		default:			break;		}		byteOffset += sizeof(SYSTEM_LOGICAL_PROCESSOR_INFORMATION);		++ptr;	}	free(buffer);	return -1;}

上述代码在32位编译时最多能枚举32个逻辑核心,在64位编译时最多枚举64个逻辑核心。如果超过64,应该使用 processor group.

相关

  • 行为神经学行为神经学是神经学的一个分支,专注于研究行为、记忆、与认知的神经学基础,也探讨神经损伤与疾病的影响和治疗方法。与行为神经学相关的领域包括神经病学与神经心理学等。“行
  • 太初核合成原初核合成(BBN)是物理宇宙学的一个概念,指宇宙在早期阶段产生H-1(最常见,也是最轻的氢同位素,只有单独的一个质子)之外原子核的过程。原初核合成在大爆炸之后只经历了几分钟,相信与
  • 纱线是一种很长的纤维,用于纺织、缝纫、编织、制绳等。纱线可以从多种天然或合成纤维制成,比如棉、丝绸、竹、麻、大豆,羊、骆驼、猫、狗、狐、兔等动物的毛,以及各种人造纤维。
  • 柴克·艾弗隆扎克·埃夫隆(英语:Zachary David Alexander "Zac" Efron),美国男演员,早期以演出迪士尼原创电影《歌舞青春》系列而成名,近年因练出一身肌肉,脱离早期形象,并演出了多部剧情片跟喜
  • 伊斯兰教历史伊斯兰教历史或穆斯林历史,指伊斯兰信仰形成宗教体系后以及影响伊斯兰教徒的相关社会文化制度的历史。穆斯林历史包括了政治、经济、军事以及文化和地理等几个方面。阿拔斯王
  • 乌兹别克苏维埃社会主义共和国乌兹别克苏维埃社会主义共和国(乌兹别克语:Ўзбекистон Совет Социалистик Республикаси;俄语:Узбекская Советская
  • 邻苯二甲酸铜邻苯二甲酸铜是铜(II)的邻苯二甲酸盐,化学式为C6H4(COO)2Cu。邻苯二甲酸铜一水合物为单斜晶体,α=26.10±0.025,b=9.79±0.01,c=6.67±0.01Å,γ=93.9±0.2°。空间群2/(C2A6, No
  • 生活报生活报是黑龙江日报报业集团主办的系列报之一,于1984年10月6日正式创刊,属都市报类的日报。作为黑龙江省发行量最大、影响力最高的日报,生活报不断发展壮大,已成为全国同类媒体
  • 水月洞天《水月洞天》是梁国冠和李达超共同执导的奇幻武侠剧,由于波、杨俊毅、蔡少芬、陈法蓉、张晋、卢星宇等主演,于2003年出品,2004年首播。该剧围绕三个家族五百年的恩怨,展开了一个
  • 杜巴尔杜巴尔(Msgr.Eduard Dubar,S.J.,1826年10月12日-1878年7月1日),法国耶稣会士,天主教直隶东南代牧区宗座代牧。1826年10月12日,杜巴尔出生于法国。1864年9月9日,天主教直隶东南代牧区