本文論述并比較目前移動平臺所采用的主要的多核處理技術，重點介紹多核處理技術與意法·愛立信未來產品所采用的具有突破性的FD-SOI 硅技術之間的協同效應，通過對比個人計算機市場，例證移動平臺的單核處理器還有很大的性能提升空間，從軟件性能角度分析，目前集中資源于速度更快的雙核處理器比速度較慢的四核處理器更贏利。

此外，我們還將論述 FD-SOI 技術如何在相同功耗條件下提高雙核處理器頻率，以及如何擴展高能效工作模式，所有這些優勢產生一個比異構和同構四核處理器更簡單、更便宜、更高效的解決方案。

多核處理器的問世是必然，而不是可以選擇

多核處理器是技術發展的必然，而不是人類可選的，在此重申這一點很重要。從歷史看，當工作頻率提高到芯片散熱極限時，主流PC 機多核處理器開始問世。事實上，自硅技術集成初期到2003－2005 年間，在主流計算機中，工作頻率提高和晶體管數量主要用于提升單核處理器的性能（見圖1）。在此期間，應用軟件的性能提升與硬件技術發展保持同步，日益增多的舊版軟件無需做任何修改，導致計算機行業出現空前的增長。

只要可能，這個趨勢就不會發生改變，直到芯片散熱達到極限為止。頻率提高而非晶體管數量增加是芯片達到散熱極限的部分原因。在這一問題上，多核處理器被認為是連續利用數量不斷增加的晶體管同時把功耗限制在可控范圍內的唯一解決辦法。雖然有悖常理，但是，單核處理器在假定頻率時的功耗高于雙核處理器在假定頻率的二分之一時的功耗，這是因為處理器頻率越高，所需的電壓就越高，此外，動態功耗與電壓是平方關系（圖2 所示是簡單的動態功耗計算式）。

多核處理器確實使硬件集成度遵循摩爾定律（晶體管數量每18 個月增加一倍），為此而付出的代價是軟件性能提升被完全破壞。對于軟件，再也沒有免費的午餐，正如年發表的一篇著名論文［1］所述，從那時開始，為了繼續高效地應用硬件技術進步，軟件開發人員必須采用并行且均衡的編程方式，使代碼能夠高效地映射到多核處理器，換句話說，軟件需要并行化，糟糕地是，軟件并行化在整個計算機領域仍然是最嚴峻的挑戰之一，雖然最初的研發熱情還沒有減退，但是，到目前還沒有發現一個效率令人滿意的通用解決方案［2］。很多本身是串行的應用軟件則根本沒有并行化解決方案。

這個問題難度非常大，在過去10 年來進展很小。G. Blake et al 在2010 年的論文［3］中提出兩個重要看法：

· 在雙核處理器問世時，用戶感受到的響應速度快是雙核處理器的最直接的優點，但是， 10 年后，大多數軟件，包括要求嚴格的游戲、辦公軟件、多媒體播放器和網絡瀏覽器，還是僅能充分利用雙核處理器，只有很少的應用軟件（視頻制作）能夠更高效地利用雙核處理器。

事實上，自多核處理器在10 年前問世至今，除很少的應用軟件外，大多數PC 軟件還沒有實現并行化。因為多任務操作系統和某些應用軟件的設計方法的原因，例如，用于處理用戶界面等異步事件的事件驅動型代碼，某些并行處理功能是原生的，但是，這些原生并行線程的均衡性通常很差，通常相互關聯，只有少數線程可并行使用現有多核處理器，然而最終只能發揮雙核以下處理器的能力。

軟件開發人員選擇不將其代碼并行化，因為大多數PC 機應用軟件根本沒有必要并行化，或者并行化成本過高。某些小眾市場是例外，例如，某些多媒體應用軟件、CAD 工具和某些專業領域，軟件性能是這些市場最關注的差異化特性。人們預計多核處理器將在視頻游戲中找到用武之地，如上文所述，實際上卻不是這樣，其中一個原因是，最近幾年，圖形處理器 （GPU）的發展速度比多核CPU 還要快，因此，在充分利用圖形處理器上投入資源的回報率更高，而將復雜的游戲引擎并行化，使其能夠在多核CPU 上運行，是一件費力不討好的工作。

在其它領域，多核處理器的情況不盡相同。例如，在網絡數據中心，因為并行工作負荷量大，多核處理器發展順利。在科學計算領域，軟件并行化有其合理性。

移動業和 PC 業一樣嗎？

智能手機性能演進實質上是一個加速的且時空轉換版的臺式計算機性能演進過程。蘋果的演進過程是一個很好的實例，我們很容易在一定時期內找到一致的數據，且蘋果也能代表大多數手機平臺。

圖3 所示是Dhrystone MIPS （DMIPS） CPU 性能測試成績，其中數據是ARM 分析其處理器所用數據。同樣地，我們應將測試成績轉換成圖1 中的英特爾CPU 性能測試所用的指令級并行測試（ILP），即在不考慮處理器的頻率時測試CPU 架構的效率。IDMIPS-single 表示單核處理器的相對性能，測試成績是通過DMIPS/MHz 乘以頻率而得來，而DMIPS-dual 是 DMIPS-single 乘以，表示蘋果從iPhone 4S 開始的雙核處理器的最高總體性能。對于軟件性能分析，我們只是引用了Anandtech［4］的iPhone 5 產品評測中的基準測試成績： Sunspider 和 Browsermark 是網絡瀏覽器 （Javascript） 基準測試工具，因為是單線程，所以無法測試多核處理器；Geekbench 是一個多線程基準測試工具，應該能夠體現多核處理器的性能優勢。

我們在圖3 中注意到兩個要素：

1.架構效率 （DMIPS/MHz） 、頻率和最終的單核性能 （DMIPS-single） 并沒有飽和，相反，還有很大的提升空間，這種趨勢完全不同于PC 機單核處理器的演進路線，后者顯然從年開始達到飽和。因此，我們得到的初步結論是，移動應用單核處理器不同于處理器，到目前其性能還沒有達到飽和狀態。

2.我們預想軟件性能與單核處理器性能成正比例關系。實際上，從iPhone 4S 到 iPhone 5，和 Browsermark 的測試成績增幅很大。這兩款手機都是雙核處理器，而且這兩種基準測試都是單線程，因此，軟件性能提升與多核處理器無關。測試成績提升的原因是網絡瀏覽器的軟件性能大幅提升，特別是Javascript 的優化起到重要作用，另外，其它硬件也很可能被優化，例如，改進存儲器子系統。相反， Geekbench 是一個多核線程基準測試工具，系統軟件變化對其影響不大。iPhone 5 的Geekbench 測試成績大幅提升，這似乎表明多核處理器至少發揮了一定作用，但是，令人奇怪地是，從單核到雙核iPhone 4S，我們并沒有看到同樣的成績提升。在任何情況下，所有的基準測試，包括Geekbench，都保持在雙核處理器的理論性能峰值以下。我們稍后將提供更多的軟件性能提升數據，但是，分析這些基準測試工具的測試成績，我們至少可以得到以下初步結論：像 PC機一樣， 軟件性能提升與單核處理器性能成正比，同時還與應用軟件有關；而與多核處理器性能的關系不大，或根本不成比例關系。