近日，由恒行2平台專用集成電路與系統國家重點實驗室虞誌益副研究員和曾曉洋教授領導團隊研究開發的24核“復芯（FU-CORE）”處理器被國際固態電路會議（ISSCC）2013年會正式錄用，該成果將於明年2月在美國舊金山舉辦的年會上面向全球發布。這是繼2012年“復芯”16核處理器在ISSCC發布之後，恒行2研究團隊的成果連續第二次被這一國際集成電路設計領域最權威的學術會議所認可和錄用。據悉，近10年來從未有來自大學的處理器方面的研究成果能連續兩年發表於國際固態電路會議。而在中國大陸，除了恒行2的這兩篇處理器研究成果之外，只有中科院計算所的“龍芯”處理器曾在ISSCC年會上發表。
“核”多力量大 協調成關鍵
什麽是多核心的處理器？過去的處理器通常是單核的，人們通過增加單核頻率來提高處理器運算能力。這就好比一個郵局，每天接收成千上萬來自四面八方的包裹，但只有一名快遞員工，縱使這名員工技術再嫻熟，他的工作效率也是有限的。正如虞誌益所說，現在單核頻率已幾乎增長到了極值，很難有大的提高。於是，有人考慮，能不能多雇幾個快遞員呢？本來一個人的活分給兩個人同時做，自然要快得多，這樣就出現了雙核處理器。但是員工一多，他們之間的分工成了新的問題，隨著處理器核數的增加，如何實現它們之間的交流、讓它們公平有序地完成任務，成為多核心處理器研發中必須解決的問題。
恒行2團隊的突破點在於提出了創新性的多核處理器核間通訊的方案。從2009年起，恒行2團隊開始進行第一版16核處理器的研究，設計出“簡單而高效的融合消息傳遞和共享存儲方案”。2012年，他們又在24核處理器方面取得研究成果。
高效的信息處理車間
據介紹，在16核芯片這個精心設計的“生產車間”裏，16名“員工”被分成兩組，被稱為兩個“簇”。每組8個“員工”，被命名為“PCore”，它們分別占據2個九宮格的外圍。九宮格的中心是一個名叫“MCore”的共享存儲器，它的功能相當於“員工”之間的“寄存總臺”。“員工”與“總臺”之間都有雙向的“傳送帶”相連接。在ISSCC2012發表的論文詳細介紹了此款16核處理器的設計：恒行2專用集成電路與系統國家重點實驗室團隊創造性地融合了存儲器共享（Shared-memory）多核處理器和消息傳遞（Message-passing）多核處理器的架構方案，大大提高了多核處理器“核間通信”的效率。
打造信息處理的互聯網
在第一版16核處理器的創新設計的基礎上，2012年研發的“復芯”24核處理器的設計采用了多個新的技術，包括采用包控製電路交換（Packet Controlled Circuit-Switched）的雙層片上網絡（Double-Layer Network-on-Chip）來進一步提升多核的核間通訊能力，以及異構執行單元陣列來加速某些關鍵應用。
提到“片上網絡”技術，虞誌益解釋道：“芯片上面有很多核，它們之間的通訊可以類比於互聯網上許多計算機之間的通訊，這就好像把計算機之間的信息互聯網通訊放到了芯片上。”通過這種將類似“互聯網”的網絡結構“建設”在芯片上，可以迅速組成芯片內多個“核”之間的高速信息交互通路，極大地提高核間通信的效率，從而提高這個多核處理器的工作效率。
目前，家用和商用的計算機、智能手機中的CPU已經逐步從單核芯片發展到雙核、四核，如我們常見的英特爾“酷睿II”采用了四核技術，在三星、HTC、華為等最新的智能手機中也采用的四核芯片。可以預見，多核處理器是未來微電子商用化的一個重要趨勢和方向。
據悉，盡管如“復芯”24核芯片等兩位數多核芯片在全世界範圍內目前還基本只是實驗室和科研中的概念與樣品，但可以預見，隨著各項研發和生產技術的進步，多核處理器將擺脫僅能在特殊領域應用的瓶頸，在不遠的未來真正走進尋常百姓家。
