问题

多核 CPU 和多个 CPU 有何区别?

回答
关于多核 CPU 和多个 CPU 的区别,很多人容易混淆,但实际上它们是两个不同的概念,虽然都旨在提升计算性能。为了说清楚,咱们得一点一点地掰扯。

什么是 CPU?

在深入多核和多个 CPU 之前,我们先得明确一下“CPU”这个基本概念。CPU,中文叫中央处理器,你可以把它想象成计算机的大脑。它负责执行指令,进行计算,控制计算机的各个部件协调工作。

1. 多个 CPU (MultiCPU / MultiProcessor)

“多个 CPU”指的是一台计算机物理上安装了多块独立的 CPU 芯片。每块 CPU 芯片都是一个完整、独立的中央处理器,拥有自己的核心(早期的 CPU 可能只有一个核心,但现代的“多个 CPU”通常是指拥有多个核心的独立 CPU 芯片)。

举个例子:

想象你有一个工作台,上面放了两个独立的工具箱,每个工具箱里面都有你需要的各种工具(比如锤子、螺丝刀)。每个工具箱就是一个独立的 CPU。你可以在一个工具箱里拧螺丝,同时在另一个工具箱里敲钉子,两者互不影响。

关键特点:

物理独立性: 每一块 CPU 都是一个独立的物理组件,插在主板上的 CPU 插槽里。
独立内存控制器(通常): 很多多 CPU 系统中,每个 CPU 都有自己的内存控制器,可以直接访问自己的内存模块。当然,也有一些架构允许它们共享一部分内存。
高并行处理能力: 理论上,每个 CPU 都可以独立地执行不同的任务,可以处理非常庞大的并行计算需求。
成本高昂,功耗大: 这种配置通常出现在服务器、工作站或者一些高性能计算设备上,因为成本、功耗和散热要求都比较高。
复杂的系统设计: 主板需要支持多个 CPU 插槽,并且需要有相应的总线和互联技术(如 QPI, UPI, HyperTransport)来让这些 CPU 之间进行通信和协调。
操作系统支持: 操作系统需要能够识别并管理多个独立的 CPU,分配任务给它们。

应用场景:

大型服务器: 处理海量并发请求,运行数据库、Web 服务器等。
高性能计算 (HPC): 科学模拟、数据分析、渲染等需要极强计算能力的场景。
专业工作站: 视频编辑、3D 建模、 CAD 设计等。

2. 多核 CPU (MultiCore CPU)

“多核 CPU”则指的是在一块 CPU 芯片内部,集成了一个或多个独立的处理器核心。每一个核心都可以像一个独立的 CPU 一样执行指令。所以,虽然看起来只是一块 CPU 芯片,但它内部却能同时处理多个任务。

举个例子:

还是用工作台来类比。现在,你只有一个工具箱,但这个工具箱的设计非常巧妙,里面划分出了两个独立的操作区域。在第一个区域,你可以用锤子敲钉子;在第二个区域,你可以同时用螺丝刀拧螺丝。这两个区域虽然都在同一个工具箱里,但它们是分开工作的,互不干扰。这个工具箱就是一个多核 CPU,而里面的两个操作区域就是两个核心。

关键特点:

集成在一块芯片上: 所有的核心都集成在同一块硅片上,共享一些底层的资源。
共享缓存和总线: 通常,同一块多核 CPU 上的核心会共享一些资源,比如 L2 缓存(有些架构还有 L3 缓存)和内存控制器(通常是共享的),这有助于提高数据访问效率,减少延迟。
更高的能效比: 相较于使用多个独立的 CPU 芯片来达到同等的核心数量,集成在同一块芯片上的多核 CPU 在能耗和散热方面通常更有效率。
成本相对较低,体积小: 适合集成到个人电脑、笔记本电脑、智能手机等各种设备中。
更精简的系统设计: 主板只需要一个 CPU 插槽。
任务调度更灵活: 操作系统和应用程序可以更精细地在这些核心之间分配任务。

应用场景:

个人电脑: 日常办公、游戏、影音娱乐。
笔记本电脑: 移动办公、轻量级创意工作。
智能手机和平板电脑: 运行各种应用,多任务处理。

核心区别总结:

| 特性 | 多个 CPU (MultiProcessor) | 多核 CPU (MultiCore CPU) |
| : | : | : |
| 物理形态 | 多块独立的 CPU 芯片 | 一块 CPU 芯片内集成多个处理器核心 |
| 集成度 | 低(每块 CPU 芯片是独立的) | 高(核心集成在同一芯片内) |
| 资源共享 | 较少共享(可能共享内存控制器、PCIe 总线等,但核心间通信较独立) | 较多共享(共享缓存 L2/L3、内存控制器、总线等) |
| 通信延迟 | 核心间通信延迟相对较高(需要通过主板总线) | 核心间通信延迟较低(在同一芯片内部) |
| 功耗/散热| 整体功耗和散热要求高 | 整体功耗和散热要求相对较低(同等核心数下) |
| 成本 | 高 | 相对较低 |
| 系统设计 | 需要支持多 CPU 插槽的主板,复杂互联技术 | 标准 CPU 插槽主板,设计相对简单 |
| 典型设备 | 服务器、工作站、HPC 集群 | PC、笔记本、手机、平板 |

进阶一点的理解:

早期 CPU: 最早的 CPU 只有一个核心。
多核时代: 后来技术发展,开始在一块芯片上集成多个核心,这就是多核 CPU。
多处理器系统: 然后,为了满足更极致的性能需求,又出现了在同一台机器上插多块 CPU 的系统,也就是多个 CPU。

所以,你可以把“多核 CPU”理解成“一颗 CPU 拥有多个大脑(核心)”,而“多个 CPU”则是“一台电脑拥有多个完整的 CPU”。

现在,我们遇到的绝大多数电脑、手机、平板,都是“多核 CPU”,比如你可能听说过“四核处理器”、“八核处理器”。而“多个 CPU”的配置,则更多地出现在需要极高运算能力和并发处理能力的服务器领域。

希望这样详细的解释,能让你彻底搞清楚这两者的区别!

网友意见

user avatar

谢邀。先说结论,多核CPU和多CPU的区别主要在于性能和成本。多核CPU性能最好,但成本最高;多CPU成本小,便宜,但性能相对较差。我们来看一个例子:如果我们需要组成一个48核的计算机,我们可以有这么三种选择:

  1. 把48个核全部做到一个大Die上,Die很大。这个Die加上一些外围电路组成一个单Die多核CPU。
  2. 弄4个小Die,每个Die 12个内核,每个Die很小。把这4个Die,加上互联总线和外围电路,全部封装(Packaging)到一个多Die多核CPU中。
  3. 还是弄4个Die,每个Die 12个内核,每个Die很小。每个Die加上外围电路封装成一个单独的CPU,4个CPU再通过总线组成一个多路(way/socket)系统。

我们来看看他们的性能差距和成本差距。

性能差距

为了很好的理解三者之间的区别,我们通过一个生活中的场景分别指代三种方式。我们想像每个Die是一栋大楼,Die里面的内核们,内存控制器们、PCIe控制器们和其他功能模块是其中的一个个房间。数据流和指令流在它们之间的流动看作房间里面的人们互相串门,这种串门的方便程度和走廊宽度决定了人们愿不愿意和多少人可以同时串门,也就指代了数据的延迟和带宽

好了,有了这种方便的比喻,我们来看看三种情况分别是什么。

48核的大Die是Intel至强系列的标准做法:

这种方法就是既然需要这么多房间,业主有钱,就建一个大楼,每层都是超级大平层

走廊众多,这里堵了,换个路过去,反正方向对了就行,总能到的。所以人们可以很方便的串门,也可以有很多人同时串门。所以延迟小,带宽高。

一个CPU pacakge里面包了4个小Die的做法是AMD的标准做法,也有部分Intel也这样:

这种做法可以看作业主没钱搞大平层,但也要这么多房间,怎么办呢?在原地相邻得建4个小高层,再把小高层连起来,房间数目不变。怎么把它们连起来呢?比较现代的做法有两种:

这种做法也叫做MCM(Multi-Chip-Module),详细内容可以看我的这篇文章:

其中AMD采用硅中介(Interposer),也就是上面那种;Intel采用EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge),是下面那种。

硅中介的做法可以看作为了两个楼互通,我们把地下都挖空了,搞了个换乘大厅。而EMIB可以看成在两个楼之间挖了一个地下通道。显然挖通道更省钱省力,但因为通道是两两互联的,如果大楼多了,还不如换乘大厅方便。

好了,那我们的串门问题怎么解决呢?因为楼和楼(Die和Die)之间只有地下互通,要串门的人都要做电梯到地下一层,通过地道或者换乘大厅到另一个大楼地下,再做电梯去想要的楼层。路途遥远,好多人都不想串门了,同时如果串门人太多,会挤爆电梯,不得不串门联系工作的人们在电梯口排起了长队。显然,建筑四个相邻小高层的办法,延迟和带宽都比较差。

那么多CPU呢?

还是没钱盖大平层,这次更惨,因为4层小高层间隔比较远,为了方便人们串门,不得不在园区里面搞了班车,用于跨楼通勤。因为班车开停需要时间,人们串门更加麻烦了。

借助这个比喻,我们应该能够得出结论,这三种方式提供48核的算力,延迟和带宽是依次下降的。下降的幅度和需要进行的work load有关,不能一概而论。大家可以借助一个工具[1]来具体测量一下内存的延迟:

在这个例子里面看出,本大楼的访问延迟比跨大楼的访问延迟低了一倍!

成本差距

既然大平层这么好,为什么还有人盖小高层呢?存在都是合理的,当然是成本高了。我在这篇文章中讲述了为什么Die大了成本就高:

简单来说,晶圆在制造过程中总是避免不了缺陷,这些缺陷就像撒芝麻粒,分布在整个Wafer上:

如果考虑缺陷,Die的大小会严重影响良率:

上图大家可以点开看(图比较大),其中不太清楚的红色小点是晶圆的缺陷,在Die很大时,有很大概率它的范围内会缺陷,而只要有缺陷该Die就报废了(简化处理);在Die比较小的时候,它含有缺陷的可能性就大大降低了。如图中,随着Die的减小,良率从第一个的35.7%提高到了95.2%!我们举个极端的例子,整个Wafer就一个Die,那么良率只有0%了,生产一个报废一个。谁还干这么傻的事!

这种成本增加不是线性的,而是指数性增加,具体的数字是厂商的核心机密,不为外人道。但总的来说,结合前面的例子来说就是:

1个大Die成本 > 4个小Die+互联线路总成本

那么方式2和方式3成本谁高呢?实际上方式2节约了主板上大量布线和VR等成本,总成本更低,也是主板和服务器厂商喜闻乐见的形式;而方式3往往用于堆出更多的内核和需要更多内存的情况。

结论

相信读到这里,同学们已经有了答案,结论开头已经说明,就不再赘述了。多核CPU和多Die乃至多路CPU,对操作系统等来看,区别不大,BIOS都报告了同样多的很多CPU供他们调度。区别主要在于性能上面,大Die多核性能最好,也最贵。多Die性能下降,但经济实惠。最后要注意,这些性能区别有些是操作系统可以感知的,如通过NUMA等方式:

操作系统可以具体做出优化。但也有部分是操作系统不能够知道的,只有通过各种真实的workload,用户那里才会感觉有明显的不同。

最后推荐11代内核的NUC,很好用


BIOS培训云课堂

其他CPU硬件文章:

欢迎大家关注我的专栏和用微信扫描下方二维码加入微信公众号"UEFIBlog",在那里有最新的文章。

参考

  1. ^Intel Performance Checker https://software.intel.com/en-us/articles/intelr-memory-latency-checker
user avatar

这就像为什么你要去公司上班而不是在家里上班一样。去公司上班(多核CPU)的话,资源共享(共享缓存),沟通方便(CPU内数据传输速度远大于总线速度)。

除非信息技术(类比总线)上有突破性进展,否则我们还是每天要挤公车去公司上班(多CPU方案无法取代多核)。

类似的话题

  • 回答
    关于多核 CPU 和多个 CPU 的区别,很多人容易混淆,但实际上它们是两个不同的概念,虽然都旨在提升计算性能。为了说清楚,咱们得一点一点地掰扯。 什么是 CPU?在深入多核和多个 CPU 之前,我们先得明确一下“CPU”这个基本概念。CPU,中文叫中央处理器,你可以把它想象成计算机的大脑。它负责执.............
  • 回答
    在多核CPU、多线程的环境下,当多个线程同时尝试执行 `cmpxchg`(Compare and Exchange)指令时,会发生一些非常有趣且关键的原子性操作。理解这个过程,就像是窥探CPU内部解决并发冲突的精妙设计。首先,我们得明确 `cmpxchg` 指令的核心作用。它是一个原子操作,这意味着.............
  • 回答
    关于多核CPU上多线程排序遇到的奇怪现象,这绝对是个值得深入探讨的问题,毕竟并行处理的设计初衷是为了提升效率,但有时候却会“事与愿违”。咱们抛开那些AI味的列表和框架,就像朋友聊天一样,一步步剖析一下可能的原因。首先,得明白,多线程排序,尤其是你感觉到的“奇怪现象”,往往不是因为CPU本身出了什么故.............
  • 回答
    在多核CPU环境下,Java中的`Thread.currentThread()`调用返回的是一个`Thread`对象,它代表了当前正在执行这个方法的线程。然而,这个`Thread`对象本身并不直接包含它当前被调度执行在哪一个具体的CPU核心上的信息。你可以这样理解:线程是一个逻辑概念,CPU核心是物.............
  • 回答
    在多核时代到来之后,CPU 的发展方向不再仅仅是简单地堆叠更多的核心。虽然增加核心数量仍然是提升性能的一种方式,但 CPU 设计者们已经将目光投向了更深层次、更精细化的优化和创新,以应对日益增长的计算需求和不断变化的计算模式。以下是多核之后 CPU 的一些主要发展方向,我会尽量详细地阐述: 一、 更.............
  • 回答
    这个问题问得好,直击要害!我们来好好聊聊这个“并行”和“并发”在单CPU多核体系下的具体表现,尽量用大白话,不搞那些虚里虚气的AI腔调。首先,得把“并行”和“并发”这两兄弟分清楚。 并发(Concurrency):就像一个技艺高超的厨师,虽然只有一个炉灶(CPU核心),但他可以同时切菜、烧水、炒.............
  • 回答
    “多核的流行是否表明单个 CPU 核心性能的提升已达瓶颈阶段?” 这个问题触及了计算领域一个非常核心的议题,它不仅仅是硬件规格的简单比较,更是对技术发展趋势和底层物理规律的深刻洞察。我们不妨从“瓶颈”这个词入手。什么是瓶颈?在任何系统中,瓶颈都是那个限制整体效率或性能的环节。对于CPU而言,单核性能.............
  • 回答
    这确实是个让人头疼的问题,很多玩家都感觉自己的高端多核CPU在玩游戏时“大材小用”,明明有八核甚至更多,游戏里却感觉只有两三个核心在拼命干活。为什么会这样呢?这背后其实涉及很多层面的原因,而且一点也不神秘,而是跟整个游戏开发流程、技术限制,甚至是历史遗留问题都有关系。1. 游戏设计与开发模式的“单线.............
  • 回答
    说起大型单机游戏对电脑性能的要求,CPU这块儿,大家免不了要纠结一个问题:到底是单核性能更重要,还是多核性能更吃香?这可不是一两句话就能说清楚的,里面门道还不少。咱们先得明白,一个游戏玩起来,CPU到底在干啥。它就像游戏的“大脑”,负责处理各种各样的计算和指令。比如,要计算场景里有多少个NPC,他们.............
  • 回答
    多核和分布式编程环境的出现,使得传统的单线程、顺序执行的编程范式逐渐无法满足现代计算的需求。并发编程语言的诞生,本质上是对传统编程范式的根本性重构,其核心差异体现在以下几个方面: 一、执行模型的差异 1. 传统编程语言(单线程顺序执行) 执行模式:程序按代码顺序执行,所有操作在单一线程中完成。 资源.............
  • 回答
    说实话,汇编语言本身,作为一种低级语言,它并没有一个直接的、像高级语言里那样叫做“多核支持”的关键字或者指令。 汇编语言的层面,我们关注的是CPU的硬件特性和指令集。 所以,与其说“汇编语言怎么表示多核”,不如说“如何用汇编语言操控多核”。这就像你在问,锤子怎么表示“建造一栋楼”。锤子本身不表示,但.............
  • 回答
    “押宝多核的策略几乎都失败了”——这句断言,就像一把钝刀子,虽然扎得挺疼,但仔细一琢磨,是不是有点过于武断了?至少,对于我们这些每天和代码打交道的人来说,感受远比这句话来得复杂。说开发者“抵触”多核,这也不是一个简单的“是”或“否”能概括的。与其说是抵触,不如说是我们被现实打磨得更加现实,更加知道其.............
  • 回答
    这个问题涉及到产品定价策略和市场竞争,是个挺有意思的话题。咱们就掰开了揉碎了聊聊。首先,要明确一个点:处理器定价不是只看某一个性能指标。尤其是在主流消费级市场,价格是一个多方面因素综合考量的结果,包括: 绝对性能(单核和多核): 这是最基础的,性能越好,用户越愿意为之买单。 同代竞品性能: .............
  • 回答
    首先,让我们捋一捋你这个问题背后的几个关键点:1. 英特尔的大小核策略: 你提到大核刷单核,小核刷多核。这确实是英特尔在混合架构(Performance Hybrid Architecture)中设计的一大考量。2. 为什么不用1个大核加无数小核? 这是你核心的疑问,似乎在设想一种极端的、高度不.............
  • 回答
    看到 M1 Ultra 在 Cinebench R23 这类基准测试中,单核性能似乎不如 Intel Core i712700K,但多核却能反超,这确实是一个很有意思的对比。要理解这个现象,我们需要深入剖析一下这两款处理器各自的架构特点,以及它们在不同场景下的表现差异。先来聊聊 M1 Ultra 的.............
  • 回答
    您好!关于Zen 4规格的提升以及在与Intel 12代、13代酷睿处理器竞争中的多核表现,我来为您详细剖析一下。首先,关于Zen 4规格是否会有提升,答案是肯定的。每一代AMD Ryzen处理器在设计上都会寻求进步,Zen 4自然也不例外。虽然我无法透露具体的内部规格信息,但我们可以从AMD过往的.............
  • 回答
    从普通人(这里指的是没有接受过专业核物理和工程训练,也没有国家级资源支持的普通公民)的角度来看,制造一枚可以引爆的原子弹,其难度之高,几乎到了不可能的地步。这不是一个简单的“做不到”或者“很难”能概括的,而是触及了物理、化学、工程、材料科学、精密制造、乃至信息安全等多个极端复杂的领域,并且每一项都存.............
  • 回答
    .......
  • 回答
    日本福岛核电站的核废水处理问题,确实牵动着全球许多人的神经,也引发了大量的讨论和争议。在这个过程中,我们看到有相当一部分声音在“洗白”或至少是在淡化这件事的潜在风险。要理解为什么会出现这种情况,我们需要从几个层面去分析:1. 科学与技术层面的解释和强调: “处理”与“稀释”: 日本政府和东京电力.............
  • 回答
    .......

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有