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标题: CPU为什么没有3核、5核、7核……？ [打印本页]

作者: chaojiwantong 时间: 2017-11-18 10:38
标题: CPU为什么没有3核、5核、7核……？
手机和电脑的CPU都是从单核起步然后双核、四核、八核……为什么没有三核、五核、七核

作者: wangyoo2003 时间: 2017-11-18 10:38
有意思的问题。我总结下为什么没有奇数个核心。

实际原因是由芯片的规模化设计，规模化生产的方式决定的。即使不是CPU，芯片也一般是矩形构造。这是因为设计芯片时，我们需要横平竖直的画版图和连线；制造芯片时，我们需要横竖方向切割。矩形本身就是建筑的基本形状，是正交线结合出来的天然图形，尤其适合有规律，有结构的布局。

而电路这东西，天然就是要用矩形的。中学时画过的简单电路图就是，电源，导线，电阻，把它们连起来时一定是矩形。因为矩形中包含一种秩序，当电路规模化之后，这种秩序能够帮助人类在庞大的电信号之间，迅速找到规律并合理的控制或者改造电路。CPU的floor plan也是这样，框架一定要是矩形！

(下图是AMD Bulldozer, 4模块8核心CPU，发布于2011年)

面对一个矩形的芯片，不考虑soc这样的情况，是不可能有奇数个核心的。是因为一般的设计都是画出一个CPU核心，经过几次镜像变成多核，包括其中的控制电路，时钟电路，都是完全对称的。这样的多核CPU，每个核心的时序才是完全相同。其核心数量也一定是偶数。
此外，有的时候，CPU设计厂商会把2个核心封装在一起，成为一个module， module内一般有2个Core，它们共享一部分运算资源和L2 Cache。而真正的芯片则是由数个module组合而成，就如同上面的AMD Bulldozer架构CPU一样。这是CPU核心一般为偶数的另一个原因。

有时候，CPU也不是轴心对称的，比如下面这个AMD PhenomII 6核CPU：

可以看到，设计的基本是思想是画好3个Core，1片L3 Cache，然后进行水平对称。但是这样最左边的两个核心距离最右边的L3 Cache异常的遥远，必定对L3的访问带来不小的延迟。但是这款CPU确实覆盖到了4核以上的市场，在有限的成本内，AMD公司经常尝试各种创新的CPU体系结构设计，这样的行为是非常值得尊敬的。

可以看到，设计的基本是思想是画好3个Core，1片L3 Cache，然后进行水平对称。但是这样最左边的两个核心距离最右边的L3 Cache异常的遥远，必定对L3的访问带来不小的延迟。但是这款CPU确实覆盖到了4核以上的市场，在有限的成本内，AMD公司经常尝试各种创新的CPU体系结构设计，这样的行为是非常值得尊敬的。可以看到，设计的基本是思想是画好3个Core，1片L3 Cache，然后进行水平对称。但是这样最左边的两个核心距离最右边的L3 Cache异常的遥远，必定对L3的访问带来不小的延迟。但是这款CPU确实覆盖到了4核以上的市场，在有限的成本内，AMD公司经常尝试各种创新的CPU体系结构设计，这样的行为是非常值得尊敬的。

=======SOC分割线========
但是进入到soc时代后，事情有了些变化。一个矩形的芯片通常包括CPU，内存控制单元，GPU等。完全可以做到3CPU+1GPU这样的组合，但为什么不做呢？主要的原因是，在现有2, 4, 8核的产品线之内，生产3, 5, 7核CPU并没有清晰的市场范围。比起双核CPU, 三核CPU并不能带来性能的飞升，也没有清晰的利润点。相反，却有更多的设计麻烦，比如：第3核心必定没有对称的核心，它的单独Cache使用策略，以及额外的面积开销都是设计成本。利用这些设计成本，开发更强劲的四核CPU才是厂家的真正做法。

Intel 第4代酷睿处理器，Haswell（SOC）：

可以看到中间的Core和L3 Cache部分已经不是对称的结构了，似乎可以放4个core，也可以只放2个，3个core。但实际情况是可以放4个核，维持1条生产线。根据测试结果，如果4个核性能都很好，就当i7卖；如果坏了2个核，就当i3卖。(当然也会有其他流水线)

可以看到中间的Core和L3 Cache部分已经不是对称的结构了，似乎可以放4个core，也可以只放2个，3个core。但实际情况是可以放4个核，维持1条生产线。根据测试结果，如果4个核性能都很好，就当i7卖；如果坏了2个核，就当i3卖。(当然也会有其他流水线)可以看到中间的Core和L3 Cache部分已经不是对称的结构了，似乎可以放4个core，也可以只放2个，3个core。但实际情况是可以放4个核，维持1条生产线。根据测试结果，如果4个核性能都很好，就当i7卖；如果坏了2个核，就当i3卖。(当然也会有其他流水线)

因此可以有这样的结论：CPU核心一般都是偶数，最早是由CPU工业化设计体系所决定的，方形的设计与生产环境决定了偶数核心的CPU方便设计与生产。而在如今CPU设计SOC化的趋势下，核心的摆放位置和数量已经不是最重要的因素，而CPU数量始终维持在偶数个则是由CPU的设计习惯和市场定位共同决定的了。

市面上偶尔会有奇数核心的CPU, 比如Tegra3，4核+1核其实还是4核CPU, 额外的核心仅负责待机或者低功率工作，不能与其他4核一起并行工作的，而且这样的设计需要额外的设计成本，比如第5核心与其他核心的交互，核心间布局布线，软件切换策略等等。
而AMD的三核是因为利润空间小而不得不进行市场细分造成的，是故意把好的四核阉割成了三核来卖，而非开发了三核心CPU。
Tegra3 5核心 ARM CPU：

作者: ananokok 时间: 2017-11-18 10:38
AMD曾经有过三核的

作者: 静静的读你 时间: 2017-11-18 10:38
排名第一的答案是很不负责任的。
3,5核都出现过。
所谓的对称问题并不存在，不存在设计难度增加问题。

唯一的原因是，工程师都有强迫症，看到奇数不舒服。

作者: eason320hk 时间: 2017-11-18 10:38
超微以前发布过三核心的处理器
当然，从DIE的角度来说它依然是四核心，只不过没有开启(或那个核心无法开启)

作者: jansie1314 时间: 2017-11-18 10:38
AMD有三核心的，部分Phenon X4开不了六核只能开五核

作者: any941 时间: 2017-11-18 10:38
AMD推出过若干种三核心处理器的好不。Xbox360也是3核的。

作者: 爱上阿南 时间: 2017-11-18 10:38
苹果A8X三核心…原生3核心
AMD的三核心是由四核心屏蔽而来，自行百度“AMD开核”

作者: 158572133 时间: 2017-11-18 11:24

静静的读你发表于 2017-11-18 10:38
排名第一的答案是很不负责任的。
3,5核都出现过。
所谓的对称问题并不存在，不存在设计难度增加问题。

3 5 核是屏蔽了其中的一个不良核心

作者: 直接点 时间: 2017-11-18 11:28
AMD有3核

作者: 黑白配 时间: 2017-11-18 14:48
这个兄弟，都给你发出来了，以后有什么东西啊！

作者: gong9479 时间: 2017-11-18 14:58
有三核的呀。。。。。。。。。。。。

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