Intel：数据中心仅在一块芯片上跳舞

2009-11-23 09:20:42 服务器 Intel CTO贾斯汀.莱特纳谈关于多核处理器的大爆炸，提及了未来可能出现的“整个数据中心放置在一块芯片上”的现象，以及这将给云计算带来的安全性和基于处理器的未来网络。

Intel的首席技术官贾斯汀.莱特纳

Intel的首席技术官贾斯汀.莱特纳在上世纪八十年代担负起的任务是要把超级计算机业从难以忍受的昂贵专有架构推向人们可以负担得起的通用微处理器，经过多年的苦战，他完成了这一点。而在他担任Intel实验室负责人期间，他同样也带来了这样的观点，那就是高级研发项目也必须要能提供现实的经济效益。

我有机会拜访贾斯汀，而且与他就他所认为的未来高性能系统进行了探讨。

笔者：我们正面临着多核处理技术的大爆炸，现在我们已经看见了Intel的80核Tera（万亿）级的原型处理器，那么最终我们是不是会看到整个数据中心都会被放在一个芯片上？

贾斯汀：我们有一项研究最近刚刚在卡内基梅隆大学操作系统规则研讨会上获得了最佳论文奖，项目的名字叫做FAWN，它的意思是“低能耗节点上的快速阵列（fast arrays of wimpy nodes）”。我们做这项研究的目的就是要在相对简单的核心阵列上搭建未来的处理器，继而提供数据中心级的解决方案。所以说，没错，这就将是芯片上的数据中心，然后会是这些芯片的阵列。当然，这要求芯片本身就是一向不小的挑战，在下一代CPU上，这项挑战应该可以被攻克。相关文章请参阅51CTO.com报道：“ Intel顶级专家：下一代CPU长什么样？ ”

笔者：这样的话是否会产生物理处理器和虚拟处理器之间的竞争呢？因为你所说的这些芯片出现之后，人们就有了足够多的物理核心，这样也就不再需要虚拟机了，不是吗？

贾斯汀：如果独立的物理核心足够便宜的话，我们为什么要自找麻烦去进行虚拟化呢？只要多分配几个物理核心就解决问题了。当然我们也正在试图寻找最节能的解决方案，究竟是一个超级核心配上许多台虚拟机，还是把工作量分配给许多小的核心来的更有效率呢？我现在还不能告诉你答案是什么，但从目前的进展看上去，是这些小核心做的更漂亮些。多核心一直是一个趋势，不仅Intel这样认为，微软等厂商也在向着这个趋势而努力。相关信息请参阅51CTO.com报道：“微软将增强Windows 7多核心功能”。

笔者：你认为通用用途的处理器将来在网络设备的领域也会有用武之地，对吗？

贾斯汀：在我们的Intel伯克利实验室中已经有一个名为路由器砖（Router Bricks）的项目。项目的整体目标就定在服务器和10GB以太网上，还有使用标准部件来搭建GB级别的路由。我们的想法是要使用标准的服务器硬件来搭建大型网络，最终会把路由变成一种软件应用。

笔者：我们知道你们还在探讨使用处理器来提高安全性的方法，请告诉我们一些这方面的进展。

贾斯汀：在我们的VPro底层架构中承载了可管理性引擎（manageability engines），在可管理性和安全性两方面都可以用到它。长远来说，我们需要一个通用目的的解决方案。我们需要在架构上做出突破，允许一个开放的平台在要求保证安全的计算阶段能够有选择性的或者由程序控制来关闭。我们最终需要的是能够在短暂时间里进入隐身模式，然后重新打开。

笔者：这涉及到如今每个人都在关心的大问题——云计算的安全性。

贾斯汀：是的，我们正在与微软、Cisco和其他人合作开发一种称为网络飞地（network enclave）的架构，这是一种能够大大简化密钥管理的架构，可以让你搭建起绝对安全的Internet范围的子网。另外，IT人员不必管理单独的密钥，因为它们都是从飞地附属的一个主密钥衍生出来的，但这项技术还需要几年时间才会走向市场。事实上，Intel一直在关注云计算的安全性问题，您可以看一下51CTO.com的“英特尔云计算与虚拟化技术帮助企业提高安全性”这篇文章，标注一下，这篇文章不是枪稿。

原文： Intel CTO Envisions On-Chip>

计算机发展历程

第一代：电子管计算机
1946年，世界上第一台电子数字积分式计算机——埃尼克（ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院诞生。ENIAC犹如一个庞然大物，它重达30吨，占地170平方米，内装个电子管，但其运算速度比当时最好的机电式计算机快1000倍。
1949年，第一台存储程序计算机——EDSAC在剑桥大学投入运行，ENIAC和EDSAC均属于第一代电子管计算机。
电子管计算机采用磁鼓作存储器。磁鼓是一种高速运转的鼓形圆筒，表面涂有磁性材料，根据每一点的磁化方向来确定该点的信息。第一代计算机由于采用电子管，因而体积大、耗电多、运算速度较低、故障率较高而且价格极贵。本阶段，计算机软件尚处于初始发展期，符号语言已经出现并被使用，主要用于科学计算方面。

第二代：晶体管计算机
1947年，肖克利、巴丁、布拉顿三人发明的晶体管，比电子管功耗少、体积小、质量轻、工作电压低、工作可靠性好。1954年，贝尔实验室制成了第一台晶体管计算机——TRADIC，使计算机体积大大缩小。
1957年，美国研制成功了全部使用晶体管的计算机，第二代计算机诞生了。第二代计算机的运算速度比第一代计算机提高了近百倍。
第二代计算机的主要逻辑部件采用晶体管，内存储器主要采用磁芯，外存储器主要采用磁盘，输入和输出方面有了很大的改进，价格大幅度下降。在程序设计方面，研制出了一些通用的算法和语言，其中影响最大的是FORTRAN语言。ALGOL和COBO语言随后也相继出现，操作系统的雏形开始形成。

第三代：集成电路计算机
60年代初期，美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路，引发了电路设计革命。随后，集成电路的集成度以每3-4年提高一个数量级的速度增长。
1962年1月，IBM公司采用双极型集成电路，生产了IBM360系列计算机。 DEC公司（现并入 COMP叫公司）交付了数千台PDP小型计算机。
第三代计算机用集成电路作为逻辑元件，使用范围更广，尤其是一些小型计算机在程序设计技术方面形成了三个独立的系统：操作系统、编译系统和应用程序，总称为软件。值得一提的是，操作系统中“多道程序”和“分时系统”等概念的提出，结合计算机终端设备的广泛使用，使得用户可以在自己的办公室或家中使用远程计算机。

第四代：大规模集成电路计算机
1971年发布的 INTEL4004，是微处理器（CPU）的开端，也是大规模集成电路发展的一大成果。INTEL4004用大规模集成电路把运算器和控制器做在一块芯片上，虽然字长只有4位、且功能很弱，但它是第四代计算机在微型机方面的先锋。
1972-1973年，8位微处理器相继问世，最先出现的是INTEL8008。尽管它的性能还不完善，仅展示了无限的生命力，驱使众多厂家技人竞争，微处理器得到了蓬勃的发展。后来出现了INTEL8080、MOTOROLA6800和ZILOG公司的Z-80。
1978年以后，16位微处理器相继出现，微型计算机达到一个新的高峰，典型的代表有INTEL8086．ZILOG公司的Z-8000和MOTOROLA公司的MC。
INTEL公司不断推进着微处理器的革新。紧随8086之后，又研制成功了。、、奔腾（PEN－TIUM）、奔腾二代（PENTIUMⅡ）和奔腾三代（PENIUMⅢ)。
个人电脑（PC）不断更新换代，日益风靡世界（图3-1、图3-2）。第四代计算机以大规模集成电路作为逻辑元件和存储器，使计算机向着微型化和巨型化两个方向发展。
从第一代到第四代，计算机的体系结构都是相同的，即都由控制器，存储器，运算器和输入输出设备组成，称为冯·诺依曼体系结构.

第五代 智能计算机
1981年,日本东京召开了一次第五代计算机---智能计算机研讨会,随后制定出研制第五代计算机的长期计划.第五代计算机的系统设计中考虑了编制知识库管理软件和推理机,机器本身能根据存储的知识进行判断和推理.同时,多媒体技术得到广泛应用,使人们能用语音,图像,视频等更自然的方式与计算机进行信息交互。
智能计算机的主要特征是具备人工智能，能像人一样思维，并且运算速度极快，其硬件系统支持高度并行和快速推理，其软件系统能够处理知识信息。神经网络计算机（也称神经计算机）是智能计算机的重要代表。

第六代：生物计算机
半导体硅晶片的电路密集，散热问题难以彻底解决，大大影响了计算机性能的进一步发挥与突破。研究人员发现，遗传基因——脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋结构能容纳巨量信息，其存储量相当于半导体芯片的数百万倍。一个蛋白质分子就是一个存储体，而且阻抗低、能耗少、发热量极小。
基于此，利用蛋白质分子制造出基因芯片，研制生物计算机（也称分子计算机、基因计算机），已成为当今计算机技术的最前沿。生物计算机比硅晶片计算机在速度、性能上有质的飞跃，被视为极具发展潜力的“第六代计算机”。

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如何辨别南北桥芯片

用功能辨别南桥芯片和北桥芯片:北桥 它主要负责CPU与内存之间的数据交换，并控制AGP、PCI数据在其内部的传输，是主板性能的主要决定因素。 随着芯片的集成度越来越高，它也集成了不少其它功能。 如：由于Althon64内部整合了内存控制器；nVidia在其NF3 250、NF4等芯片组中，去掉了南桥，而在北桥中则加入千兆网络、串口硬盘控制等功能。 现在主流的北桥芯征的牌子有VIA、NVIDIA及SIS等。 当然这些芯片的好坏并不是由主板生产厂家所决定的，但是主板生产商采取什么样的芯片生产却是直接决定了主板的性能。 如：同样是采用VIA的芯片，性能上则有KT600>KT400A>KT333>KT266A等。 目前主流的AMD平台上，可选的芯片组有：KT600、NF2、K8T800、NF3等；对于INTEL平台，则有915、865PE、PT880、845PE、848P等。 南桥 南桥芯片主要是负责I/O接口等一些外设接口的控制、IDE设备的控制及附加功能等等。 常见的有VIA的8235、8237等；INTEL的有CH4、CH5、CH6等；nVIDIA的MCP、MCP-T、MCP RAID等。 在这部分上，名牌主板与一般的主板并没有很大的差异，但是名牌主板凭着其出色的做工，还是成为不少人的首选。 而不排除一部分质量稍差的主板为了在竞争中取得生存，可能会采用功能更强的南桥以求在功能上取胜。 用芯片在主版上的位置辨别南桥芯片和北桥芯片:北桥芯片就是位于和CPU插槽附近的一块芯片，其上面一般都覆盖了散热片 ==================== 南桥芯片（South Bridge）是主板芯片组的重要组成部分，一般位于主板上离CPU插槽较远的下方，PCI插槽的附近，这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。 相对于北桥芯片来说，其数据处理量并不算大，所以南桥芯片一般都没有覆盖散热片。 南桥芯片不与处理器直接相连，而是通过一定的方式（不同厂商各种芯片组有所不同，例如英特尔的英特尔Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded“妙渠”）与北桥芯片相连。 南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等，这些技术一般相对来说比较稳定，所以不同芯片组中可能南桥芯片是一样的，不同的只是北桥芯片。 所以现在主板芯片组中北桥芯片的数量要远远多于南桥芯片。 例如早期英特尔不同架构的芯片组Socket 7的430TX和Slot 1的440LX其南桥芯片都采用AB，而近两年的芯片组845E/845G/845GE/845PE等配置都采用ICH4南桥芯片，但也能搭配ICH2南桥芯片。 更有甚者，有些主板厂家生产的少数产品采用的南北桥是不同芯片组公司的产品，例如以前升技的KG7－RAID主板，北桥采用了AMD 760，南桥则是VIA 686B。 南桥芯片的发展方向主要是集成更多的功能，例如网卡、RAID、IEEE 1394、甚至WI-FI无线网络等等。 北桥芯片（North Bridge）是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称为主桥（host Bridge）。 一般来说，芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的，例如英特尔 845E芯片组的北桥芯片是E，875P芯片组的北桥芯片是P等等。 北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存、AGP数据在北桥内部传输，提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率、内存的类型（SDRAM，DDR SDRAM以及RDRAM等等）和最大容量、AGP插槽、ECC纠错等支持，整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。 北桥芯片就是主板上离CPU最近的芯片，这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能而缩短传输距离。 因为北桥芯片的数据处理量非常大，发热量也越来越大，所以现在的北桥芯片都覆盖着散热片用来加强北桥芯片的散热，有些主板的北桥芯片还会配合风扇进行散热。 因为北桥芯片的主要功能是控制内存，而内存标准与处理器一样变化比较频繁，所以不同芯片组中北桥芯片是肯定不同的，当然这并不是说所采用的内存技术就完全不一样，而是不同的芯片组北桥芯片间肯定在一些地方有差别。 满意请采纳