虚拟化与云计算硬核技术内幕 (1) —— 睿频与精酿

2022-09-08 16:37:10 浏览数 (1)

我们在这个专题的开篇语中提到了,Intel从上世纪90年代起,就一直有打败四大恶龙,颠覆企业级服务器市场的梦想,并从1995年起付诸实践,推出的Pentium Pro,XEON等处理器将处理器的性能一路提升,然而,离真正的企业级应用还差最后一层窗户纸——这就是虚拟化。

为什么要使用虚拟化技术呢?

这要从计算机的基本原理讲起

我们知道,每一台计算机都由计算逻辑处理器、控制器和存储器组成,而CPU集成了计算逻辑处理器(ALU)以及总线的控制器,在Intel的Core(酷睿)处理器中,甚至集成了DRAM控制器和一个小型的GPU,使得CPU成为了一个庞大而有序运转的体系。

CPU的有序运转,都依赖于统一的节拍——这就是所谓的系统主频。它由石英晶体振荡器产生。

图中这个长宽仅2毫米的东西,就是石英晶体振荡器。它等效于下图的这个电路:

有着电路分析理论基础的同学很容易看出,这个电路只在特定的频率有着最小的阻抗(接近于0),只要频率偏离1%,电路的阻抗就上升数十倍甚至数百倍。因此,它可以帮助正反馈电路选择出单一的频率成分,让震荡电路为整个计算机系统输出稳定的时钟脉冲,整个计算机系统在时钟脉冲的指挥下有序协作。被送到CPU的时钟脉冲的频率,就是所谓的CPU主频。

以上这段在386和486时代是成立的。1992年,Intel为了应对AMD的竞争,对486处理器进行了改进,推出了486DX2处理器。在486DX2中,可以在总线频率不变的情况下,CPU的频率为总线频率的2倍。从此,总线频率被称为“基频”,而CPU频率除以总线频率的倍数被称为“倍频”。(如何实现倍频是一个好玩的话题,我们将在未来的计算机底层硬件专题中详细揭秘)。在现在的计算机中,CPU的频率一般为基频的20倍以上。

一部分计算机高级玩家们发现了CPU倍频的秘密后,问自己一个问题:能不能通过增加倍频的倍数,使得自己购买的CPU运行在更高的频率下,从而提升计算机的性能呢?玩家们通过对计算机主板线路的改造,甚至使用铅笔和指甲油一类的道具(想一想,这两种道具的作用是什么),还真的实现了让CPU的工作频率高于标称的频率。这种行为被称为超频。

显然,超频这种行为影响到了Intel为代表的CPU 制造商的利益。Intel曾经想利用技术手段限制超频,但在长期的实践中,Intel觉得,堵不如疏,如果以官方认可的超频代替民间自发的超频行为,实际上是双赢的选择。

因此,Intel推出了一项新的技术——睿频。

什么是睿频呢?让我们讲一个故事。

方老师的迷弟小Q,作为年轻人,不讲武德,把方老师忽悠去喝精酿导致方老师第二天整个人都不好了。小Q有一天问:方老师,什么是睿频?

方老师心生一计,说:走,咱们去深南大道那边的体育场跑步~

两个人先以2分钟一圈的速度跑了3圈,小Q觉得,这很轻松啊!

方老师说,咱们快点?然后加速到1分40秒一圈。

小Q跑了半圈以后,就觉得hold不住了,要么减速,要么心脏就要爆了。小Q吐着舌头喊:慢点儿,慢点儿。。。

方老师跑了10公里以后,看见小Q坐在跑道旁边吐着舌头喘气,问小Q:

你看,你2分钟一圈的速度可以一直跑,但加速到1分40秒一圈的时候只能跑半圈就得被迫降速回去了,是吧?

小Q说不出话,只是点了点头。

方老师说:

CPU也有这个功能,比如Intel至强5218R,最高频率可以到4.0GHz,但不能长期工作,正常情况下还是得在主频2.1GHz下工作。超到4.0GHz这个行为,就叫做睿频。

小Q问:那,为什么CPU不能在高频率下长期工作呢?

方老师笑了:这个问题下期告诉你。

想提前知道的同学可以去找小Q同学PK喝精酿啤酒。

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