并行硬件技术概览：多处理器、超线程、双核、多核与FPGA

并行硬件正在成为计算机处理技术中广为应用的一部分。本文将为您讲解当今市场所提供的常见并行硬件架构之间的差别，包括多处理器、超线程、双核、多核和FPGA等。

目录

多处理器（Multiprocessor）

超线程

双核与多核处理器

FPGA

LabVIEW如何对并行硬件进行编程

多处理器（Multiprocessor）

多处理器（Multiprocessor）系统由不同芯片上的多个处理器组成。多处理器系统因IT服务器的应用在上世纪九十年代得以普及。在当时，它们是可以插入机架服务器的处理器主板。现在，多处理器系统可以构建在同一块电路板上，处理器之间通过一个高速通信接口连接。



图1。多处理器系统具有远程互联结构的独立高速缓存与MMU内存管理单元。
多处理器系统的复杂度低于多核系统，因为它们本质是互连在一起的单芯片CPU。多处理器系统的不足在于其高昂的价格，因为它们需要多个芯片，这比单芯片解决方案要昂贵得多。

超线程

超线程是由Intel公司引入的一项技术，其主要目的在于改善对多线程代码的支持。奔腾4处理器就是一例实现超线程技术的CPU。

双核与多核处理器

双核处理器是指单个芯片上有两个CPU，而多核处理器则是指在单个芯片上包含任意多个（如2、4或8）CPU的处理器。多核处理器的挑战在于软件开发部分。系统性能提升的多少直接与通过多线程编程源代码的并行程度有关。



图2。多核处理器共享具有短程互联结构的高速缓存和MMU内存管理单元。

FPGA

FPGA（现场可编程门阵列）是一种由逻辑门组成的硅片，被视为具有极佳并行处理能力的硬件设备，非常适合高性能计算与海量数据处理，如数字信号处理（DSP）应用。FPGA的运行时钟低于微处理器，但功耗较高。



图3。 FPGA，逻辑单元、可编程互联、I/O模块
FPGA是由三个基本组件构成的可编程芯片。首先，在逻辑模块中，数据被计算并处理以得到分析结果。其次，通过将信号从一个逻辑单元路由至下一个单元的可编程互联，实现逻辑组块的互相联通。第三，I/O组块与芯片的管脚相连，以提供与外围电路的双向通信。

由于FPGA以并行的方式运行，所以它支持用户创建任意多的任务专用核，所有这些任务专用核以类似于并行电路的方式运行于FPGA芯片中。FPGA逻辑门的并行特质支持非常高的数据吞吐量，更是远胜于与其相对应的微处理器。