CPU的超線程技術

CPU生產商為了提高CPU的性能，通常做法是提高CPU的時鐘頻率和增加緩存容量。不過目前CPU的頻率越來越快，如果再通過提升CPU頻率和增加緩存的方法來提高性能，往往會受到制造工藝上的限制以及成本過高的制約。

　　盡管提高CPU的時鐘頻率和增加緩存容量后的確可以改善性能，但這樣的CPU性能提高在技術上存在較大的難度。實際上在應用中基于很多原因，CPU的執行單元都沒有被充分使用。如果CPU不能正常讀取數據（總線/內存的瓶頸），其執行單元利用率會明顯下降。另外就是目前大多數執行線程缺乏ILP（Instruction-Level Parallelism，多種指令同時執行）支持。這些都造成了目前CPU的性能沒有得到全部的發揮。因此，Intel則采用另一個思路去提高CPU的性能，讓CPU可以同時執行多重線程，就能夠讓CPU發揮更大效率，即所謂“超線程（Hyper-Threading，簡稱“HT”）”技術。超線程技術就是利用特殊的硬件指令，把兩個邏輯內核模擬成兩個物理芯片，讓單個處理器都能使用線程級并行計算，進而兼容多線程操作系統和軟件，減少了CPU的閑置時間，提高的CPU的運行效率。

　　采用超線程及時可在同一時間里，應用程序可以使用芯片的不同部分。雖然單線程芯片每秒鐘能夠處理成千上萬條指令，但是在任一時刻只能夠對一條指令進行操作。而超線程技術可以使芯片同時進行多線程處理，使芯片性能得到提升。

　　超線程技術是在一顆CPU同時執行多個程序而共同分享一顆CPU內的資源，理論上要像兩顆CPU一樣在同一時間執行兩個線程，P4處理器需要多加入一個Logical CPU Pointer（邏輯處理單元）。因此新一代的P4 HT的die的面積比以往的P4增大了5%。而其余部分如ALU（整數運算單元）、FPU（浮點運算單元）、L2 Cache（二級緩存）則保持不變，這些部分是被分享的。

　　雖然采用超線程技術能同時執行兩個線程，但它并不象兩個真正的CPU那樣，每個CPU都具有獨立的資源。當兩個線程都同時需要某一個資源時，其中一個要暫時停止，并讓出資源，直到這些資源閑置后才能繼續。因此超線程的性能并不等于兩顆CPU的性能。

　　英特爾P4 超線程有兩個運行模式，Single Task Mode（單任務模式）及Multi Task Mode（多任務模式），當程序不支持Multi-Processing（多處理器作業）時，系統會停止其中一個邏輯CPU的運行，把資源集中于單個邏輯CPU中，讓單線程程序不會因其中一個邏輯CPU閑置而減低性能，但由于被停止運行的邏輯CPU還是會等待工作，占用一定的資源，因此Hyper-Threading CPU運行Single Task Mode程序模式時，有可能達不到不帶超線程功能的CPU性能，但性能差距不會太大。也就是說，當運行單線程運用軟件時，超線程技術甚至會降低系統性能，尤其在多線程操作系統運行單線程軟件時容易出現此問題。

　　需要注意的是，含有超線程技術的CPU需要芯片組、軟件支持，才能比較理想的發揮該項技術的優勢。操作系統如：Microsoft Windows XP、Microsoft Windows 2003，Linux kernel 2.4.x以后的版本也支持超線程技術。目前支持超線程技術的芯片組包括如：

Intel芯片組：
　　845、845D和845GL是不支持支持超線程技術的；845E芯片組自身是支持超線程技術的，但許多主板都需要升級BIOS才能支持；在845E之后推出的所有芯片組都支持支持超線程技術，例如845PE/GE/GV以及所有的865/875系列以及915/925系列芯片組都支持超線程技術。

VIA芯片組：
　　P4X266、P4X266A、P4M266、P4X266E和P4X333是不支持支持超線程技術的，在P4X400之后推出的所有芯片組都支持支持超線程技術，例如P4X400、P4X533、PT800、PT880、PM800和PM880都支持超線程技術。

SIS芯片組：
　　SIS645、SIS645DX、SIS650、SIS651和早期SIS648是不支持支持超線程技術的；后期的SIS648、SIS655、SIS648FX、SIS661FX、SIS655FX、SIS655TX、SIS649和SIS656則都支持超線程技術。

ULI芯片組：
　　M1683和M1685都支持超線程技術。

ATI芯片組：
　　ATI在Intel平臺所推出的所有芯片組都支持超線程技術，包括Radeon 9100 IGP、Radeon 9100 Pro IGP和RX330。

nVidia芯片組：
　　即將推出的nForce5系列芯片組都支持超線程技術。