04 | 穿越功耗墙，我们该从哪些方面提升“性能”？

精选留言(79)

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  pyhhou

  对于思考题：
          * 加速大概率事件
            通常我们使用 big-O 去表示一个算法的好坏，我们优化一个算法也是基于 big-O，但是 big-O 其实是一个近似值，就好比一个算法时间复杂度是 O(n^2) + O(n)，这里的 O(n^2) 是占大比重的，特别是当 n 很大的时候，通常我们会忽略掉 O(n)，着手优化 O(n^2) 的部分
  
          * 通过流水线提高性能
          能够想到的是任务分解，把一个大的任务分解成好多个小任务，一般来说，分的越细，小任务就会越简单，整个框架、思路也会变得更加清晰
  
          * 通过预测提高性能
          常常在计算近似值的时候，例如计算圆周率，我们可以根据条件预设立一个精确率，高过这个精确率就会停止计算，防止无穷无尽的一直计算下去；另外就是深度优先搜索算法里面的 “剪枝策略”，防止没有必要的分支搜索，这会大幅度提升算法效率

  作者回复: 👍算法的例子举得很好，剪枝策略的例子也很好。
  
  不过流水线和圆周率的例子不太好，可以再想想。

  2019-05-01

   2

   24
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  活的潇洒

  通读三遍全文，花了3个多小时做了笔记链接如下：
  https://www.cnblogs.com/luoahong/p/10800379.html

  作者回复: 👍感谢分享给大家

  2019-05-01

   2

   22
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  大熊

  重新学习后，我又来了……
  1. 加大概率事件：
     缓存机制，提高平均概率下的性能；
     运行时编译热点代码的机制；
     Spring框架使用的单例模式（个人还不确定）；
  
  2. 通过流水线提高性能：
     工作中可以尝试把一个大规模的SQL分成几个规模适当的小SQL进行执行；
     并发编程；
  
  3. 通过预测提高性能：
     以前有的软件安装的时候，有一秒就安装好的感觉，之前我就在想，是不是我选择完安装路径之后，就已经开始有预安装的操作了；
     使用chrome在打开几个tab页的情况下，直接关闭浏览器，再次打开浏览器之前强制关闭的tab页直接默认打开的操作（不知道是否属于预测，预测我还是需要这几个页面）；
     在自己练习的博客中，多张图片在上传的时候，先让图片及时上传并处于“预删除”状态，待点击提交之后，才让现有的图片变成保存的状态。
     热点数据、常用的固定数据，可以先保存在redis等缓存中，等到需要的时候先从缓存中获得，如果获取失败再去查询数据库

  作者回复: 👍你学得非常认真努力，给大家做了一个好榜样。

  2019-05-07

  

   21
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  须臾即

  有两个问题没想明白：
  1.增加晶体管怎么提高运算速度？
  提高主频好理解，计算的频繁一些，增加晶体管是干了什么，增加计算单元么，或者说是增加流水线控制单元。
  2.cpu的电压是受了什么因素限制的？
  既然电压低功耗低，那么各厂商应该都想把电压做的越低越好，现实是不容易办到，是哪些因素限制的？

  作者回复: 须臾即他9同学你好
  增加晶体管可以增加硬件能够支持的指令数量，增加数字通路的位数，以及利用好电路天然的并行性，从硬件层面更快地实现特定的指令，所以增加晶体管也是常见的提升cpu性能的一种手段。
  电压的问题在于两个，一个是电压太低就会导致电路无法联通，因为不管用什么作为电路材料，都是有电阻的，所以没有办法无限制降低电压，另外一个是对于工艺的要求也变高了，成本也更贵啊。

  2019-05-01

  

   20
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  Seventy、

  老师您好，有个疑问，上节课我们讲过“程序运行CPU执行时间 = 指令数 * CPI * 时钟周期时间(Clock Cycle Time)”，而这节中提到增加晶体管数量会提升CPU性能，请问"晶体管数量"与上面的公式有什么关系呢？ 还是说晶体管数量会影响上面公式的三个部分中的哪一部分？？ 盼老师答复。

  作者回复: 增加晶体管数量，其实是通过提供更复杂的电路支持更多的“指令”。也就会减少运行同样程序需要的指令数。
  打个比方，比如我们最简单的电路可以只有加法功能，没有乘法功能。乘法都变成很多个加法指令，那么实现一个乘法需要的指令数就比较多。但是如果我们增加晶体管在电路层面就实现了这个，那么需要的指令数就变少了，执行时间也可以缩短。

  2019-05-11

   1

   11
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  JiangPQ

  关于这一课的组织结构上一点建议：
  
  1. 在电路设计上，并行和流水线通常是相互配合同时存在的，但是老师在讲述时将这两点分离了，我个人感觉会让不懂电路设计的读者会产生困惑。
  
  2. 切流水线的意思是在电路的关键路径中的特定位置处插入寄存器，用空间换时间，使得切分后的关键路径的每一段具有更短的执行时间，但在总体上看单条指令的总体运行时间并不会减少。在切流水线后，电路可以使用更高的时钟频率，所以其主要目的还是在于提高主频。在文中“也是现代 CPU 在主频没有办法提升那么多的情况下，性能仍然可以得到提升的重要原因之一”的表达似乎不是那么精确。
  
  我的理解可能也有不准确的地方，还麻烦老师指正。
  
  前两天搞毕设，天天就是并行流水的捣腾，做硬件真的使人头秃...

  2019-05-11

   1

   4
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  莫问流年

  1.加速大概率事件
  各种缓存(内存缓存、CDN缓存)
  2.流水线
  并发编程、异步编程
  音视频播放器边播放边缓冲
  3.预测
  小说的下一页预加载
  电商大促的CDN预热

  作者回复: 几个例子举得都很好！而且和实践应用结合得也很好！

  2019-05-20

  

   3
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  arvin

  老师您好，两个问题没能理解。1：程序如何自动执行的。2，二进制概念的0和1计算机又是如何对应到高电压低电压的。

  作者回复: arvin你好，第一个问题我们会在讲解cpu的第一部分详细讲解。核心是一个时钟信号和一个自动计数器。
  第二个问题我们在后面讲电路的时候会介绍，可以认为就是电路的开闭。

  2019-05-11

  

   3
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  古夜

  打孔编程那里说得太简略了，而且，看题目的意思似乎是要从打孔编程讲起，然后一步步来说计算机怎么理解打孔，如何编译，如何运行的吧，感觉文章里写反了，是不是五一有点仓促了

  作者回复: 古夜同学你好，谢谢反馈。对于计算机如何编译运行，是一个挺复杂的话题了，恐怕一讲之内讲不清楚。这一讲的主要目标，还是让大家明白指令和机器码是怎么回事儿。
  
  关于计算机如何阅读指令运行的整理流程，会在17讲讲解CPU部分的时候做深入的剖析。

  2019-05-06

  

   3
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  KR®

  对于我这种小白来说，能啃完这些知识点要感谢初中物理老师为我打下的物理基础 哈哈,
  
  徐老师的讲解也太清晰了吧!!!
  能看懂跟得上节奏的感觉真好~
  
  还要感谢高阶的同学们，我没有开发经验，看文章时遇到一些专业名词会一脸懵, 好在高阶的同学会在答疑区提问互动, 看你们的提问和回答我都会有收获!

  作者回复: 👍谢谢支持，要坚持和大家多交流

  2019-05-02

  

   3
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  DreamItPossible

  手机跑分能作弊吗？怎么做？
  
  首先，要明确手机跑分的标准，即测量的是整体性能，比如响应时间，还是单项指标性能，比如文中提到的CPU时间，或者吞吐率等
  其次，手机跑分能作弊，以手机跑分测量的是程序运行的CPU时间为例，应用本文的原理：程序的CPU时间等于指令数乘以CPI乘以CPU周期，逐个来分析；
  
  由于手机跑分是用预设好的程序来运行，那么方法一：使用针对这些预设程序专门优化的编译器和汇编器，可以减少指令数；方法二：使用流水线、预测等技术，可以减小CPI；方法三：使用超频，可以在跑分时提高主频，减小CPU周期等
  
  作弊后的手机跑分还有参考意义吗？
  如果作弊的手机跑分是针对单项指标的话，而且你又关注的该单项指标，则有意义；
  如果你关注的是整体性能，那么参考意义不大；
  注意，要有局部视角和系统观。

  2019-06-27

  

   2
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  不记年

  作者大大，关于协程是流水线的问题其实我是这样想的，流水线的目的就是减少cpu空闲的电路， 尽量让cpu每一部分都工作起来。而协程的也是减少cpu空闲的时间，更好的利用cpu，感觉两者有异曲同工之妙就写下来啦

  作者回复: 赞思路，不过我觉得还是不太一样的。它更像“抢跑”而不像防止浪费和空闲。

  2019-05-10

  

   2
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  不记年

  加速大概率事件 优化工程中使用次数最多的算法
  流水线 协程
  预测 剪枝

  作者回复: 👍 关于协程是流水线能具体解释一下么？我没有太明白。

  2019-05-07

  

   2
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  Sunny

  为什么增加晶体管会使计算加快？

  作者回复: Sunny同学，
  
  你好，增加晶体管通常可以做到以下这些
  
  1. 设计了一个更复杂的电路，让原先软件执行的事情，直接通过硬件电路解决了。也就是在CPU里增加了新指令，自然同样的程序就运行得更快了。
  
  2. 同样功能的电路更多了，比如有了更多更大的寄存器，更多的可以并行的流水线，这样同样的指令可以同时运行不受限于有限的资源，也可以让程序算得更快。

  2019-08-20

  

   1
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  DreamItPossible

  性能提升的5个基本途径
  
  摩尔定律（主频）
  响应时间
  
  并行计算（多核）
  吞吐率
  Amdahl定律
  
  流水线法
  将CPU指令执行过程拆分，细化运行
  
  加速大概率事件
  
  预测法
  局部性原理，分支与冒险，热点数据缓存
  

  2019-06-27

  

   1
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  永涛

  没基础的只能看到这里，试了两遍了，可能需要硬着头皮往下看。一旦涉及到和程序相关就觉得困难。

  2019-06-06

  

   1
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  ginger

  哦对了,之前就听说,其实在淘宝买东西时候,页面显示购买成功了,其实并不是真正的成功过了,后台还有很多数据流程没有跑完,那么我觉得,这个一定是属于预测的,在我的提交动作触发之前,代码需要先确定我是一定鞥呢成功的,那么提交动作一旦触发,页面就会告诉我,成功了,但是实际上,还有很多事情在有条不紊的执行着.

  作者回复: 这个淘宝买东西和预测的关系不大，最多算是异步计算。

  2019-05-23

  

   1
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  ginger

  算法小白想到的预测例子:
      通过预测集合大小,来定义集合初始化容量.哈哈
      统计学中肯定有一些预测分析算法可以用到代码思路中.
      分支算不算就是一种预测.
      等以后学习了些法,我要再举一些例子出来.

  作者回复: 👍第一个例子不错

  2019-05-23

  

   1
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  ginger

  终于理解为什么很多笔记本会出低压版本了,原来是电压的平方和功耗是正比的,也就是电压的降低对于功耗来说,降低效益最好,还记得之前选笔记本时候,我发现几乎所有的超薄本,都是低压版本的.大致是因为超薄设计导致不能使用很"给力"的散热系统吧,所以通过低压来降低功耗,尽管低压也会让CPU性能有所下降.

  作者回复: 👍

  2019-05-23

  

   1
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  shark

  总结：
  性能提升上，参照上节的公式，首先还是提高主频，方法考虑提高晶体管密度，有缩小制程和提高电路性能，但这种硬件方式都会碰到功耗墙，一是晶体管所需的电压必须保证，二是密度大了功耗自然大了，我其实听我们老师说开始考虑3D电路了。之后解决方案是并行处理多核提高吞吐率。
   实际上现阶段的发展考虑的是以下三中，一是大概率计算的优化，感觉类似是简化cpi；二是预测结果，三是并行

  作者回复: 是的，比如最近比较热的RISC-V其实就是想让大家能根据自己的实际应用的Load在开源的指令集上去设计自己的CPU

  2019-05-19

  

   1