超线程技术，也被称为Hyper-Threading或者同时多线程技术（Simulate MultiThreading，简称SMT），可以让单个物理CPU核心看起来像两个或者多个独立的处理器。这样，处理器可以同时处理多个任务，大大提高了CPU的使用效率。
历史上很多的CPU都应用了超线程技术，比如我这里有个多核的Intel处理器，它的内核是6个，也就是有6个物理CPU核心，但是它的逻辑处理器有12个，这就是使用了超线程技术，将每个物理CPU核心虚拟成了两个逻辑CPU核心。大家可以打开自己的Windows任务管理器看看自己的CPU是不是超线程的。
本文将从超线程技术的历史谈起，然后介绍其实现方式和优缺点，让大家有个完整的认识。
历史
首先，我们来回顾一下超线程技术的历史。 早在1973年，Edward S. Davidson和Leonard. E. Shar就在一篇论文中首次描述了通用处理器中的超线程技术。
1982年，Denelcor公司在异构元素处理器（EHP）中引入了多线程技术，它允许当一个进程的指令阻塞时，另一个进程可以继续使用这个pipeline。
1994年，Sun公司的Kenneth Okin获得了超线程技术的美国专利，但由于当时的CMOS工艺技术还不够先进，所以无法经济高效地实现超线程。
2002年，Intel在Xeon和Pentium 4处理器上开始引入超线程技术，并逐步发扬光大。
然而2013年，英特尔在Silvermont处理器内核中放弃了SMT，转而支持无序执行，因为这种方式在处理器内核数量较少时，性能更好，能效更高。
2019年，随着Coffee Lake的出现，除了最高端的Core i9部件或Pentium Gold CPU，Intel开始不再在主流Core i7桌面处理器中使用超线程技术。同时，由于新的CPU漏洞攻击的出现，Intel建议在多租户或者高安全要求的情况下禁用超线程技术。
实现方式
那么，超线程技术是如何实现的呢？
在超线程技术中，一个物理CPU核心被伪装成两个以上的逻辑CPU核心，看起来就像多个CPU在同时执行任务。这是通过在一个物理核心中创建多个线程实现的，每个线程都有自己的PC寄存器、指令寄存器和条件码寄存器。当线程A的指令停顿的时候，物理CPU核心的译码器和算术逻辑单元（ALU）就会空出来，这时线程B就可以运行自己的指令。这样就可以提高CPU的利用效率。
就像下面这条路，很笔直，但是总是空荡荡的，我们给它引入两个入口，把更大范围的车辆引入进来，提到了道路的使用效率。
图片来源：pixabay.com/zh/photos/f...
需要注意的是，如果译码器和ALU也是双份的，那么这就是真正的多个CPU核心了，不能称为超线程技术。
注意超线程技术与编程语言中的线程是不同层面上的两个东西。本文主要讲解的超线程技术是CPU硬件层面上的概念。而编程中的线程，是操作系统级别的概念，是软件层面上的概念。
编程中的线程技术，是通过编程语言的API创建和管理线程，让一个程序可以同时执行多个任务。此时，操作系统负责调度各个线程的执行，当一个线程阻塞时，可以切换到另一个线程继续执行，从而提高程序的响应性和并发性。
CPU超线程技术与操作系统线程技术一起工作，可以使计算机系统在硬件和软件两个层面上都实现并行处理，进一步提高计算性能。
优缺点
超线程技术的效果如何呢？
首先，它非常适合运行内存IO密集而非计算密集的应用程序，因为IO操作会有更多的等待时间可以被利用。大多数的业务服务程序都属于IO密集型程序，因为这种程序中主要的逻辑就是读写数据库、访问远程接口，所以服务器一般都会启用CPU超线程。
据Intel称，Pentium 4应用超线程技术后，虽然CPU多使用了5%的芯片面积，但性能却提高了15%-30%。
然而，超线程也有其弊端，例如，它会导致总体延迟的增加、能耗的增加以及CPU缓存的抖动。吞吐量能否提升和应用程序的计算类型密切相关。
此外，超线程技术还存在安全风险。比如恶意程序可以通过测量自己的执行时间，实现监视同一个核心上其他线程的内存访问情况，从而达到窃取加密信息的目的。
总的来说，超线程技术是一种提高计算机处理能力的有效手段，但它也有可能带来性能下降、能耗增加和安全风险等问题，同时随着其它优化技术的发展，我们也有了更多的选择来提升CPU等使用效率。因此，我们在使用超线程技术时，需要根据实际情况进行权衡。
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