Intel - следствия революции

Евгений Рудометов

authors@rudometov.com

Развитие полупроводниковых и компьютерных технологий, разработка новых микроархитектур и выпуск многоядерных процессоров способствовали развитию разных секторов компьютерного рынка

Революция, о которой так долго говорили специалисты, произошла. Произошла быстро и в какой-то степени неожиданно. Тактовая частота перестала быть единственным критерием совершенства процессоров. К этому важному параметру добавились число ядер и энергоэкономичность. И как предупреждают производители процессоров, данные показатели будут расти сравнительно быстро. И действительно, не успели утихнуть эмоции по поводу выпуска первых двухъядерных изделий, а компания Intel уже представила первые четырехъядерные модели. Это позволяет говорить о новой редакции закона Мура, оперирующего уже не отдельными элементами, а целыми системами, помещенными в общий корпус чипа. Но известный закон – не единственное следствие развития технологий и реализации многоядерности. Соответствующие изменения коснулись всей компьютерной отрасли.

Многие нововведения были анонсированы на прошедшем сравнительно недавно в Сан-Франциско IDF (Intel Developer Forum). Информация, озвученная на этом Форуме, еще долго будет будоражить общественность, поскольку дает ориентиры развитию всей компьютерной отрасли. Именно поэтому целесообразно напомнить и обобщить некоторые факты, озвученные ведущими специалистами, включая президента и главного исполнительного директора Intel Пола Отеллини (Paul S. Otellini), старшего заслуженного инженера-исследователя Intel, руководителя подразделения Corporate Technology Group и главного директора Intel по технологиям Джастина Раттнера (Justin R. Rattner), а также ряда вице-президентов корпорации Intel.

В докладах было подчеркнуто, что основа всех достижений — технологии, развитие которых является первостепенной задачей. Существующий процесс с масштабом 65 нм уже в следующем году начнет вытесняться 45 нм техпроцессом (сумма инвестиций $9 млрд.). Корпораций Intel подготовлено 15 новых моделей процессоров для настольного, мобильного и серверного секторов. Двухъядерные модели Intel Pentium D и стремительно сменяющие их Intel Core 2 Duo (за первые 60 дней было продано более 5 млн. процессоров) получат свое развитие в 4-ядерных изделиях, выпуск которых стал реальностью благодаря проводимым исследованиям, развитию ядерных микроархитектур и полупроводниковых техпроцессов.  

На IDF был отмечен прогресс в  технологи «растянутого» кремния. Как известно, текущее поколение обеспечило почти 30% производительности и пятикратное снижение тока по сравнению с предыдущим 90 нм поколением, а третье (45 нм) обеспечит до 20 процентов прироста производительности и снижение тока утечки до пяти раз по сравнению с существующим 65 нм.

Прогресс в технологиях и новые разработки обеспечат дальнейший рост производительности и снижение энергопотребления. Как ожидается, переход от существующей процессорной микроархитектуры Intel Core (2006 г), воплотившейся в процессорах линейки Intel Core 2 Duo, к будущим Nehalem (2008 г) и Gesher (2010 г) приведет к росту показателя производительности на ватт более чем в 3 раза.

Фото 1. Эволюция микроархитектуры

Данный значительный прогресс будет достигнут благодаря четкой последовательности действий, предусматривающих двухлетний период в развитии полупроводниковых техпроцессов и микроархитектур. Так существующая IntelCore, отлаженная на 65 нм и реализованная в мобильном ядре Merom, настольном Conroe и серверном Woodcrest, будет переведена на 45 нм. Только после этого будет осуществлен переход на следующее поколение процессорной микроархитектуры, для реализации которой предусмотрены техпроцессы 45 и 32 нм, и т. д. Это обеспечит преемственность, стабильность и необходимый темп прогресса, результатом которых будут новые серверные, настольные и мобильные системы.

В 2007 году увидит свет мобильная платформа Santa Rosa, которая реализует следующее поколение Centrino. В данной платформе будут применяться мобильный вариант двухъядерного  Intel Core 2 Duo (Merom), поддержанный соответствующим чипсетом, модуль более быстрой беспроводной связи, поддерживающий спецификацию IEEE802.11n (в пять раз быстрее IEEE802.11g — около 300 Мбит/с), NAND флэш-память. Будут использоваться новые разработки в области безопасности и управления, а также следующее поколение встроенной графики. Указанные средства призваны увеличить производительность при низком энергопотреблении и существенно расширить функциональные возможности ноутбука. Часто используемая информация должна храниться в модуле флэш-памяти, что уменьшит время загрузки программ и данных и сократит число обращений к накопителю на жестких магнитных дисках (технология Robson). Данная технология дополнительно сократит энергопотребление и увеличит время автономной работы.

К слову сказать, время автономной работы становится чрезвычайно важным параметром среди мобильных устройств, к которым относятся компьютеры UMPC, представляющие собой сверхкомпактные компьютеры. Они по весу и габаритам занимают промежуточное положение между ноутбуками и КПК. Их архитектура предусматривает использование ULV-моделей  процессоров Intel Pentium M/Celeron M, что обеспечивает программную совместимость с традиционными компьютерами. Однако первые варианты UPMC не обеспечивали приемлемых уровней цены и времени автономной работы. Улучшить данные показатели позволит процессор с кодовым именем Steeley, который будет выпущен уже в следующем году. Его энергопотребление по сравнению c существующим Intel Pentium M ULV будет снижено в два раза, а в 2008 году — в десять раз.

Как предполагается, в дальнейшем степень интеграции процессора будет повышена за счет интегрирования элементов, которые в настоящее время выполнены отдельно. Это позволит снизить цены моделей UMPC до уровня $500-700 уже в 2008 году. Остается добавить, что UMPC будут иметь в своем составе разнообразные средства беспроводной передачи данных, что вместе с низкой ценой позволит данным устройствам потеснить High End КПК. В дальнейшем же многоядерные структуры появятся и в этом виде компьютеров. Что же касается устройств Low End, то для этого сектора также со временем будут созданы соответствующие недорогие модели. Они будут отличаться от своих старших прототипов меньшим набором элементов и функциональных возможностей.

В настоящее же время на роль компьютера начального уровня может претендовать устройство, созданное для целей образования, как альтернатива известному проекту OLPC (One Laptop Per Child, «Каждому ребенку по ноутбуку»). Прототип устройства от Intel, получивший наименование Classmate PC, был продемонстрирован президентом Полом Оттелини (фото 2).

Фото 2. Президент Intel Пол Оттелини демонстрирует Classmate PC

Основой архитектуры являются процессор Intel Celeron M и чипсет 915GMS, память представлена модулями 256 Мбайт DDR2 и 1 Гбайт флэш-модулем (вместо HDD), ЖК-дисплей с разрешением 800х480, аккумулятор — литий-ионный, операционная система — сокращенная версия Windows, ориентировочная цена — $400. Данный проект считается завершенным, массовое производство планируется развернуть в начале 2007 г. В дальнейшем не исключено снижение цены и/или расширение функциональных возможностей благодаря развитию технологий и новым разработкам.

Следует отметить, что перспективным разработкам в корпорации Intel уделяется всегда повышенное внимание. Иногда анонсируемые планы настолько революционны, что в их реализацию трудно поверить. Именно поэтому достаточно часто в докладах присутствовали демонстрации. Часть из них касалось серверных решений, основу которых составляют многоядерные процессоры Intel Itanium и Xeon. Так, например, этим летом Intel начал продажи двухъядерных Intel Xeon 5200, и на момент IDF было продано около 1 млн. процессоров. Не менее интересны элементы и технологии, массовое внедрение которых ожидается через несколько лет. Так в качестве примера во многом неожиданного события можно привести восьмидесятиядерный процессор (Фото 3).

Фото 3. Президент Intel Пол Оттелини демонстрирует пластину с кристаллами 80-ядерных процессоров

Тактовая частота 80-ядерного процессора — 3,1 ГГц. Суммарная производительность такого суперкомпьютера, реализованного на одном кристалле, составляет 1 ТFLOP (1 терафлоп — 1 000 000 000 000 операций с плавающей точкой). Столь большая производительность требует соответствующего окружения. Например, предложено совмещать такие ядра с элементами памяти, расположенными в непосредственной близости от них. Как пример, под ядрами — по 256 Мбайт SRAM на каждое ядро. Это обеспечит высокую скорость передачи данных. Для связи же с другими элементами системы требуются линии с адекватной пропускной способностью. Провода здесь уже не годятся. На эту роль может претендовать свет, точнее оптические лазеры. На предыдущих IDF исследователи корпорации Intel уже демонстрировали перспективные оптические элементы. Тогда это были усилители, модуляторы, коммутаторы и смесители. Все это многообразие оптических элементов могло быть интегрировано в состав единого полупроводникового кристалла, основу которого составлял кремний. Однако лазер был либо внешний, либо гибридный. В этот раз было продемонстрировано готовое интегральное многоканальное решение, которое, кстати, имело пропускную способность 1 Тбит/с.

Остается добавить, что, несмотря на сенсационность 80-ядерного процессора, его серийный выпуск прогнозируется уже через пять лет, а может быть, как считают некоторые специалисты Intel, даже и раньше. Что же касается кремниевых лазеров с электрической накачкой, интегрированных в полупроводниковые кристаллы, то их массовое внедрение произойдет существенно раньше указанного процессора. Серийный же выпуск оптических систем будут определять потребности рынка, как, впрочем, и других не менее интересных решений из области элементов, технологий и готовых решений.

В заключение следует напомнить, что большинство из описанных нововведений можно рассматривать, как следствие развития полупроводниковых технологий и компьютерных архитектур. Именно они привели к разработке и выпуску многоядерных процессоров, появление которых способствовало реализации многих интересных решений. Более того, новые технологии и новые модели процессоров явились сильным стимулом развития разных отраслей компьютерного рынка.

Некоторые из самых любопытных технологий и устройств, представленных на прошедшем IDF, будут описаны в следующих статьях.