Тема беседы: «Многоядерная архитектура Intel и перспективы ее развития»
Выход на рынок семейства двухъядерных процессоров Intel Core2 Duo на базе новой микроархитектуры Intel Core в июле 2006 года радикально изменил баланс сил в споре сторонников развития многоядерных архитектур и скептиков, считающих, что сегодня раскрыть потенциал многоядерных решений не представляется возможным. Новая микроархитектура Intel, специально разработанная для производительных и энергоэффективных многоядерных решений, позволила существенно улучшить основополагающие характеристики компьютерных систем — при этом она продолжает развиваться. Сегодня Intel стоит на пороге выпуска новой линейки продуктов, разработанных с учетом всех самых современных достижений: нового 45-нм техпроцесса, новых транзисторов, новой, улучшенной микроархитектуры…
О том, в каком состоянии находится компьютерная индустрия в настоящее время, и что ее ожидает в самом ближайшем будущем, рассказывает Алексей Рогачков, ведущий специалист Intel по внедрению продукции.
Чтобы задать вопрос, необходимо было сформулировать его и оставить в виде одной из тем в специальном форуме нашей конференции.
Многие темы содержали в себе сразу несколько вопросов, которые зачастую, так или иначе, пересекались. Поэтому мы решили выделить вопросы в отдельные общие темы, а ссылки давать на наиболее характерные «топики» в конференции. Таким образом, многие читатели в ответах представителя Intel смогут найти ответ и на свой вопрос, даже если он был задан в другой ветке или другими словами.
1. Второе «пришествие» технологии Hyper-Threading, «обратный» Hyper-Threading, IDA
nexERR: Hyper-Threading в Nehalem и анти Hyper-Threading
Алексей Рогачков: Говоря о технологии Hyper-Threading, нельзя не вспомнить причины ее появления. Hyper-Threading в процессорах Intel® Pentium® 4 является частной реализацией подхода, именуемого Simultaneous Multi Threading (SMT). Внедрение технологии позволяет повысить эффективность работы процессора за счет нагрузки полезной работой простаивающих, фактически не используемых в конкретный момент времени, вычислительных блоков процессора. Добавляя сравнительно небольшое количество транзисторов для реализации Hyper-Threading, можно получить ощутимый прирост производительности. А это мечта любого человека, будь то экономист или инженер-разработчик — вложив немного, получить хорошую прибыль.
У Intel не было планов отказываться от реализации Multi Threading. Хорошей тому иллюстрацией может послужить реализация Hyper-Threading в процессорах семейства Intel® Itanium® 2 серии 9000, представленных через пару месяцев после появления процессоров на базе микроархитектуры Intel® Core™, где Hyper-Threading отсутствует. Поэтому вопрос о возрождении Hyper-Threading для Intel не стоял. Правильнее будет поставить вопрос о причинах отсутствия Multi Threading в микроархитектуре Intel® Core™.
Intel® Core™ — микроархитектура, которую многие окрестили революционной. Действительно, большое количество улучшений и инноваций сделали свое дело, подняв планку энергоэффективной производительности на новый уровень. Однако реализация любой технологии в кремнии требует немалого количества труда, средств и времени, в то время как рынок диктует свои условия по появлению готового продукта. Иными словами, можно было бы реализовать SMT и в Intel® Core™, но в этом случае потребовалось бы дополнительное время. Подобный простой исключался планом корпорации Intel по выпуску новых продуктов (roadmap), именно по этой причине мы, не исключено, увидим реализацию SMT в продуктах семейства Intel® Core™ несколько позже.
Вопрос о технологии, концептуально противоположной Hyper-Threading и ускоряющей однопоточные программы, имеет два варианта ответа.
Первый вариант — несколько сообщений в прессе о неподтвержденном нечто, именуемом Reverse HT, с последующим опровержением. Так как слух не подтвердился, не будем тратить на него время. Второй вариант — технология Intel® Dynamic Acceleration. Идея в том, что в случае исполнения однопоточного кода, незадействованное ядро двухъядерного процессора переходит в состояние пониженного энергопотребления. Так как тепловой пакет процессора рассчитывается, исходя из полноценной работы двух ядер, при спящем втором ядре возникает запас по тепловыделению. Этот запас используется на повышение коэффициента умножения активного ядра, увеличение частоты его работы и, как следствие, ускорение выполнения однопоточной программы в конечном итоге.
2. Количество ядер в будущих процессорах, ядра «в рассрочку», перепрограммируемые блоки
Vogt: Ядра в рассрочку
Алексей Рогачков: Количество ядер в процессорах будет увеличиваться. Сейчас сложно дать точный прогноз и указать год, месяц, и дату появления 32-, 64-, 128-ядерных процессоров в виду большого количества факторов, которые необходимо принимать во внимание. Однако с большой уверенностью можно сказать, что количественное увеличение будет сопровождаться и качественным изменением. Чем больше будет ядер, тем более простыми эти ядра будут с точки зрения реализации. Простые ядра проще разрабатывать, ими проще управлять, простое ядро выделяет меньше энергии. Простое ядро можно оптимизировать для конечного набора инструкций, тем самым повысив скорость выполнения часто используемых задач: графики, кодирования/декодирования, обработки сетевого трафика… Разумеется, специализированные ядра будут комбинироваться с ядрами общего назначения. Продавать ядра по отдельности пока не планировалось, но идея выделять некоторые ядра на служебные нужды, а некоторые оставлять в резерв на случай сбоя - рассматривается. В этом случае можно заменить сбойное ядро аналогичным из резерва совершенно прозрачно для пользователя.
Технологических сложностей при создании процессоров с большим количеством ядер нет, вопрос в поддержке программным обеспечением. Intel может уже сейчас выпустить процессор с множеством ядер, но такой продукт не будет сегодня востребован в виду отсутствия программ, которые смогут загрузить эти ядра работой. Поэтому мы считаем, что увеличение количества ядер должно идти постепенно, параллельно с развитием средств разработки программ, чтобы обеспечить прирост производительности от увеличенного количества ядер.
Что касается перепрограммируемых блоков, то этот подход используется Intel, например, во встроенной графике. В частности, графическое ядро GMA 3000, реализованное в чипсете Intel® G965, имеет восемь универсальных исполнительных блоков, способных справляться с различными задачами и поддерживающих дальнейшие расширения функциональности.
3. Разработки принципиально новой архитектуры
Toliban: Принципиально новые архитектуры.
Алексей Рогачков: Intel разрабатывает принципиально новые архитектуры. Достаточно вспомнить недавний анонс экспериментальной модели 80-ядерного процессора — это процессор со своей собственной архитектурой, которая включает в себя систему команд, модель памяти, набор регистров, отличных от x86, EPIC, XScale… Вопрос в том, насколько успешной была бы попытка масштабного внедрения новой архитектуры. Элегантно реализованная архитектура, с академической точки зрения, интересна узкому кругу специалистов, но для массового внедрения требуется огромная работа по созданию инфраструктуры: языки программирования, средства оптимизации и отладки, аппаратная обвязка и так далее. Архитектура x86 и EPIC заняли свои позиции, отвечая потребностям рынка по доступности, цене, выбору программного обеспечения, поэтому для массового внедрения новой архитектуры нужны крайне серьёзные предпосылки. А до тех пор новые архитектуры будут создаваться лишь в целях исследования и изучения.
4. Использование разработок российских сотрудников Intel
Vasizard: Многоядерность и её цена
Алексей Рогачков: В российских офисах Intel подавляющая часть сотрудников занята именно исследованиями и разработкой. Российские сотрудники работают как на поприще программных, так и аппаратных технологий. После подписания контракта и занятия сотрудником штатной позиции в Intel, результаты его интеллектуальной деятельности становятся интеллектуальной собственностью компании. Это общемировая практика, целиком и полностью отвечающая, в том числе, российскому законодательству. Подчеркну лишь, что мне не хотелось бы отделять российских сотрудников и результаты их работы от Intel в глобальном плане: российские разработчики — это высокопрофессиональные сотрудники, которые вносят свой вклад в развитие и улучшение продуктов Intel наравне со своими коллегами в Соединенных Штатах, Израиле, Индии…
5. Авторство технологий, патенты Remchukov Denis: кто автор технологий?
Алексей Рогачков: Патенты не являются закрытыми документами, которые скрыты от посторонних глаз. Поэтому при интересе к обладателю патента на ту или иную технологию найти данную информацию не составит труда. Intel как лидирующая в полупроводниковой отрасли компания, ежегодно инвестирующая миллиарды долларов на исследования и разработки, не может не сталкиваться с вопросами интеллектуальной собственности. Сложность в том, что патентное право не является единым в мировом масштабе: например, патент на открытие, оформленный в США, не имеет юридической силы на территории Российской Федерации. Для компании мирового масштаба это крайне серьёзный вопрос. А патентовать все без исключения открытия в каждой стране, где продаются продукты Intel, означало бы нести колоссальные расходы. Именно поэтому не все разработки Intel патентуются. Угроза судебных разбирательств также является одной из причин, почему Intel не может открыто предоставить детали реализации собственных разработок — узнав подробности, недобросовестная компания или отдельный предприниматель может запатентовать разработку как свою, и инициировать судебный процесс.
6. Совместимость чипсетов и процессоров
Beginner: Совместимость процессоров, чипсетов и разъемов
Алексей Рогачков: Совместимость чипсетов и процессоров обуславливается, в первую очередь, техническими и технологическими, но не коммерческими причинами. Естественное желание любого разработчика — приблизить свое детище к идеалу: сделать продукт, над которым работаешь, более производительным, более эффективным, с увеличенным количеством функций и технологий. Степень совершенства во многом определяет период работы над продуктом: чем лучше, тем дольше, но также влияет и на коммерческий успех. Для процессоров и чипсетов это может отразиться на повышении тактовых частот, расширении тракта данных, изменении материалов транзисторов, увеличении их числа, как следствие — реализации новых технологий и увеличении объёмов буферной памяти, и т. д. На уровне семейства продуктов это может приводить к изменению таблиц рабочих напряжений, добавлению значений резервным контактам процессора, замены ножек контактными площадками, смене сокета… Таким образом, чем более значительные изменения появляются в новом продукте, тем сложнее обеспечить совместимость с текущим поколением.
С другой стороны, для успешных продаж крайне важно быстро внедрить новый продукт на рынок, а появление новых требований по разводке отнюдь этому не способствует: новые правила требуют немалых усилий по созданию моделей, референсных дизайнов, обучению партнеров по экосистеме… Вопрос внесения изменений рано или поздно встает перед любым производителем, и необходимо вносить изменения, чтобы представлять новый, улучшенный, конкурентоспособный продукт.
Разумеется, Intel также старается снизить необходимость кардинальных преобразований, но не всегда это возможно.
7. Улучшения микроархитектуры
Toliban: Перспективы Core
Алексей Рогачков: Что может быть улучшено в будущем? Intel® Core™ — очень удачная микроархитектура, но нет предела совершенству. Помимо исполнительных блоков, практически любой блок процессора может быть улучшен: от префетчеров (количество, точность и универсальность алгоритмов предварительной выборки), до декодеров (увеличение объёма выборки, количества декодеров и темпов декодирования) и блоков предсказания ветвлений (повышение эффективности предсказаний, количества записей в таблицах переходов), размеров регистрового файла, количества записей станции резервирования, числа портов запуска и их разрядности, задержек выполнения инструкций, ширины внутренних шин и снижения латентности при доступе в кэш-память. Кроме того, не следует забывать о постоянной борьбе за снижение тепловыделения при задаче одновременного увеличения производительности, а также снижении физических размеров чипов с целью создания компактных мобильных устройств. Разработчикам Intel есть над чем поработать.
8. Нанотехнологии
valh: Intel и нанотехнологии
Алексей Рогачков: Intel уже давно осуществляет массовое производство микропроцессоров с контролируемым размером элементарной единицы менее 100 нм — стало быть, мы уже пребываем в эпохе нанотехнологий. Нанотехнологии, нано-электроника, нанотрубки рассматриваются как перспективное направление, которое может позволить выйти на качественно новый уровень после 2020 года. На текущий момент Intel прилагает усилия по финансированию исследований и разработок в области нанотехнологий, сотрудничая с ведущими исследовательскими организациями по всему миру с целью скорейшего достижения результатов совместными усилиями.
9. Тепловыделение и энергопотребление
Rats: Меня в последнее время интересует тепловыделение и потребление процессоров intel
Алексей Рогачков: Вопрос тепловыделения не может не волновать пользователя вычислительной машины — будь то мобильный компьютер, домашний ПК или сервер центра обработки данных. Каковы инициативы Intel с точки зрения тепловыделения и энергопотребления?
Планируется дальнейшее снижение тепловыделения на уровне системы. Последние примеры работы в этом направлении включают микроархитектурные изменения, такие как внедрение Intel® Intelligent Power Capability (технологии, включающей те блоки процессора, работа которых необходима в данный момент) и Intel® Dynamic Power Coordination (технологии, предусматривающей раздельное управление состояниями сниженного энергопотребления отдельно для каждого ядра многоядерного процессора); внедрение цифровых датчиков температуры и шины PECI с целью более точного управления цепями защиты от перегрева и скоростью вращения вентилятора, добавление новых состояний пониженного энергопотребления процессора, инициативу по реализации температурных датчиков на модулях памяти, переход на новые процессы производства; разработку компонентов системы, соответствующих требованиям Energy Star®; целый ряд технологий энергосбережения для мобильных ПК, увеличение эффективности блоков питания, разработки по снижению потерь на преобразование тока для серверных систем… В отношении улучшений существующих продуктов, в течение этого года можно ожидать появление новых степпингов существующих процессоров со сниженным TDP как в рабочем режиме, так и в режиме простоя.
10. OpenSource
freon: поддержка OpenSource
Алексей Рогачков: Естественное желание Intel — предлагать продукты, которые способны эффективно выполнять задачи под управлением любой операционной системы, чтобы обеспечить пользователю максимальную возможность выбора. У Intel есть несколько программ по поддержке open source, а также налажено прямое взаимодействие с поставщиками программного обеспечения. Если говорить о конкретном режиме видеодрайвера, то очевидно, что при широком спектре продуктов, а также присутствии большого количества версий и вариантов сборок, затруднительно осуществлять полноценную поддержку каждого режима работы для отдельного дистрибутива, и в этом случае политика обуславливается, в основном, такими факторами как массовый спрос, степень распространения, возможность совместной работы, история сотрудничества и поддержки.
Итак, время подводить итоги. Наш собеседник и редакция iXBT.com выделили вопрос участника конференции под ником «Vogt» о «Ядрах в рассрочку». Поздравляем нашего читателя. Призом, который будет вручён Vogt, станет современный высокопроизводительный процессор Intel Core2 Duo 1.86 Ghz Socket 775 2Mb L2 FSB 1066.
