Процессорная индустрия, несмотря на уверенно растущие объемы и победоносное продвижение четырехъядерных решений, все еще находится в фазе активного поиска возможных путей дальнейшего развития, и наиболее интересные дискуссии на эту тему, судя по всему, только начинаются. Компания AMD, от мнений и действий которой «погода» на рынке микропроцессоров зависит не в последнюю очередь, недавно озвучила ряд собственных стратегических взглядов относительно путей развития процессоров ближайшего будущего. Эти взгляды не просто подливают масла в огонь в противоборстве с основным конкурентом, но могут даже поставить под сомнение избранный индустрией вектор развития на ближайшее десятилетие.
 AMD иллюстрирует подходы по комбинированию ядер внутри кристалла |
Как известно, примерно до 2003 года индустрия микропроцессоров развивалась по линейному и достаточно прогнозируемому принципу увеличения вычислительной мощности путем наращивания тактовой частоты. «Тупиком» этой модели развития стали предел возможной частоты, при которой процессор сохранял стабильность и мог быть доведен до фазы массового производства, а также неприемлемая потребляемая мощность процессоров в пересчете на исполняемую инструкцию. Вот уже два года Закон Мура сохраняет актуальность за счет наращивания количества одинаковых процессорных ядер на одном кристалле. Независимо от исповедываемых принципов и разрабатываемых архитектур, по этому пути пошли все влиятельные разработчики процессоров, в том числе Intel, AMD и Sun Microsystems, которая не без гордости представила первый восьмиядерный чип (см. PCWeek/UE №1/2006, стр. 1), в то время как остальные разработчики только лишь боролись за увеличение доли двухъядерных по сравнению с одноядерными.
Баталии сегодняшнего дня разворачиваются уже в области продвижения четырехъядерных конфигураций. Первой компанией, представившей готовые к коммерческой эксплуатации процессоры с четырьмя ядрами, была Intel. Однако AMD явно не согласилась с потерей пальмы первенства, назвав процессор конкурента «маркетинговым ходом». Практически одновременно с коммерческим запуском четырехъядерных Intel Xeon (Clovertown), компания AMD продемонстрировала работоспособный, но еще не готовый к массовым отгрузкам, экземпляр четырехъядерного AMD Opteron (Barcelona), подтвердив тем самым свой потенциал в качестве разработчика и продемонстрировав минимальное отставание от конкурента. Основным комментарием от AMD был тот факт, что в отличие от Clovertown, который был получен путем сращивания двух двухъядерных кристаллов «для формального заявления рыночного первенства» (см. PCWeek/UE №25/2006, стр. 6), процессор Barcelona будет, по словам представителей компании, «первым настоящим четырехъядерным процессором», где все четыре ядра расположены на одном кристалле.
Из всех действий AMD можно было сделать вывод о том, что компания, как и прочие разработчики процессоров, стремится в ближайшие годы развиваться путем увеличения количества одинаковых процессорных ядер на кристалле (т.н. гомогенная многоядерность). В этом свете особенно неожиданно и интересно прозвучали заявления Фила Хестера (Phil Hester), технического директора AMD, озвученные на конференции AMD Analyst Day в декабре 2006 года. Как пояснил г-н Хестер, компания ставит под сомнение целесообразность дальнейшего наращивания количества одинаковых ядер на кристалле и достаточно серьезно рассматривает возможность создания ассиметричных процессорных архитектур с большим количеством ядер различного функционального предназначения. Г-н Хестер особо подчеркнул, что гетерогенная многоядерность изучается не просто как лабораторный эксперимент, а как один из вполне реалистичных сценариев, по которому будет развиваться вся микропроцессорная отрасль, после того как неэффективность клонирования ядер на сокете станет очевидной.
При этом г-н Хестер привел достаточно убедительную аргументацию. Как известно, сегодняшние многоядерные конфигурации показывают максимальную эффективность при соблюдении ряда условий — пользовательские приложения должны быть изначально созданы многопоточными, а задачи, которые ими выполняются, должны поддаваться распараллеливанию, иначе эффективность многоядерных процессоров будет низка. В то же время, даже корпорация Intel неоднократно заявляла о том, что одним из основных препятствий повышения эффективности вычислений на многоядерных процессорах является тот факт, что количество многопоточного ПО на рынке растет темпами гораздо меньшими, чем параметры многоядерных процессоров, а одна из самых тяжелых задач — заставить программистов, привыкших к традиционной однопоточной манере программирования, писать распараллеливаемый код.
Дискуссия об этих препятствиях ведется не первый день и уже сегодня очевидно, что «дефицит многопоточности» является фактором, который сдерживает индустрию даже больше, нежели исчерпание физических возможностей кремния. В свое время компания ATI, разработчик графических чипов, выступила с серьезной коммерческой инициативой по переносу всех задач, которые по структуре вычислений хорошо распараллеливаются, с центральных процессоров на графические (см. PCWeek/UE №15/2006, стр.1). Компания AMD, по словам г-на Хестера, предлагает родственный, но все же иной подход — ускоренные процессоры (Accelerated Processing Units — APU). APU представляют собой процессоры, построенные по блочному принципу, где каждый блок является не клоном соседнего, а выполняет свое особое предназначение. Началом интеграции блоков с различной функциональностью в процессорное ядро были первые процессоры AMD со встроенным контроллером памяти. Уже в обозримом будущем свет увидят чипы, где процессорное ядро соседствует с графическим. Согласно прогнозам компании, APU будут также вмещать несколько процессорных ядер, но, по сравнению с традиционными многоядерными CPU, будут обладать повышенной функциональностью (как минимум, добавится расчет физических вычислений и обработка графики), а также будут обладать более высокой энергетической эффективностью в перерасчете на одну исполняемую инструкцию.
Эти инициативы гармонично дополняют озвученную ранее концепцию AMD Fusion, которая в свою очередь явилась совместным трудом разработчиков AMD и приобретенной этим летом компании ATI (см. PCWeek/UE №15/2006, стр.1). Процессор Fusion, появление первых работоспособных образцов которого запланировано на 2008 год, начнет свое завоевание рынка с носимых устройств — ноутбуков и новых форм-факторов, которые придут ему на смену. Именно в портативных устройствах преимущества от встроенного графического ядра наиболее очевидны. Однако рынок портативной техники послужит только трамплином для развития Fusion — компания-разрабочик планирует использовать гибридный процессор во всех сегментах вычислительной техники, включая рабочие станции и даже суперкомпьютеры. В последнем случае интегрированные графические ядра будут использоваться для многопоточных вычислений, заменяя или дополняя собой блоки вычислений с плавающей запятой (FPU).
Интерес к созданию комбинированных процессоров, сочетающих CPU и GPU на одном кристалле, проявили также компании Intel и nVidia, что свидетельствует о жизнеспособности теории гетерогенной многоядерности. Тем не менее, у этой инициативы остается все еще много невыясненных моментов и технических препятствий. Наиболее тяжелое из них — обеспечение приемлемого процента выхода годных чипов. Известно, что точечный дефект на процессорном кристалле, как правило, приводит к неработоспособности всего процессора, а с увеличением элементов на кристалле вероятность появления такого дефекта возрастает, что вызывает снижение процента работоспособных чипов. На данном этапе еще не существует достаточно эффективного технологического процесса, который смог бы обеспечить массовое производство процессоров, подобных Fusion, с достаточным процентом выхода годных чипов. Поэтому AMD осторожно называет началом массового распространения гетерогенной многоядерности только 2009 год.
