`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Современные процессоры: как это было

Статья опубликована в №29-30 (549) от 15 августа

0 
 

Ох уж эти процессоры... Пожалуй, сложно придумать более подходящее начало для материала, посвященного одному из ключевых этапов развития основного направления IТ-индустрии. Серьезный читатель уже наверняка ознакомился не с одним «эпическим трудом» по сравнению различных поколений продуктов, а то и путей совершенствования линеек двух гигантов процессоростроения. Поэтому, встретив очередную подобную статью, он скептически произнесет: «Как, опять AMD vs Intel? Да сколько можно...». Нет, на этот раз никого критиковать мы не будем. Просто повторим и закрепим ранее пройденный материал, что особенно актуально в канун нового учебного года, т. е., извините, нового делового сезона.

Справедливости ради следует признать, что интерес к процессорной тематике имеет волнообразный характер. Иногда появление очередного чипа, опережающего предыдущий аж на 200 MHz, вызывает такое оживление на сотнях интернет-конференций, что просто диву даешься, как же люди могли спокойно жить до его анонса. А бывает и наоборот: активная часть IТ-общественности подчас остается равнодушной к действительно значимым событиям, и они проходят практически незамеченными.

Впрочем, мы не станем прибегать к помощи таких замечательных наук, как психология и социология, стараясь угадать, почему так происходит. Но факт остается фактом: заранее предсказать, какое именно компьютерное «железо» в очередной раз заинтересует пользователей, достаточно сложно. К примеру, переход индустрии на многоядерные процессоры хоть и вызвал определенный резонанс, однако по степени обсуждаемости этому событию очень далеко до «священных войн» вокруг десктопных 64 бит, появившихся в 2003 г. Хотя какое из этих двух новшеств на деле полезнее, сомнений уже не вызывает...

Впрочем, не будем отвлекаться, а просто вспомним все основные шаги Intel и AMD – с того самого 2003 г. и по настоящее время.

AMD – плановое увеличение мощности

2003 г. стал поистине вторым рождением для компании, бросившей вызов Intel. Хотя Athlon XP приносил неплохие доходы, он не мог быть реальным конкурентом более современной платформе Pentium 4. Еще одна проблема заключалась в том, что стабильности Socket A (кто-нибудь сейчас помнит, сколько в таком разъеме ножек?) было явно недостаточно для сборщиков, в cвязи с чем львиная доля подобных CPU оставалась уделом «самосбора», что никак не устраивало компанию, желающую завоевать и корпоративных клиентов.

Второй целью, которую наметила тогда же AMD, стал рынок серверов. Позиции Athlon MP против Xeon здесь были еще более шаткими – точнее, можно сказать, противостояния как такового не наблюдалось вообще. Даже наиболее оптимистично настроенные эксперты утверждали, что отнять у Intel хотя бы незначительную долю в серверах начального и среднего (по мировой классификации) уровней будет посложнее, чем укусить себя за локоть.

Ну и, наконец, третье направление – мобильные системы. Здесь ситуация у AMD была просто критической.

Вот с таким весьма зыбким базисом, но зато с истинно наполеоновскими планами компания подошла к разработке новой единой платформы AMD64. Выпустить для массового рынка настолько экзотический продукт представлялось весьма рискованным, однако у AMD просто не было другого выхода – либо эта «авантюра» ей удается, либо придется навсегда забыть о каких-либо амбициях.

Первыми представителями новой платформы стали десктопные процессоры Athlon 64 и 64 FX, а также серверные Opteron. Они сразу выполнили свои основные задачи: наделали много шума как в прессе, так и в заинтересованных кругах, оказались действительно (можно даже сказать, революционно) быстрыми, а также положили начало очередному направлению экстремальных процессоров (серия FX). Такой «тройной удар» позволил говорить об AMD как о реальном претенденте на лидерство, а не только как об альтернативном производителе «Intel-совместимых» процессоров. Но главную особенность предложенной архитектуры – прекрасную масштабируемость – удалось заметить далеко не сразу. Как оказалось, со временем именно она стала главным козырем, если не сказать джокером, в руках AMD. Достаточно вспомнить, с какой легкостью в рамках процесса с допуском 130 нм компания выпускала, в принципе, одни и те же кристаллы, но с небольшими различиями: один или два канала памяти, 512 или 1024 KB кэша второго уровня. Это позволило ей спокойно просуществовать в течение двух лет при помощи всего лишь четырех множителей, и при этом производить свыше десятка моделей CPU, действительно отличающихся по быстродействию. Сюда же можно отнести и Sempron, которые при куда более скромных по сравнению с Athlon 64 возможностях все равно были быстрее эквивалентных по цене Celeron от Intel.

Однако ярче всего преимущества платформы AMD64 раскрылись с появлением серии чипсетов nForce4. Как выяснилось, большинство технологий, которые Intel с такими усилиями продвигала с помощью Socket 775 (PCI Express, SATA II, качественное интегрированное аудио, возможность построения сложных RAID-массивов и т. д.), как минимум работают не хуже и на конкурирующей платформе, во многих случаях даже более функциональной. Не стоит забывать и о впервые появившейся здесь возможности использования двух видеокарт в параллельном режиме (технология SLI), что позволило строить на базе AMD64 самые производительные системы, намного опережающие конкурентов.

Аналогичным образом AMD удалось прорваться и на серверный рынок, где Opteron (в сущности, те же Athlon 64, но с большим количеством активных шин HyperTransport) продемонстрировали прекрасные результаты, практически линейно увеличивая реальную производительность каждые 200 MHz. Благодаря удачному применению когерентных шин между CPU значительно возросла эффективность использования многопроцессорных систем, что вывело AMD в лидеры и в этом направлении. Немалая роль в успехе компании принадлежит все тому же nForce4, но только в исполнении Professional. Построение 8-процессорного сервера или рабочей станции на чипсете, состоящем только из одной микросхемы, для многих оказалось откровением. Благодаря таким сногсшибательным результатам удалось привлечь к сотрудничеству практически всех мировых производителей серверов.

Конкурировать с Intel в мобильных системах было куда сложнее, ведь практически с момента появления технологии Centrino ее прочили в качестве перспективной замены настольным решениям все той же Intel, настолько она получилась удачной сразу по трем параметрам: производительности, функциональности и тепловыделению. Тем не менее хотя процессоры Turion 64 и не смогли существенно повлиять на расстановку сил среди платформ для ноутбуков, они стали достаточно неплохой альтернативой продуктам Intel.

Итак, подведем краткие итоги всего, что сделала AMD со времени появления платформы AMD64.

Технические достижения:

  • 64-битовые CPU для всех сфер применения (настольные, серверные, мобильные системы);
  • интегрированный контроллер памяти;
  • интегрированная процессорная шина HyperTransport;
  • единая платформа для всех решений;
  • поддержка передовых мультимедийных инструкций (SSE2, а затем и SSE3);
  • прекрасная масштабируемость (почти линейный прирост производительности с ростом частоты CPU).

Рыночные успехи:

  • привлечение корпоративных клиентов и сборщиков (именно с появлением Athlon 64, и в большей степени – Sempron, крупные производители компьютеров начали серийный выпуск систем на базе AMD);
  • многократное увеличение стоимости процессоров семейства AMD64 по сравнению с Athlon XP, что напрямую повлияло на получаемую AMD прибыль;
  • создание нового направления экстремальных процессоров;
  • подписание контрактов с ведущими поставщиками серверов (системы на базе Opteron обеспечивали большее быстродействие при меньшей цене);
  • привлечение производителей ноутбуков (основная часть брендов представила свои решения на базе Turion 64);
  • возможность эффективно использовать одни и те же разработки на протяжении длительного срока.

Но самое главное в политике AMD за последние три года – это четкое следование намеченной цели, где каждый очередной шаг компании является логическим продолжением предыдущего, что позволяет ей и по сей день уверенно удерживать позиции.

Intel – когда деревья были большими

Сложилось так, что после появления платформы AMD64 в технологическом отношении Intel перешла в непривычное для себя положение «догоняющей», хотя временами и опережая на порядок соперника по объему продаж и прибыли.

Первым ответом компании на Athlon 64 стало ядро Prescott с допуском 90 нм, которое, впрочем, оказалось ничуть не быстрее аналогичного по частоте Northwood. А в таких критических для производительности задачах, как игры, оно даже было медленнее, что совсем не обрадовало потенциальных покупателей. На самом деле ситуация с новыми чипами не была настолько уж плохой, просто в свете выхода AMD64 от Intel ждали чего-то большего, чем «еще один» Pentium 4 с набором мультимедийных расширений SSE3, являющийся лишь надстройкой над SSE2 (в связи с чем он не смог увеличить скорость выполнения развлекательных приложений).

Из такой ситуации был только один выход – если новый процессор не в состоянии достойно конкурировать с Athlon 64, а для разработки чего-то иного требуется время (быстрый откат к прежним решениям – явно не лучшая стратегия), нужно менять процессорное окружение. В этом направлении Intel действительно сумела удивить: последний сокет с «ножками» на плате, графический порт PCI Express, использование того же PCI Express для работы с интегрированным адаптером Ethernet, контроллер памяти DDR2, новые возможности южного моста, среди которых High Definition Audio и NCQ для SATA-устройств, отказ от одного из каналов PATA и т. д. Список изменений и нововведений действительно выглядел впечатляюще, однако в целом они не принесли каких-либо заметных дивидендов в плане производительности, которых так ждали. Объяснялось это довольно просто: для использования преимуществ графической шины PCI Express потребовалось около года (смена двух поколений GPU), а повышенная латентность контроллера памяти DDR2, умноженная на 31 ступень конвейера Pentium 4, никак не компенсировалась увеличением пропускной способности.

После того как утихла шумиха вокруг первых чипсетов i915/925, надо было снова бросаться в бой за быстродействие, результатом чего стало появление процессоров с повышенными тактовыми частотами. Так, модели Pentium 4 с 3,2 GHz очень скоро переместились на 3,4 GHz, а затем добрались и до финальной планки в 3,8 GHz, где и замерли. Остановка этого роста стала вторым тревожным звонком для Intel. Как оказалось, в каждой новой модели производительность увеличивается все меньше (узкое место – процессорная шина 800 MHz), тепловыделение же растет с ужасающей быстротой, а догнать конкурента все равно не удается.

Так, объявление об отказе от выпуска кристалла с частотой 4 GHz ознаменовало начало конца архитектуры Netburst. Затем последовал еще один аналогичный, но вынужденный шаг: после года активного заверения пользователей в том, что 64 бита на десктопах – это «полная нелепость», Intel анонсирует собственные процессоры с поддержкой 64-bit – исключительно для того, чтобы показать мировой общественности, что это – совсем не сложно. Странно, но многие эту новость восприняли с энтузиазмом (к примеру, в 64-битовом режиме в криптографических и подобных задачах у чипов Intel прирост скорости был не меньшим, чем у моделей AMD), но по-прежнему не решался главный вопрос: как же добиться еще большей производительности? Во многопотоковых задачах благодаря технологии Hyper-Threading пальма первенства чаще была за Intel, однако в играх, подавляющее большинство которых представляет собой однопотоковые приложения, по-прежнему лидировала AMD.

Предугадать дальнейший путь развития было совсем не сложно: если нельзя наращивать частоту, нужно увеличить кэш. Таким образом появилось последнее поколение «классических» Pen-tium 4 с индексом 6хх, обладающее 2 MB L2-кэш, 64-битовым расширением, набором SSE3, повышенным тепловыделением, но все еще не рекордной скоростью.

Серверное направление Intel также пережило ряд потрясений – процессоры из семейства Nocona потребовали новых дорогостоящих чипсетов с поддержкой далеко не быстрой и недешевой регистровой памяти DDR2-400, но и в этом случае отставали от решений на Opteron. Кроме того, оказалось, что светлое будущее флагмана Itanium 2 также под вопросом. Его уникальная архитектура обеспечивала отличное быстродействие в сложных 64-битовых приложениях, однако по гибкости и стоимости готовых решений существенно уступала 4- и 8-процессорным серверам на базе Opteron 8xx.

В эти «условно тяжелые» для компании времена единственное направление, в котором не ощущалась более или менее серьезная конкуренция – это мобильные решения. Процессоры Banias, а впоследствии и Dothan, обладали прямо-таки выдающимися характеристиками даже по сравнению с десктопными собратьями, что делало их весьма привлекательными не только для мобильных задач. Короткий конвейер, большой объем кэшей, низкое тепловыделение и сбалансированная платформа (чипсет) позволяли говорить о Pentium M не только как о самом удачном мобильном процессоре, но и как о реальном конкуренте Pentium 4 и даже Athlon 64. Поэтому совсем не удивительно, что многие эксперты «ставили» именно на Pentium M как основу для возврата Intel на позицию лидера.

Итак, перечислим шаги Intel.

Технические достижения:

  • максимальное увеличение тактовой частоты до 3,8 GHz;
  • удвоение кэш-памяти первого и второго уровней (ядро Prescott), повторное удвоение кэша второго уровня (ядро Prescott-2M);
  • внедрение 64-битовых расширений (Pentium 4, модели 5xxJ, 6xx);
  • новый набор мультимедийных инструкций SSE3;
  • разработка серверных и десктопных платформ с использованием графической шины PCI Express и памяти DDR2;
  • выпуск экстремальных процессоров с L3-кэшем, а впоследствии – системной шиной 1066 MHz;
  • появление мобильных процессоров с ядром Dothan в тонких серверах, имиджевых настольных компьютерах и barebone-системах.

Экономические достижения:

  • снижение цены Pentium 4 для сохранения конкурентной привлекательности;
  • уменьшение стоимости Celeron для удержания большей доли корпоративного рынка;
  • постоянная работа с крупными производителями программного обеспечения по оптимизации их пакетов для процессоров Intel;
  • дорогостоящие маркетинговые программы для поддержания бренда;
  • эксклюзивные условия и цены для производителей серверов.

Ни в коей мере нельзя обвинять Intel во всех смертных грехах, говорить о ее провале на рынке процессоров или что-либо еще в этом роде, особенно в свете последних событий и продуктов. Если одной компании удалось создать нечто выдающееся, а другая не сумела вовремя ответить, это вовсе не означает окончательного успеха первой и краха второй. Подобное происходит постоянно в иных сегментах рынка, где конкурируют крупные корпорации, просто для перелома нужно некоторое время.

Сейчас многие упрекают Intel в нелогичности многих решений, принятых в 2003–2006 гг. И один из наиболее часто задаваемых вопросов: «А почему еще тогда, в 2004 г. нельзя было выпустить Pentium M «за пределы ноутбуков?». От ответа на него позволим себе уклониться, но вот в чем нельзя упрекнуть Intel, так это в бездействии. На все шаги AMD моментально предпринимались ответные меры, пусть и не всегда удачные.

Жизнь продолжается

Вот такие события произошли за последние три года в индустрии процессоростроения. Наблюдательные читатели наверняка заметили, что мы практически не коснулись темы двухъядерных чипов. До сегодняшнего дня такие CPU не получили массового распространения, а значит, говорить можно лишь об их технических деталях (следующий материал), а не рыночных перспективах.

Еще раз хотелось бы подчеркнуть: цель данной статьи – не навешивание ярлыков (хорошо/плохо, быстро/медленно), а скорее попытка подвести итоги предыдущего периода и перечислить основные этапы развития процессорных технологий, чтобы в дальнейшем приступить к рассмотрению следующего этапа – многоядерных CPU и виртуализации аппаратных ресурсов.

Сравнительные характеристики одноядерных процессоров AMD и Intel
Процессорный сокет Socket 478 (Northwood) Socket 478 (Prescott) Socket 775 Socket 775 Socket 754 Socket 939
Поддержка процессоров Pentium 4, Pentium 4 XE, Celeron Pentium 4 Pentium 4 Celeron D Athlon 64, Sempron Athlon 64, Athlon FX
Технологический допуск, нм 130 90 90/65 90/65 130 130/90
Рабочие частоты, MHz 2,4–3,4 2,4–3,4 2,8–3,8 2,53–3,33 1,8–2,4 1,8–2,6
Процессорная шина, MHz 533/800 800 800 533 800 1000
L1-кэш, KB 8 16 16 16 128 128
L2-кэш, KB 128, 512 1024 1024, 2048 256, 512 (65 нм) 128, 256, 512, 1024 512, 1024
L3-кэш, KB 2048 (Extreme Edition) - - - - -
Дополнительные наборы команд SSE2 SSE2/SSE3 SSE2/SSE3 SSE2/SSE3 SSE2 SSE2 (SSE3 – 90нм)
Поддержка 64-bit - - + + + (кроме Sempron) +
Технологии уменьшения энергопотребления - - + + + +
Аппаратная защита от стековых вирусов - + + + + +
0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT