Все новости от 20 февраля 2004 г.

Процессоры должны перейти в новое измерение

Конечно же, задача Кассандр — находить тени в каждом серебряном облаке. Один из самых пессимистических сценариев развития нашей индустрии гласит, что закон Мура — главный двигатель прогресса ИТ в продолжение предыдущих 30 лет — скоро выдохнется.

Как известно, Гордон Мур, один из соучредителей Intel, предсказал, что плотность микропроцессоров будет удваиваться каждые 18 месяцев. Повышение плотности означает все более и более мелкие детали, прижатые все теснее друг к другу, благодаря чему повышается быстродействие и производительность чипа. Все мы знаем, что закон Мура позволяет нам получать больше вычислительной мощности при меньших затратах. Сегодня в игрушке GameCube стоимостью 99 долл. вычислительной мощности гораздо больше, чем в ПК за 2000 долл. образца 1999 года.

Пессимисты вправе подвергать сомнению бесконечность действия закона Мура. Существует достаточно технических и физических препятствий, чтобы создать впечатление неизбежности торможения несущегося поезда этого закона. Размеры проводников, которые сейчас приближаются к 90 нм, невозможно значительно уменьшить без принципиального изменения технологии изготовления полупроводников. Мы уже уперлись в пределы возможностей фотолитографии и, чтобы выжать последние капли из светового спектра, применяем «фазосдвигающие» маски и более совершенные фоторезисты (например, чувствительные к дальнему УФ-излучению).

Фотолитография — основной способ изготовления микросхем, который позволяет тиражировать их на кремнии как книги или журналы. Размеры проводников приближаются к физическому пределу, определяемому длинами волн, и дальнейшее их уменьшение в соответствии с законом Мура бросает вызов традиционной технологии. Нужны принципиально новые способы тиражирования, иначе проводники будущих микросхем придется вырисовывать тем же способом, каким монахи переписывали Библию: медленно и по одному экземпляру.

А что, если ставить таким образом вопрос вообще некорректно? Что, если вместо того чтобы зайти в тупик вместе с законом Мура, развитие производства микросхем пойдет совсем по иному пути? И вместо того, чтобы с маниакальным упорством концентрировать усилия на все более быстродействующих чипах, лучше сделать шаг назад и поискать механизмы, которые позволят повысить емкость и производительность системы в целом?

По существу, сегодня мы стоим у этой развилки, и за ней должна последовать новая волна непрерывного технического прогресса.

Современный подход к производству микропроцессоров, наиболее наглядно прослеживаемый на примере компании Мура Intel, состоит в погоне за максимальной тактовой частотой процессора. Но такое традиционное наращивание быстродействия процессора напоминает игру в футбол во времена кожаных шлемов. «Три ярда и облако пыли», как называл это один тренер, подчеркивая необходимость рваться с мячом все дальше и дальше, изо всей силы ударяясь в заслон. Долгое время это был единственный известный способ игры в футбол: построение с одним нападающим, который бежит с мячом, прорываясь к средней линии. Это соответствует подходу «грубой силы» в компьютерных процессорах: разогнать чип, чтобы он смачно врезался в стенку.

Пока большинство тренеров искало способы еще больше ускорить темп игры, внося последовательные усовершенствования в приемы, новаторы поставили вопрос ребром: как набрать больше очков, чем у другой команды, имея на поле тех же 11 игроков?

Они предложили новые наступательные системы построения, и с введением паса вперед эпоха кожаных шлемов в футболе закончилась и появилась новая игра, какой мы ее знаем сегодня. Теперь команды набирают очки короткими пробежками и пасами. Фактически тот, кто принимает пас в одной игре, в следующей может ставить заслон ретернеру. При этом возможности набирать очки при тех же 11 игроках с каждой стороны поля десятикратно возрастают. Итак, когда в футболе, где нападавшие только бегали, места для совершенствования, казалось бы, оставалось совсем немного, просто появился другой, лучший способ игры в футбол.

Индустрия микропроцессоров находится в середине аналогичных коренных перемен на игровом поле. Вместо того чтобы сосредотачиваться на выжимании максимальной скорости из одного процессора, что может завести в тупик, новаторы предлагают процессор нового типа, в котором нагрузка распределяется между четырьмя-восемью «ядрами». При этом каждое ядро необязательно должно работать на сверхскоростях. Все восемь ядер могут функционировать гораздо медленнее. Но благодаря их взаимодействию общая «пропускная способность» процессора при этом повышается.

Как и в футболе, это просто более эффективный способ набирать очки: восемь процессорных ядер работают параллельно, вместо того чтобы прорываться к средней линии в одиночку.

Будущие многоядерные процессоры, уже хорошо проработанные в лабораториях, обеспечат симметричную мультипроцессорную обработку данных на одном кристалле. Например, пока одно ядро выполняет операцию, другое может извлекать данные из памяти или посылать команду операционной системе и т.п. При «многопоточной» обработке информации это приведет к гигантскому повышению производительности системы в целом (чем не вывод закона Мура из тупика?). Более того, если будущее вычислительной техники — за распределенной обработкой данных в неоднородных сетях, то потребности пользователей прикладного ПО будут в высокой степени соответствовать этой многопоточной архитектуре таких новых процессоров.

Наступление эпохи доставляемых по сети услуг станет очень важным фактором прогресса аппаратуры и ПО. В будущем вся вычислительная емкость центра обработки данных (серверы, системы хранения данных, устройства доступа) станет виртуализированной, так что ресурсы будут динамически по мере необходимости распределяться и перераспределяться для доставки услуг разного уровня. Управление системами переместится на более высокий уровень абстрагирования, регулируя трафик на уровне сетевых сервисов.

На практике это означает, что те дни, когда для управления учетными записями пользователей или обработки транзакций выделялся отдельный сервер, уходят в прошлое. Серверы больше не будут простаивать в промежутках между пиковыми нагрузками, так как их роль в сети будет планироваться оперативно.

Совершенствование аппаратуры в направлении распараллеливания позволит оптимизировать результирующие системы под требования высокомногопоточного программного обеспечения доставляемых по сети услуг. На смену времени дорогостоящей избыточности высокопроизводительных систем придут дни более интеллектуальных сетей, в которых аппаратура и ПО исполняют очень специфические сетевые сервисы с гораздо большей эффективностью и при существенном сокращении количества простаивающей емкости системы.

Как и в футболе, важно не то, как быстро вы бежите. Важно, чтобы команда набрала как можно больше очков.

Дэвид Йен работает исполнительным вице-президентом Sun Microsystems и отвечает за процессоры и сетевые продукты.

 В продолжение темы:

Обсуждение и комментарии

	Дмитрий 20 Feb 2004 9:04 PM
Дэйв, не морочьте голову... Понятно, что вы запутались в выборе направления дальнейшего развития микропроцессорных технологий, как осел между двумя стогами сена; ну так хоть бы е-мейл свой оставили для подкидывания дельных мыслишек... А то как Роденовский мыслитель, - поза есть, а толку нет...
	iZEN - izenmail.ru 22 Feb 2004 12:01 PM
Транспьютеры, однако... Осталось решить проблему распарралеливания вычислений и упрощения набора команд.
	boriska - b.ignatovmotorola.com 22 Feb 2004 3:09 PM
Любят они трубить о "последних разработках"! Я уже 2года назад участвовал в выпуске 4-х корного чипа в Мотороле. В ДСП все давно работает...
	VOVIX 22 Feb 2004 3:18 PM
А где упоминание об AMD с ее большей производительностью при меньшей тактовой частоте? Не это ли более правильный путь?
	Motor2004 - Motor2004 23 Feb 2004 5:50 AM
Не многоядерные, а многоядровые.Откидывая футбольное аналогизирование, есть довольно интересное предложение по повышению производительности компьютеров,не вкладываясь в новые технологии. В принципе этот вариант подешевле и производители должны сказать своё слово, а выбор как всегда за рынком. Лично я бы не отказался от такой машины.
	Игорь 26 Feb 2004 8:30 AM
Мужик нормально написал. :) На фоне волны программных технологий MS и Oracle, предлагающих расперделённые вычисления, здесь идёт напоминание о параллельных вычислениях на одной кремниевой подложке. Ну, типа, молодец! Мы не знали. Напомнил...
	Alexandr 1 Mar 2004 8:20 AM
То, о чем он пишет, уже было разработано в нашем долгострое 10 лет назад, в процессоре Эльбрус E2K. Слава богу, началось производство Эльбрус 3М(сокращенная версия Е2К) http://www.elbrus.ru/mcst/news.shtml
	___ 3 Mar 2004 6:43 AM
2Alexandr: Вот только не надо сказок про крутость ельбруса. Где он есть "живьём" ? Кто его видел ? Кто производит и какими партиями ? Без ответов на эти вопросы - это сплошные "испытания сферических коней в вакууме" (это из одного акнекдота - для тех кто не понял)
	Сергей Середа - serge_seredahotmail.com 4 Mar 2004 1:06 PM
А по-моему, статья, в основном, верная. Последние двадцать лет наблюдалось лишь экстенсивное развитие в области вычислительной техники. Просто тупо наращивались мегагерцы. Т.е. на телегу сперва ставился паровой двигатель, потом двигатель внутреннего сгорания, потом реактивный, но лошадь из неё никто не выпрягал. Вот человек и написал, что пора бы уж перейти и интенсивному развитию, означающему прогресс. Я - за. С уважением, Сергей Середа Движение "ПОтребитель"
	Александр - belovaamail.ru 5 Mar 2004 4:27 PM
Подход с многоядерностью также упирается в максимальные геометрические размеры подложки, а значит в ее стоимость, а также в распараллеливание вычислений. При невозможности дальнейшей миниатюризации одного ядра станет невозможным наращивание их числа на единицу поверхности. Зачастую на персональном компьютере все ресурсы процессора расходует ровно одно приложение - то, с которым человек работает. Реже две (например музыку слушает). И эта одна задача для получения преимущества от многоядерности должна быть и соответственно написана - многопоточно. Не всегда это возможно для любых приложений. Таким образом прогресс с многоядерностью возможен, если компьютеры можно будет клеить на стены вместо обоев. Это решит проблему пространства, и заодно - обогрева помещения. Ну и ПО должно поспевать за прогрессом. ;)