Intel: Платформа 2015 - будущее ПК

Инженеры Intel ведут разработку так называемой «платформы 2015», прообраза компьютера будущего. В концепции платформы нашло выражение видение Intel логики эволюции фундаментальных компонентов компьютерных систем, а также архитектурных инноваций, которые сделают такую эволюцию возможной. В основе — анализ существенно видоизменившейся модели использования компьютеров, которая определит три главных элемента платформы — вычислительную систему, интерфейс и инфраструктуру.

По мнению экспертов корпорации, микропроцессоры сейчас переживают важнейший этап своей эволюции. Грядущие перемены в области этих ключевых элементов компьютера явятся, возможно, самыми значительными с момента их появления. Уже сейчас встает необходимость радикального пересмотра принципов создания чипов, без которого дальнейшее соответствие «закону Мура» станет невозможным. Однако наращивание количества транзисторов на кристалле — еще не все. Для предстоящего качественного скачка необходим всесторонний пересмотр основ — технологических процессов, используемых в производстве чипов, их архитектуры и программного обеспечения. Фактически, процесс осмысления предстоящих перемен уже идет в Intel, и благодаря нему мы имеем некоторое представление о том, как будут выглядеть процессоры спустя десять лет.

Движущей силой развития платформ являются модели их использования. Процессор 2015 года, по мнению специалистов корпорации, будет оказывать непосредственное влияние на развитие событий и отвечать социальным и технологическим тенденциям, которые просматриваются уже сегодня — таким, как глобализация и организация высокопроизводительных вычислений, которые станут реальностью благодаря вычислительным платформам будущего. Анализ сегодняшних потребностей и тенденций свидетельствует о том, что процессоры и платформы должны двигаться в направлении виртуализированной, реконфигурируемой микропроцессорной архитектуры на уровне кристалла с большим количеством ядер, богатым набором встроенных вычислительных возможностей, подсистемой внутрикристальной памяти большого объема и с интеллектуальным микроядром.

Архитектура микропроцессоров 2015 года уже не будет характеризоваться одной лишь производительностью. Их будут отличать богатые и многообразные вычислительные и коммуникационные возможности, средства управления питанием, повышенная надежность, безопасность и управляемость, а также возможность прямого взаимодействия со всеми остальными компонентами платформы. Планы Intel предусматривают развитие ряда технологий, важнейшей из которых является многопроцессорная обработка на уровне кристалла (CMP).

Корпорация Intel продолжает развивать одно из важнейших направлений в архитектуре микропроцессоров — повышение уровня параллелизма, ведущее к росту производительности. Начав с суперскалярной архитектуры первого процессора Pentium и многопроцессорной обработки, в середине 90-х годов компания продолжила развитие в этом направлении, добавив в наши процессоры такие возможности, как переупорядоченное исполнение инструкций, и, наконец, относительно недавно — технологию Hyper-Threading.

Эти усовершенствования сделали возможным следующий важный шаг — переход от единственного монолитного ядра ко множеству ядер на одном кристалле. Intel уже начала серийный выпуск платформ на базе многоядерных процессоров. Сейчас эти платформы построены на базе двухъядерных процессоров Intel, но в процессе развития количество ядер будет постоянно расти.

Уже в ближайшие годы появятся процессоры Intel, которые будут содержать множество — до сотен — ядер. Архитектуры с поддержкой многопроцессорной обработки на уровне кристалла станут фундаментом будущих микропроцессоров, поскольку позволяют достичь непревзойденной производительности и в то же время обеспечить эффективное управление питанием и охлаждением. В отличие от ориентации на большие, энергоемкие вычислительные ядра с большой теплоотдачей, кристаллы CMP корпорации Intel будут активизировать только те ядра, которые необходимы для выполнения текущей задачи, тогда как остальные ядра будут отключены. Такое мелкомодульное управление вычислительными ресурсами позволяет кристаллу потреблять ровно столько электроэнергии, сколько нужно в данный момент.

Архитектуры CMP способны обеспечить выполнение специализированных функций и высокий уровень адаптивности, необходимые для платформ будущего. Кроме ядер общего назначения, эти процессоры будут включать специализированные ядра для выполнения различных классов вычислений — таких, как графика, алгоритмы распознавания речи и обработка коммуникационных протоколов.

Intel планирует разработку процессоров, допускающих динамическую реконфигурацию ядер, межкомпонентных соединений и кэш-памяти, чтобы обеспечить соответствие аппаратных устройств многообразным и изменяющимся потребностям. Такая реконфигурация может выполняться производителем процессора, чтобы перенастроить один и тот же кристалл для использования на различных сегментах рынка, OEM-поставщиком (чтобы настроить процессор для систем разного типа) и даже автоматически в реальном времени, чтобы обеспечить соответствие изменениям потребностей рабочей нагрузки «на лету». Более того — эти технологии на сегодняшний день уже реализованы в отдельных областях. Так, сетевые процессоры Intel IXP уже сегодня предоставляют такую возможность для специализированных сетевых применений. Например, в процессоре IXP 2800 имеется 16 независимых микроустройств, которые работают на частоте 1,4 ГГц совместно с ядром Intel XScale.

Еще одна область исследований, в которой корпорация Intel активно работает в настоящее время — реконфигурируемая радиоархитектура, которая позволит процессору динамически перестраиваться для работы в различных сетевых беспроводных средах (таких, как 802.11b, 802.11a и W-CDMA).

Со временем многие важные функции, которые сейчас выполняются программным обеспечением или специализированными микросхемами, перейдут непосредственно к процессору. Перенос функциональности «в ведение» кристалла позволит получить большой выигрыш в скорости, существенную экономию места, а также значительно сократить энергопотребление.

По мере постоянного роста производительности самих процессоров «узким местом» становится обеспечение доступа к памяти. Для загрузки множества высокопроизводительных ядер соответствующим количеством данных важно организовать подсистему памяти таким образом, чтобы память большой емкости с прямым доступом ядер к ней находилась бы на кристалле. К 2015 году Intel планирует оснастить некоторые микропроцессоры внутрикристальными подсистемами памяти, причем ее емкость будет достигать единиц гигабайт. Это позволит заменить обычную оперативную память во многих вычислительных устройствах. Кэш-память станет реконфигурируемой. Можно будет динамически перераспределять память для разных ядер. Некоторые области памяти будут выделяться определенным ядрам, совместно использоваться их группами или всеми ядрами сразу, в зависимости от потребностей приложений. Такая гибкость необходима для того, чтобы ликвидировать «узкое место» в производительности, когда множество ядер будет соперничать за доступ к памяти.

Все эти проекты так и останутся радужными мечтами без прогресса в области производства полупроводников. Ожидается, что до 2015 года и дальше развитие производства КМОП-структур будет продолжаться теми же темпами, что и сейчас. Новые перспективные материалы и структуры позволят повысить быстродействие, поддерживать на текущем уровне или снизить энергопотребление, а также уменьшить размеры устройств. Интеграция архитектуры кристаллов и производственной технологии позволит достичь еще большей плотности — на одном кристалле можно будет расположить миллиарды транзисторов. Последнее особенно важно: в процессе создания микропроцессоров и платформ будущего разработчикам и технологам придется сотрудничать особенно тесно.