По мере роста своего бизнеса корпорация Intel все большее внимание уделяет науке, по крайней мере об этом свидетельствуют итоги конференции ISSCC 2003.
Несмотря на мировой экономический кризис, сохраняя свой прагматизм, Intel явно расширяет сферу исследовательской деятельности. Генеральный директор Intel Крейг Баррет заявил: «Экономия — не выход из кризиса. Чтобы достичь успеха в долгосрочной перспективе, технологические компании должны продолжать инвестиции в исследования вне зависимости от экономической ситуации».
Чем ближе исследования к реальному производству, тем в большей тайне оказываются детали полученных результатов. Напротив, результаты исследований «на перспективу» обычно публикуются и становятся достоянием научной общественности. Поддержка именно таких исследований стала частью научной политики Intel в последнее время.
Производственный процесс с 90-нанометровой технологией — уже ближайшее будущее. Недавно Intel продемонстрировала данный проект на примере микросхемы статической памяти, содержащей 310 млн. транзисторов. В производственном процессе применяется перспективная технология напряженного кремния. Кроме того, Intel объявила о разработке транзисторов нового типа — кремниево-германиевых. Компания впервые использовала 90-нанометровую технологию для изготовления коммуникационных устройств. Среди других разработок Intel по самым «горячим» направлениям — создание трехмерного транзистора с тремя затворами.
Следующий технологический шаг — это вакуумно-ультрафиолетовая литография (EUV-литография). Отраслевой консорциум, в который входит Intel, занимается практической реализацией этой технологии. Вместе со знаменитыми национальными лабораториями CША — Ливерморской, Беркли и Сандиа — специалисты консорциума продемонстрировали реальность коммерческого применения EUV-литографии.
Сотрудничество с академическими исследователями приобрело новые организационные формы: сеть лабораторий Intel Research Network, включающая лаборатории в Кембридже (Великобритания) и в Беркли, Питтсбурге и Сиэтле (США) при университетах, но полностью принадлежащие Intel. Работа этих лабораторий, как говорят в компании, «беспрецедентно открыта»; в исследованиях принимают участие преподаватели университетов и студенты. Так, в рамках программы совместно с Китайской академией наук изучаются новые технологии компиляции для процессоров с архитектурой IA-64. В Барселоне вместе с Политехническим университетом Каталонии образовано подразделение Intel Labs Barcelona, ведущее исследования в области архитектуры и компиляторов. Intel поддерживает университетские исследовательские проекты в разных странах мира. Работы в данном направлении ведутся и у нас в России. Жалко только, что проектами охвачена в основном вузовская система и остаются в стороне организации РАН, располагающие высоким научным потенциалом.
Intel на ISSCC 2003
Определенным «смотром» научно-технических достижений Intel явилось ее участие в международной конференции по твердотельной микроэлектронике International Solid-State Circuit Conference, которая прошла в середине февраля. Открывал конференцию легендарный Гордон Мур. Конференции предшествовал организованный Intel телебрифинг, на котором был анонсирован обзор сообщений компании, а также раскрыт ряд особенностей новых 64-разрядных микропроцессоров Madison и следующих поколений процессоров с архитектурой IA-64. Брифинг по традиции проходил в форме, чем-то напоминающей селекторные совещания. Слайды презентаций были получены по электронной почте, а во время брифинга осуществлялась широковещательная передача звука из США в разные страны мира. Для того чтобы задать вопрос, на соответствующем устройстве в Москве нажималась определенная комбинация клавиш и запрос ставился в очередь, затем ведущий брифинга предоставлял возможность задавать вопросы.
Как это ни удивительно, но доля вопросов, которые удалось задать с российской стороны, оказалась вполне ощутимой. В прошлом году во время аналогичного события нам не удалось «прорваться» ни с одним вопросом. Попробуем проанализировать некоторую информацию об исследованиях Intel, полученную на этом брифинге.
Шеркар Боркар, представлявший исследования Intel в области микроэлектроники, указал на переход от лозунга «Производительность — любой ценой» к новому лозунгу: «Производительность при пониженном уровне энергопотребления». По-новому остро стоят проблемы подвода электроэнергии и рассеяния тепла. Успешное их решение, наряду с преодолением проблем утечки и других технологических сложностей, позволяет сохранить в силе действие закона Мура и двигаться по направлению к терагерцевым транзисторам.
На конференции Intel представила 32-разрядное устройство с плавающей запятой, выполняющее умножение и сложение, способное работать при комнатной температуре на частоте 5 ГГц с пиковой производительностью 5 GFLOPS. Оно построено по технологии 90 нм, при базовом напряжении 1,2 В потребляет 1,2 Вт и имеет размеры 1,3х1,6 мм. Добавив к этому 32-разрядное АЛУ, работающее при комнатной температуре на частоте 10 ГГц, о создании которого также сообщала компания, получим представление об успешном решении указанных проблем энергопотребления и тепловыделения и о том, что можно ожидать уже в не столь отдаленном будущем.
Также по технологии 90 нм Intel разработала TCP-акселератор, предназначенный для разгрузки микропроцессоров от обработки передаваемых по сети пакетов. Представленный на конференции акселератор размером 2,2х3,5 мм работает при комнатной температуре с базовым напряжением 1,2 В и потребляет 1,0 Вт при частоте 10 ГГц или 0,45 Вт при частоте 1 ГГц, этим требованиям отвечают сети 10-Gigabit Ethernet и Gigabit Ethernet соответственно. Актуальность подобных систем вполне понятна: нагрузка на процессор при столь большом трафике огромна! Платы акселераторов для гигабитных скоростей уже созданы, и здесь актуальна проблема переделки имеющегося программного обеспечения, поддерживающего стек протоколов TCP/IP.
Взгляд в будущее
Продажи систем на базе Itanium 2 пока растут не так быстро, как предполагалось. Думаю, это вызвано, во-первых, достаточно высокими ценами на соответствующие компьютеры, а во-вторых, конкуренцией со стороны более дешевых и не слишком уступающих по производительности систем на платформе х86. В результате спрос на системы на базе Itanium 2 вызван, прежде всего, приложениями, требующими 64-разрядной адресации. Однако рост доступных емкостей оперативной памяти при падении уровня цен, как и ожидаемое в этом году появление 64-разрядных микропроцессоров AMD, повышает интерес к 64-разрядным системам.
Интерфейсу системной шины, напрямую поддерживающей до 4 процессоров, было посвящено одно из сообщений Intel на ISSCC. Шина Madison имеет пиковую пропускную способность 6,4 Гбайт/с. Будущие версии Pentium 4 с тактовой частотой шины 800 МГц, ожидаемые в этом году, будут иметь такую же пиковую пропускную способность.
Представляется, что указанная выше совместимость микропроцессоров может быть хорошим признаком определенной «зрелости» микроархитектуры. Возможно, мы будем наконец свидетелями эволюционного роста тактовой частоты «в стиле» Pentium 4, и благодаря уменьшению затрат на разработку (при неизменной микроархитектуре) соответственно уменьшатся стоимостные показатели. Очевидным становится и другой фактор: тактовая частота микропроцессоров с архитектурой IA-64 остается примерно в два раза меньшей, чем доступная для Pentium 4, за счет более эффективной архитектуры и микроархитектуры процессоров IA-64, что делает выигрыш в производительности не столь высоким.
Если взглянуть на фотографию Madison, то становится ясно, что большую часть площади занимает кэш третьего уровня. Он работает на тактовой частоте процессора, и двухкратный рост его емкости способен увеличить производительность приложений, рабочее множество которых «впишется» в 6 Мбайт, но не помещалось в 3 Мбайт.
В 2004 году планируется появление высокочастотной версии Madison с большим кэшем третьего уровня — уже 9 Мбайт. Здесь полезно отметить, что совместимость по микроархитектуре не требует существенной доработки блока оптимизации компиляторов; достаточно будет учесть увеличение емкости кэш-памяти, а скомпилированные ранее приложения будут близки к оптимальным.
Следующим шагом станет выпуск процессора Montecito с двумя ядрами на одной микросхеме. По этому пути пошли производители современных RISC-микропроцессоров (например, HP Alpha 21364, IBM Power4). Однако, в отличие от Power4, кэш третьего уровня у каждого из двух микропроцессорных ядер Montecito свой.
Даешь 64 разряда!
В практическом плане большой интерес представляло выступление на ISSCC 2003 Нимиша Моди, давшего обзор будущих микропроцессоров с архитектурой IA-64.
В этом году анонсировано появление микропроцессора Madison, совместимого с McKinley/Itanium 2 не только по микроархитектуре, но и по разъему. Фактически Madison — это версия Itanium 2, построенного по 0,13-микронной технологии против 0,18 мкм у Itanium 2, а также имеющего увеличенный до 6 Мбайт кэш третьего уровня. Тактовая частота Madison возросла в полтора раза — до 1,5 ГГц при ожидаемом увеличении производительности на 30-50%.
Базовое напряжение в Madison уменьшено до 1,3 В, что позволило оставить неизменным энергопотребление — 130 Вт (интересно, что эта величина сохраняется неизменной у всех микропроцессоров семейства Itanium). Микросхема содержит 410 млн. транзисторов, чуть ли не в два раза больше, чем у McKinley, но площадь кристалла при этом уменьшена до 374 кв. мм против 421 кв. мм у McKinley. Это, в свою очередь, может способствовать увеличению выхода годных изделий и, соответственно, понижению цены. Не позднее 2007 года Intel собирается разместить на кристалле уже 1 млрд. транзисторов!
Следующий важный момент, способствующий снижению уровня цен, — совместимость с системной шиной McKinley. Это означает, что с Madison могут работать имеющиеся наборы микросхем для McKinley и существует возможность заменить процессор McKinley на Madison в уже инсталлированных компьютерах (на практике могут быть некоторые ограничения). На вопрос одного из участников брифинга, почему вместе с ростом частоты процессора в Madison синхронно не увеличили частоту системной шины, Моди указал, во-первых, на эту совместимость, а во-вторых, отметил, что анализ показал отсутствие потенциально узкого места из-за пропускной способности системной шины.