В будущем увеличение производительности микропроцессоров станет возможным только благодаря реализации новых подходов
Время, когда производители наращивали производительность микропроцессоров за счет уменьшения размеров транзисторов, подошло к концу, и наступает период новаторских решений, когда возможности системного уровня становятся не менее важными, чем уменьшение размера вентилей на транзисторах. Этой проблеме посвятил свое выступление Берни Мейерсон, вице-президент и главный технолог группы IBM Systems and Technology Group, на состоявшейся недавно в Сан-Хосе конференции Fall Processor Forum.
Многие годы разработчики обеспечивали увеличение производительности процессоров, четко придерживаясь двухгодичного цикла обновлений технологии, сопровождавшихся уменьшением нормы проектирования. Это позволяло наращивать тактовую частоту, увеличивать объем кэш-памяти и сокращать размер процессоров, при этом большая часть возможностей не менялась от поколения к поколению.
Появление чипов на основе технологии с нормой проектирования 90 нм заставило многих производителей из?менить стратегию. Чипы настолько малы, что дефекты могут привести к утечкам энергии, превышающим обычный уровень в 100 раз. Проблемы с потерей мощности при норме проектирования 90 нм и отказ лидера отрасли, корпорации Intel, от запредельно высоких тактовых частот весь прошлый год были предметом особого беспокойства практически каждого крупного производителя микросхем.
В современных процессорах уже используется немало новаторских решений, но в будущем увеличение производительности станет возможным только благодаря реализации новых подходов на уровне микросхем и системы в целом. В 80-х годах транзисторы на основе КМОП-технологии заменили биполярные транзисторы, что позволило сохранить темпы совершенствования процессоров. Сейчас отрасли необходим такого же рода «План Б», хотя и существует немало различных мнений относительно того, как добиться столь кардинальной реформы отрасли.
К перспективным подходам относятся двухъядерные структуры, встроенные память и программное обеспечение.
Двухъядерные структуры — один из способов, посредством которого есть надежда продолжить наращивание производительности столь же высокими темпами, как раньше. IBM имеет в своем распоряжении двухъядерный процессор с момента анонса Power 4 в 2001 году, и большая часть отрасли планирует последовать примеру этой компании. Два отдельных процессорных ядра, каждое из которых работает медленнее, чем одноядерный процессор, вместе способны превзойти такой процессор, причем без значительного увеличения потребляемой мощности.
Как и следовало ожидать, Мейерсон назвал продукт IBM примером того, как необходимо совершенствовать процессоры. Один из последних суперкомпьютеров IBM, Blue Gene, оснащен тысячами процессоров, которые не отмечаются особым быстродействием, но в совокупности, благодаря преимуществам проектных решений системного уровня, обеспечивают необходимую производительность. Суперкомпьютер Blue Gene, созданный для Национальной лаборатории имени Эрнста Лоуренса в Ливерморе, недавно показал в тесте Linpack скорость 36,01 TFLOPS, то есть 36 трлн. операций с плавающей точкой в секунду, что дает ему право называться самым быстрым в мире суперкомпьютером. Однако наиболее интересный момент в этом достижении Blue Gene связан с тем, что подобная производительность была показана на системе в 100 раз меньшей, чем Earth Simulator, которому принадлежал предыдущий рекорд.
Размеры транзисторов будут и дальше сокращаться. IBM, Intel и другие производители микросхем по-прежнему намерены каждые два-три года переходить на все меньшую норму проектирования. Однако наряду с этим и по мере распространения таких технологий, как виртуализация, все большее значение будут приобретать последние достижения в области разработки микросхем, такие как технологии «растянутого кремния» (strained silicon, SS) и «кремния на изоляторе» (silicon-on-insulator, SOI).