Новая платформа для встраиваемых систем

Процесс заимствования индустрией встраиваемых решений технологий с рынка настольных компьютеров, ноутбуков и серверов идет уже не первое десятилетие, в результате чего основные типы полупроводниковых компонентов, внутренних и внешних интерфейсов у изделий из этих двух сегментов практически одинаковы. Не стали исключением и процессоры Intel Core i3/i5/i7, прошедшие обкатку на рынке массовых систем и теперь захватывающие сектор встраиваемых приложений.

С одной стороны, для индустрии встраиваемых приложений эти процессоры являются во многом революционными – еще никогда прежде в отрасли не было x86-совместимых компонентов с такой высокой производительностью на ватт потребляемой мощности. Например, по данным компании Kontron, на ее COM-модулях (Computer-On-Module, COM) при соизмеримой частоте процессоры Core i7 демонстрируют на 25% более высокую производительность и на 25% меньшее тепловыделение по сравнению с процессорами Intel предыдущих поколений. Это дает основание полагать, что процессоры Intel Core i3/i5/i7 будут использоваться как для расширения возможностей существующих систем, так и для создания принципиально новых решений, ориентированных на прикладные области, где ранее микроархитектура x86 имела лишь ограниченное применение (на рынке аппаратных средств для систем специального назначения до сих пор доминируют процессоры PowerPC с векторными блоками AltiVec). Производители активно устанавливают сегодня процессоры Intel Core i3/i5/i7 на платы всех основных форматов – такого энтузиазма в отрасли не наблюдалось, пожалуй, со времен Intel Pentium M. Речь идет о всех основных линейках высокопроизводительных продуктов, начиная от изделий типа «компьютер-на-модуле» и заканчивая платами для перспективных магистрально-модульных систем стандарта VPX.

С другой стороны, оборонно-аэрокосмический сектор входит в зону ответственности продуктов на базе Intel Core i3/i5/i7 фактически по умолчанию, поскольку x86-совместимые флагманские изделия в ключевых «оборонно-аэрокосмических» формфакторах VME и CompactPCI выпускаются уже давно. Появление большого числа встраиваемых продуктов на базе Intel Core i3/i5/i7 также вполне естественно и предсказуемо, поскольку игроки рынка встраиваемых систем всегда выражали сильную заинтересованность в новых процессорах Intel, а компания Intel охотно делится информацией относительно своих планов по выпуску очередных x86-совместимых процессоров. Если смотреть на ситуацию под этим углом зрения, то Core i3/i5/i7 следует признать эволюционными.

Создав платформу Core i3/i5/i7, инженеры Intel сделали шаг в том же направлении, что и их коллеги из Freescale и AMD, – интегрировав в кристалл ключевые функциональные блоки чипсета (контроллер памяти и видеоподсистему). Наибольших успехов по части интеграции достигла сегодня компания Freescale, новейшие многоядерные процессоры которой, например двухъядерный Freescale PowerPC MPC8641D, содержат в себе не только контроллеры памяти, но и контроллеры PCI Express, Gigabit Ethernet и Serial RapidIO. Процессоры Intel Core i3/i5/i7 в этом смысле опять-таки не оригинальны, если отвлечься от того факта, что, несмотря на высокую степень интеграции, изделия от Freescale до сих пор производятся по технологии 65 нм.

Помимо интегрированных контроллеров, к числу реализованных в платформе Intel Core i3/i5/i7 революционных нововведений принято относить технологии Hyper-Threading и Turbo Boost. Однако Hyper-Threading, превращающая одно физическое ядро в два виртуальных, является ровесницей процессоров Pentium 4, и с не меньшим основанием можно считать революцией увеличившиеся объемы кэш-памяти и возросшую тактовую частоту. Прямое отношение к последнему параметру имеет технология Turbo Boost, действие которой можно охарактеризовать как «динамический разгон» за счет повышения частоты процессора. Время пребывания в состоянии Turbo Boost определяется необходимостью соблюдения ограничений по максимальному энергопотреблению, или тепловым пакетом (Thermal Design Power, TDP). Но методы разгона процессоров также известны уже давно, и тот факт, что в случае Core i5/i7 соответствующая функция интегрирована в процессор, не дает основания считать ее революционной.

Однако не будем забывать, что технологии и архитектуры часто оказываются вторичны по отношению к финансам и маркетингу – пользователю по большей части не интересно, что находится внутри у приобретаемого им продукта, а гораздо важнее реальные преимущества. Если речь идет о процессоре, пользователю в первую очередь нужна информация по его производительности, потребляемой при этом мощности и стоимости. И здесь платформа Core i3/i5/i7 имеет очень сильные позиции.

Добиться высоких результатов инженерам Intel удалось благодаря оптимизации архитектуры и освоению технологических процессов 45 нм и 32 нм. В нанометровом аспекте компания AMD традиционно выступает в роли догоняющего – 45-нм техпроцесс покорился ей лишь год спустя после того, как он был освоен корпорацией Intel, а первые чипы AMD с разрешением 32 нм появятся не ранее 2011 года, когда Intel уже перейдет на следующий, 22-нанометровый техпроцесс.

Процессоры Core i3/i5/i7 уже устанавливают на свои изделия многие поставщики встраиваемых решений, в том числе четыре крупнейших холдинга, занимающие более 70% рынка: GE, Kontron AG, Emerson Electric Company и Curtiss-Wright Control Embedded Computing. Например, холдинг Kontron уже предлагает на базе указанных процессоров платы VPX, мезонины AdvancedMC, модули стандарта COM Express и даже одноплатные компьютеры в классическом конструктиве CompactPCI.

В силу специфики системного стандарта VPX продукты на его основе (например, VX6060 от Kontron) рассчитаны на использование в требовательных приложениях с параллельной обработкой данных и сигналов – два независимых вычислительных узла на базе процессоров Intel Core i7 с подключением к коммуникационной инфраструктуре Ethernet/PCI Express открывают неплохие перспективы для организации интенсивной параллельной обработки. Каждый узел образован отдельным процессором, в котором уже есть контроллер памяти и графическое ядро. Такие решения вполне способны потеснить процессоры PowerPC с технологией AltiVec в сегментах радаров, сонаров, авионики и систем работы с изображениями. Одним из ключевых преимуществ микроархитектуры PowerPC/AltiVec традиционно была более высокая производительность на ватт, однако, как видно из данных, приведенных компанией Kontron (см. рисунок), сегодня это уже не так.

Продукт ETXexpress-AI – компьютер-на-модуле формата COM Express Basic – прежде всего имеет расширенные графические возможности, которые вполне обеспечиваются теперь возможностями Core i7, производительность на модуле которого в 2,5 раза превышает производительность решений на базе мобильных чипсетов Intel GM45 и Intel GS45.

Появление серии Intel Core i3/i5/i7 на рынке встраиваемых систем было ожидаемо – горизонт планирования в процессорной отрасли составляет два года, и потому все, кто хочет подготовиться к приходу новых процессоров на основе информации из открытых источников, такую возможность имеют. Вместе с тем развитие по такому важнейшему эксплуатационному параметру, как производительность на ватт потребляемой мощности, вывело процессоры Intel Core i3/i5/i7 на новый уровень, позволяющий, в частности, всерьез говорить о конкуренции между x86-совместимыми чипами и чипами с микроархитектурой AltiVec. Благодаря увеличению числа ядер в одном корпусе и переходу на технологические процессы более высокого разрешения платформа x86 уже не уступает устройствам PowerPC не только по удельному быстродействию (см. рисунок), но и по абсолютной производительности (таблица).

В лагере альтернативных решений пока нет единства. Компания AMD выпускает процессоры с архитектурой x86, ориентируясь в первую очередь на массовый рынок, Freescale – процессоры с архитектурой PowerPC, находящие спрос исключительно во встраиваемых системах. Объединяет их лишь наличие общего конкурента. И если AMD по крайней мере способна выдерживать задаваемый корпорацией Intel темп, то Freescale, увлекшаяся интеграцией, явно теряет инициативу: отставание от Intel по такому банальному, но от того не менее важному показателю, как плотность производства, грозит стать катастрофическим – разрешение технологического процесса определяет энергопотребление конечной системы в большей степени, нежели степень интеграции входящих в нее полупроводниковых устройств. Уже сегодня ничто не мешает реализовать в микросхеме центрального процессора вообще весь чипсет и память, но если такая «система-на-кристалле» будет изготавливаться по нанометровым нормам 10-летней давности, ее энергопотребление окажется существенно выше, чем у решения традиционной компоновки, но с 32-нанометровым процессором.

В контексте оборонных и аэрокосмических приложений, которыми сегодня ограничивается сфера применимости процессоров PowerPC компании Freescale, недостаток у x86-оборудования на сегодняшний день лишь один – консервативность рынка. Впрочем, процессоры Intel теснят PowerPC даже там, где они властвовали на протяжении десятилетий, например на рынке VME-решений для оборонно-аэрокосмических заказчиков, – доля x86-совместимых процессоров здесь растет на 1-2% в год. Однако борьба между Freescale и Intel, по сути, только началась и идет лишь в сегменте специальных применений, и конкурентам Freescale еще рано радоваться – оборонные и аэрокосмические приложения представляют собой очень специфический рынок, а продукция Freescale сегодня пользуется на нем огромным уважением.

***

Платформа Intel Core i3/i5/i7 сочетает в себе революционную новизну и особо важную для разработчиков встраиваемых систем эволюционность. В этих процессорах заключена новизна особого свойства – отсутствие эффекта неожиданности, но вместе с тем масштабные изменения характеристик, способные привести к качественным изменениям на рынке. Для потребителя не так уж важно, являются процессоры Intel Core i3/i5/i7 эволюционными или же революционными – гораздо важнее видеть в них платформу, подходящую для решения конкретных задач. Вряд ли эти процессоры смогут отправить в отставку микроархитектуру PowerPC/AltiVec, однако сам факт постановки такого вопроса ведущими отраслевыми экспертами и крупнейшими производителями оборудования заслуживает как минимум пристального внимания.

Леонид Акиншин (rtsoft@rtsoft.ru)  – сотрудник компании «РТСофт» (Москва).