Ум хорошо, а два - быстрее 
Давным-давно, 12 лет назад, появился на свет первый процессор из семейства Pentium. Просто Pentium, никому тогда и в голову не приходило давать ему порядковый номер. Да и вряд ли кто мог в то время предвидеть последующие этапы пути, приведшего компьютерный мир к нынешней ситуации, практически к переломному моменту во всей идеологии построения компьютеров широкого применения, персональных, бытовых, домашних "числодробилок". А что, собственно, случилось? Да ничего страшного, еще не конец света, просто тишком-молчком, мелкими перебежками подошла-таки компьютерная индустрия к очередному технологическому рубежу, и не одному только технологическому, но даже и психологическому. Самое время остановиться, оглянуться, вспомнить, как хорошо все начиналось.
1993 год, Pentium 60, тактовая частота 60 МГц, 3 миллиона транзисторов, технологическая норма 0,8 мкм. Intel практически один на рынке процессоров, конкуренты отдыхают. Казалось бы, куда спешить? Но разработчикам программного обеспечения требуется все большее быстродействие процессоров, оптимизация программного кода - дело долгое и дорогое, вот и приходится усложнять архитектуру процессора, увеличивать число транзисторов, повышать тактовую частоту. Начинается "гонка за мегагерцами", подстегиваемая растущими аппетитами программистов.
Очень кстати в гонку ввязывается AMD, и процесс выжимания соков из технологии становится лавинообразным. В итоге, за 12 лет точность изготовления элементов улучшается почти в 10 раз, до 0,09 мкм, число транзисторов на кристалле типичного процессора увеличивается чуть ли не в 60 раз (до 169 миллионов, а есть и монстры вроде грядущего Itanium MP Montecito с 1,7 миллиардами транзисторов), тактовая частота возрастает более чем в 60 раз (3,8 ГГц для Intel Pentium 4 5xx). Вот тут-то и завиднелся предел.
Предел
Во-первых, для достижения упомянутых цифр уже были использованы практически все резервы - и медные соединения, и Low-k диэлектрики, и кремний на изоляторе (SOI), и напряженный кремний. Следующий технологический шаг - к норме 65 нанометров - будет стоить огромных трудов и вплотную подведет к физически непреодолимым барьерам.
Во-вторых, то, что получилось сейчас, на финише этой гонки, обладает просто чудовищным тепловыделением. У процессора Intel Pentium 4 570 при площади кристалла 112 кв. мм потребляемая мощность достигает 160 Вт. Такие цифры ассоциируются с паяльником. А потребляемый ток - свыше 100 ампер - напоминает не о микроэлектронике, а скорее о сварочных аппаратах. Ну и как жить дальше? Как порадовать жаждущих еще большей вычислительной мощи?
Дальнейшее увеличение частоты процессора (по крайней мере, при норме 90 нм) практически невозможно, Intel отказался от выпуска кристаллов на 4 ГГц.
Конкуренту, впрочем, тоже почти не осталось пространства для маневров с частотой. При используемой в процессорах AMD архитектуре порог по частоте составляет около 2,8 ГГц и будет достигнут, видимо, уже к концу 2005 года. Правда, ситуация с тепловыделением у процессоров AMD не столь напряженная, так что старшие модели Athlon 64, при примерном паритете в производительности, оказываются менее горячими, чем шедевры от Intel. Тем не менее, проблемы с ограничением тактовой частоты стоят в полный рост - за последний год инженерам AMD удалось продвинуться вперед всего на 200 МГц.
Волей-неволей пришлось-таки обеим командам завершить "гонку за мегагерцами" и подумать о других путях повышения производительности процессоров.
Обходные пути
Собственно говоря, эти пути известны давно. Первый - усовершенствование архитектуры, введение новых узлов, осуществляющих на аппаратном уровне обработку стандартных или однотипных операций (например, SSE1, SSE2, SSE3), использование специализированных сопроцессоров для специфических вычислительных задач. Это сложный путь, требующий иногда коренного изменения архитектуры. Оглядываясь назад, можно отметить, что специализированные сопроцессоры в ходе эволюции могут либо входить в ядро процессора (яркий пример - математический сопроцессор, который когда-то был отдельной микросхемой), либо, наоборот, уходить из ядра, оформляясь в виде отдельной подсистемы. Скажем, не так уж давно графические вычисления приходилось выполнять центральному процессору. В будущем, вполне вероятно, подобная участь ожидает и вычисления, связанные с расчетом физики игрового мира и AI (искусственного интеллекта) в игровых приложениях: уже анонсированы специальные платы-ускорители для решения именно таких задач. Итак, архитектура процессоров постоянно меняется, однако на сегодня она уже настолько оптимизирована, что этот путь вряд ли может привести к революционным прорывам - скорее, речь идет о небольших улучшениях или специализации для решения определенного класса задач.
Второй путь тоже не назовешь оригинальным. Если бревно не поднять одному, надо тащить его вдвоем. Не справляется один процессор - надо взять два. Этот путь называется распараллеливанием вычислений. Такая идея родилась очень давно, задолго до появления компьютеров. Например, при разработке космогонической гипотезы О. Ю. Шмидта об образовании Солнечной системы численное решение уравнений проводилось двумя независимыми группами вычислителей на механических арифмометрах "Феликс".
Распараллеливание
В компьютерных технологиях параллелизм в той или иной мере используется почти везде. Достаточно сказать, что одной из отличительных особенностей прародителя всего семейства Pentium, того самого Pentium 60, была суперскалярная архитектура, подразумевавшая наличие двух конвейеров, работающих параллельно. С тех пор многоконвейерность является неотъемлемым свойством архитектуры любого современного процессора.
Не избежали соблазна распараллеливания и специализированные процессоры - можно вспомнить Voodoo2 и первое пришествие SLI, да и погубившая фирму 3dfx видеокарта Riva TNT тоже имела 2 текстурных конвейера (TNT расшифровывается как TwiNTexel).
В теперешних графических процессорах конвейеров может быть гораздо больше, так, чип G70 имеет 8 вершинных конвейеров и аж 24 пиксельных. Впрочем, параллельная обработка графических приложений достойна отдельного разговора, а торжественная реинкарнация SLI отнюдь не является чем-то эпохальным. Осмелюсь предположить, что со временем энтузиазм здесь поутихнет и действительно массовой эта технология все же не станет. А вот логическое завершение идеи параллельных вычислений применительно к центральному процессору - многопроцессорная архитектура - как раз и является тем рубежом, переход которого способен в корне изменить существующее сейчас представление о том, что такое рабочая станция или домашний компьютер. Освоение в массовом производстве микропроцессоров привело к появлению персонального компьютера, а появление двухядерных процессоров рано или поздно приведет к размыванию границы между персональными компьютерами и профессиональными вычислительными системами. Лиха беда начало; троянский конь уже построен, имя ему - двухядерный процессор.
Рынок созрел
Конечно, многопроцессорные системы существовали и раньше, но они всегда рассматривались как сугубо профессиональное, узкоспециализированное решение, применяемое для создания серверов, мощных графических станций и кластеров в суперкомпьютерах.
Собственно, все современные суперкомпьютеры состоят из множества параллельно работающих процессоров. Но никому и в голову не приходило тащить эту идею в персоналки, в домашний или офисный компьютер. Настолько не приходило, что в операционных системах для домашних применений поддержка многопроцессорности или отсутствовала совсем (Win9x, WinMe) или была заблокирована (WinXP Home Edition). Не понимало многопроцессорности, а значит, не могло ее использовать, и большинство программ, ориентированных на домашние компьютеры (игры, простые текстовые и графические редакторы, большинство офисных и мультимедийных приложений). Почему же именно сейчас технологии многопроцессорности решено выпустить на рынок настольных платформ?
Причин тому несколько. Первая, и видимо, самая важная - рынок созрел для восприятия этой технологии. Домашние мультимедийные, игровые и офисные приложения, совместными стараниями разработчиков железа и софта, теперь способны исчерпать ресурсы самого могучего процессора. Взять хотя бы обработку цифрового видео. Три года назад нелинейный видеомонтаж был уделом специалистов, а теперь цифровая видеокамера - заурядный домашний аппарат, а подготовка видеопрезентаций - штатная возможность офисных пакетов. На подходе и первые попытки воплощения в железе идеи "цифрового дома": домашний сервер будет управлять всеми бытовыми приборами, начиная от охранной сигнализации и заканчивая оформлением и передачей в интернет-магазин заказа от холодильника на пополнение запасов пива. И это в промежутках между обслуживанием традиционных компьютерных нужд хозяев дома - веб-серфинга, игр, работы на дому, мультимедийных развлечений: А впереди еще голосовой интерфейс, распознавание облика пользователей и другие весьма интересные и очень ресурсоемкие технологии.
Вторая причина - технология производства полупроводниковых пластин уперлась в очередной частотный барьер, но никто не мешает выпускать в больших количествах кристаллы с приемлемой для массового покупателя ценой. И дать покупателю два процессора оказывается гораздо проще и дешевле, чем изобретать вдвое более мощный.
Не исключена и третья причина, чисто маркетинговая. Раз рост производительности остановился, а наращивать продажи необходимо, надо придумать нечто новое и убедить покупателя, что именно это ему и нужно. А что сегодня может быть новее, чем двухядерный процессор? "Как, вы все еще считаете на одноядерном? Тогда мы идем к вам!" Стандартный маркетинговый мат в два хода покупателю.
Короче говоря, все причины сложились так, что двухядерным процессорам - быть. Сегодня это становится актуальным и для производителя, и для массового потребителя.
Сегодняшняя реальность
Так или иначе, двухядерные процессоры - это реальность дня сегодняшнего, они уже в продаже. А к концу 2006 года, согласно прогнозам, они должны занять 70 % рынка настольных систем (слегка напоминает энтузиазм прогнозов по внедрению PCI Express или DDR2, не правда ли?). Давайте попробуем рассмотреть технические аспекты, понять, каковы реальные плюсы от двухядерности, когда и где ее применение в настольных, домашних, офисных компьютерах оправдано.
Классическая двухпроцессорная система (самый простой вариант многопроцессорности) подразумевает наличие двух отдельных процессоров. Оба процессора одинаковы и равноправны (если речь идет о симметричной многопроцессорной системе, SMP), оба используют общую системную шину, но управляют шиной по очереди. Чередование осуществляет специальный блок - арбитр шины, передающий управление тому или другому процессору по определенным правилам.
Оба процессора равноправно разделяют доступ к общим системным ресурсам - оперативной памяти, периферии и т. д. Вычислительная нагрузка между процессорами распределяется средствами операционной системы, вот почему выигрыш в производительности от применения SMP возможен только при использовании ОС, умеющих работать с многопроцессорными системами (семейство Windows2000, WindowsXP Professional, Unix и т. д.). WinXP Home Edition, согласно официальной информации, размещенной на сайте Microsoft, многопроцессорность не поддерживает. Впрочем, технология виртуальной двухпроцессорности - HyperThreading - в этой системе работает корректно, что позволяет надеяться на выход соответствующего "обновления" в нужное время.
До сих пор двухпроцессорные системные платы, применявшиеся в серверах и графических станциях, имели два отдельных процессорных гнезда, каждое со своей "обвязкой" - элементами схем питания, стабилизации, и т. д.; каждый процессор устанавливался со своей системой охлаждения. Конструкция получалась громоздкая, но никто на это не пенял. Сервер и не обязан быть малогабаритным, на столе ему не место.
Двухядерный процессор - дело иное. Здесь на одном кристалле, рядом друг с другом, расположены два независимых процессорных ядра. Площадь кристалла у двухядерного процессора чуть меньше удвоенной площади одноядерного (для процессоров Intel - 206 и 112 кв. мм соответственно), число транзисторов также отличается почти вдвое (230 и 125 млн). Двухядерный кристалл упакован в стандартный корпус (LGA 775 у Intel, Socket 939 у AMD), для охлаждения используется один кулер, так что системные платы для двухядерных процессоров вполне умещаются в стандартный форм-фактор ATX.
Однако имеется некоторая специфика, связанная с питанием и охлаждением. Дело в том, что энергопотребление у двухядерного процессора примерно вдвое больше, чем у каждого из его ядер в отдельности. Вот тут-то и таятся возможные проблемы.
Если для одноядерного процессора Intel Pentium 4 модели 570 максимальная потребляемая мощность может достигать 160 Вт, то два таких ядра, расположенные на одном кристалле, должны рассеивать уже более 300 ватт, а это уже совершенно неприемлемая величина для настольных систем. Intel преодолел эту трудность просто - его двухядерные процессоры используют ядра с меньшей частотой (3,2 ГГц вместо 3,8), так что типичное тепловыделение находится на уровне 130 Вт, а максимальное - около 180. Стало быть, для устойчивой и надежной работы двухядерных процессоров требуются более мощные блоки питания, более эффективные кулеры и, самое главное, схемотехника регуляторов питания и конструкция системных плат для таких процессоров должна обеспечивать токи свыше 100 А! Также, очевидно, придется уделять больше внимания организации отвода тепла из самого системного блока - количеству и размещению вентиляторов, оптимизации воздушных потоков внутри корпуса. Похоже, надежда на "тихий и холодный" системный блок с приходом двухядерных процессоров окончательно испарится.
Все сказанное выше в равной мере относится к обоим процессорным гигантам, хотя подходы Intel и AMD к технической реализации двухядерных процессоров существенно различаются
Intel 
У Intel первый двухядерный процессор (ядро Smithfield) представляет собой просто два совершенно идентичных независимых ядра Prescott, расположенных рядом на одном монокристалле кремния. Общих схемных элементов нет, объединяет их только монокристаллическая пластина, в толще которой они выращены. Более того, следующий двухядерный процессор от Intel, именуемый Presler, должен представлять собой два совершенно отдельных кристалла, изготовленных по норме 65 нм (ядро Cedar Mill), просто упакованных в один корпус.
Для использования двухядерных процессоров от Intel, согласно официальной информации, необходимы системные платы на основе новых чипсетов, специально спроектированных с расчетом на работу в многопроцессорных конфигурациях. У Intel это чипсет i955X; кроме того, двухпроцессорность официально поддерживает чипсет nForce4 (Intel Edition) от nVidia. Более ранние чипсеты, вроде i915/i925, по утверждению инженеров Intel, не позволяют обеспечивать устойчивую работу двухядерных процессоров.
Схемотехнически в двухядерных процессорах Intel оба ядра фактически подключены параллельно друг другу к общей системной шине. При таком подключении нагрузка на системную шину возрастает вдвое, и при высоких тактовых частотах старые чипсеты просто не справляются с нагрузкой. Не надо лить молодое вино в старые мехи.
Впрочем, полной ясности тут нет, некоторые производители системных плат даже анонсируют "новинки" на древнем чипсете i865PE с поддержкой двухядерного процессора Pentium Extreme Edition (например, отпочковавшаяся от ASUS компания ASRock c моделью 775i65PE).
Кого может заинтересовать подобный симбиоз, не очень понятно, хотя определенная логика тут есть: если i865PE способен работать с одиночным ядром Prescott, что может помешать ему понимать два таких ядра? К тому же инженеры фирмы ASUS всегда отличались умением выжимать из железа все соки, документированные и не очень - вспомним хотя бы нештатную поддержку шины 800 МГц в i845PE или РАТ в i865. Тем не менее, пихать новые двухядерные камни в старые платы на LGA775, несомненно, не стоит: обеспечить процессор необходимым ему током они точно не способны, не говоря уже о полном непонимании со стороны BIOS. Так что покупки новой системной платы в придачу к новому процессору адептам Intel не избежать. Да еще и блок питания помощнее не забыть, да еще и пару модулей DDR2 533/667, у кого нет - других i955X не понимает. Нет, определенно, понятие "upgrade" себя исчерпало.
AMD 
Инженеры AMD несколько более гуманны по отношению к пользователю. Начать с того, что энергопотребление двухядерных процессоров от AMD находится на приемлемом уровне. Максимальное паспортное тепловыделение для Athlon 64 X2 4800+ составляет 110 Вт, реальные тестовые данные - около 96 Вт, и это при том, что частота двухядерного процессора аналогична максимальной частоте одноядерных (напомню, что Intel был вынужден снизить частоту у своих двухядерных, чтобы удержать тепловыделение в разумных рамках).
Видимо, благодаря не очень возросшему энергопотреблению, новые процессоры не требуют специальных системных плат. Заявлено, что Athlon 64 X2 4800+ совместимы с любой современной платой под 939-контактный разъем, необходима только перепрошивка BIOS. Собственно, это вполне объяснимо: само ядро К8 изначально проектировалось с расчетом на будущую двухядерность и максимальную обратную совместимость.
Что же касается отличий в подходах к реализации двухпроцессорности, решение AMD имеет как сильные стороны, так и уязвимые места. Если у Intel процессоры полностью независимы друг от друга, то у AMD оба ядра используют размещенный на этом же монокристалле контроллер памяти (двухканальный, разумеется, правда, поддерживается только память DDR1 PC3200). Там же, на едином кристалле, расположены общий для обоих ядер контроллер шины HyperTransport, блок обработки очереди системных запросов и специальный коммутатор Crossbar Switch, осуществляющий взаимодействие каждого из ядер с разделяемыми системными ресурсами. Эти блоки управляют и взаимодействием ядер между собой, например, обеспечением согласованности данных в кэш-памяти каждого из процессоров, так что ядра могут поддерживать когерентность кэшей без обращения к внешним разделяемым ресурсам. Да и вообще, изначально, на стадии проектирования, ядро K8 задумывалось как основа для многопроцессорных, серверных конфигураций, и возможность прямого общения процессоров была заложена еще на стадии разработки. По сути дела, в кристалл процессора перенесен почти весь северный мост чипсета, большая часть его функций.
Единственный серьезный недостаток двухядерных процессоров AMD - поддержка только относительно медленной по нынешним меркам памяти DDR1 PC3200. Для двухядерных процессоров это не очень критично, пропускной способности памяти пока хватает для параллельной работы. Но с увеличением числа ядер или с повышением их частоты контроллер памяти неминуемо станет узким местом всей системы. Такую цену AMD пришлось заплатить за обеспечение максимальной совместимости новых процессоров AMD64 со старой элементной базой. Переход на новый тип памяти - DDR2 - приведет к необходимости существенной переработки ядра процессора, ведь контроллер памяти встроен в ядро. В итоге придется переходить на новый тип корпуса с увеличенным числом контактов, новый процессорный разъем (название для него уже придумано - Socket M2), новые системные платы: Именно это и ждет в конце следующего года приверженцев AMD. Нет, определенно, понятие "upgrade" исчерпало себя и здесь.
Истинная многопоточность
Ну что же, разобравшись с железом, можно попытаться понять, достигнута ли цель, ради которой это все затевалось. Что реально получает пользователь, переходящий на двухядерную платформу? Будет ли эта платформа вдвое производительнее обычной, однопроцессорной?
Да, при определенных условиях именно так и будет. Ну, почти так. Прежде всего, два процессора - это истинная многопоточность, возможность одновременно и независимо обрабатывать две последовательности команд. В отличие от виртуальной двухпроцессорности (например, HyperThreading), здесь каждый из процессоров обрабатывает поток практически "без оглядки" на своего напарника.
По результатам тестирования процессоров Intel Pentium 4 с технологией HyperThreading, максимальный прирост производительности составляет 40-45 % и достигается только в ситуации, когда каждый из одновременно выполняемых потоков команд большую часть времени использует разные аппаратные ресурсы процессора, так что потокам не приходится конкурировать за один и тот же логический блок. Например, один поток использует только блок целочисленных операций, а второй - блок вещественных чисел. Понятно, что в реальных программах такая ситуация практически невозможна, и одному из потоков постоянно требуется обращение к аппаратным блокам, которые в это время заняты другим потоком, что останавливает вычислительный процесс до освобождения нужного ресурса. В результате, в большинстве случаев прирост производительности от применения HyperThreading составляет всего 3-5 %.
Аналогичная картина будет наблюдаться и при работе приложений, которые не умеют распараллеливаться, то есть создавать несколько потоков: в этом случае ускорение возможно только за счет параллельной обработки запросов, сгенерированных операционной системой.
В случае двухпроцессорной или двухядерной системы картина совершенно иная. Если вычислительных потоков два, каждый из них получает в свое распоряжение одно из ядер целиком, безраздельно. Потоки могут обрабатываться непрерывно, даже если выполняемые приложения вовсе не умеют распараллеливаться. Кажется, что тут уж возможно получить двукратный выигрыш в производительности, однако реально этого не происходит.
Причина в том, что часть аппаратных ресурсов вычислительной системы оба ядра используют совместно (например, оперативную память, периферию), так что некоторое пересечение интересов будет всегда. Тем не менее, для двухядерной системы повышение производительности на 80-90 % - вещь вполне достижимая, зафиксированная в тестировании на реальных приложениях.
В настоящее время специальных тестовых приложений, рассчитанных именно на двухядерные процессоры, учитывающих специфику распараллеливания в конкретных аппаратных и программных конфигурациях, не существует, по крайней мере, для широких кругов пользователей. Так что не стоит хвататься за SySoftSandra или даже 3D Mark для оценки выигрыша - эти "попугаи" тут не очень подходят, их результаты следует интерпретировать осторожно.
Что мы с этого имеем
Конечно, конкретный прирост производительности существенным образом зависит от того, сколько приложений и какие именно приложения запущены в одновременную работу, умеют ли эти приложения распараллеливаться на несколько потоков, и так далее. Реальный, измеряемый, заметный пользователю выигрыш получается в двух случаях.
Первый случай: выполняется только одно приложение, которое рассчитано на параллельные вычисления. К таковым приложениям относятся программы для кодирования и редактирования аудио- и видеопотоков, обработки изображений (Adobe Premier, Windows Media Encoder, Adobe Photoshop), программные пакеты 3D-моделирования и рендеринга (3D Studio Max, LightWave), профессиональные пакеты САПР. Именно для таких приложений время выполнения одиночной задачи сокращается в полтора-два раза.
Второй случай, при котором наглядно проявляются преимущества двухядерной платформы - необходимость одновременного выполнения хотя бы двух разных приложений. В этом случае, даже если каждое приложение создает только один поток, выигрыш в производительности все равно будет существенным. Так что вполне возможна ситуация, когда на одном ядре идет кровавая рубка в DOOM3, а другое ядро в это время чинно-благородно рендерит срочный заказ. И волки сыты, и овцы целы. А что, я бы купил:
Но если говорить серьезно, для крутых геймерских машин двухядерники как раз совершенно бесполезны. Пока ни одна игра не поддерживает многопоточность, не умеет распараллеливать свои вычислительные процессы. Просто потому, что это до сих пор не требовалось. Разработчики игровых программ хорошо понимают, что за игру в рабочее время на корпоративном сервере или исследовательском суперкомпьютере начальство голову оторвет, а дома такого железа ни у кого нет. Зачем же усложнять себе жизнь и создавать многопоточные программы? Вот и получается теперь, что хотя игры являются самыми ненасытными пожирателями вычислительных ресурсов и новейшие игрушки всегда работают на пределе (а то и за пределом) аппаратных возможностей самых мощных настольных машин, в ближайшие год-два бескомпромиссные геймеры никакой пользы от появления двухядерных процессоров, скорее всего, не получат. Ну, разве только те, кто любит играть в две разные игры одновременно: А для остальных пока остается прежний путь - одноядерный процессор погорячее (куда уж дальше-то!), видеокарта помощнее (тут еще есть резервы, денег бы только хватило), SLI опять же, или там CrossFire.
Конечно, как только двухядерные процессоры займут хотя бы часть рынка настольных систем, разработчики игр возьмутся за дело. Процессорное быстродействие одноядерных настольных систем уже на пределе, производительность видеокарт достигнет предела в ближайшие два года (если не случится революционных изменений в технологиях 3D-графики), так что другого выбора у игровых программистов, похоже, нет. Но придется подождать, ведь приличная игра разрабатывается не год и не два. Duke Nukem Forever, где ты?
Два, четыре, девять:
Совместная разработка компаний IBM, Sony и Toshiba - многоядерный процессор Cell, многократно превосходящий обычные ЦП по производительности. 
Если уж производители уперлись в предел частоты и серьезно взялись за распараллеливание, на двух процессорах они явно не остановятся. Тут, наверное, лучше двигаться последовательно - сначала как следует освоить и вывести на рынок двухядерные платформы, затем браться за четырехядерные, и так далее. Но на этом пути у двух маститых процессорных производителей может появиться очень серьезный конкурент, который начал сразу с девяти. Речь идет о процессоре Cell, разработанном совместно фирмами Sony, Toshiba и IBM.
Анонсированный в феврале 2005 года прототип этого процессора вобрал в себя все технологические достижения микроэлектроники (технологию 90 нм, SOI, напряженный кремний, медные соединения). Площадь кристалла (221 кв. мм) и число транзисторов (234 миллиона) очень близки к аналогичным параметрам двухядерников от Intel и AMD, так же, как и у них, из 90-нм технологии выжато все. Близка к предельной для этого техпроцесса и тактовая частота (заявлено значение 4 ГГц), а вот тепловыделение для такой частоты подозрительно мало: всего 80 Вт. Наиболее же интересно в этом процессоре одновременное использование девяти ядер, интегрированных в одном кристалле.
Правда, в отличие от наших двухядерных дебютантов, в архитектуре Cell не все ядра одинаковы. Одно из них, называемое PPE (Power Processor Element) можно считать центральным процессором. PPE построен на базе PowerPC G5 и, по предварительной информации, содержит в себе еще два ядра, поддерживающих 64-разрядные вычисления, то есть способен одновременно обрабатывать два независимых вычислительных потока. Остальные 8 ядер одинаковы и представляют собой специализированные векторные процессоры со своей локальной памятью; называются эти процессоры согласованными процессорными элементами (SPE), что, видимо, должно подчеркивать суть архитектуры - дополнительное усиление эффекта при совместной согласованной работе нескольких ядер. При этом каждый SPE работает независимо от других, вплоть до того, что может выполнять свою собственную задачу. Демонстрировалось, например, одновременное декодирование 48 потоков видео в формате MPEG2, в котором были использованы шесть из восьми ядер SPE, седьмой SPE масштабировал все 48 потоков для вывода на экран, а восьмой просто отдыхал. При соединении в сеть нескольких, даже разнородных, устройств на базе процессора Cell, каждый процессор может общаться со своими собратьями, распределяя между ними вычислительную нагрузку. Разработчики утверждают, что Cell может использоваться в качестве процессора практически для любых применений, требующих больших вычислительных ресурсов (графических вычислений, нелинейного видеомонтажа, обработки больших баз данных, систем САПР), для создания многопроцессорных серверов и суперкомпьютеров - в общем, везде! Заявлено о производительности на уровне 250 Гигафлоп/с. Это не просто много, это ОЧЕНЬ МНОГО для одного чипа. Это четверть суперкомпьютера на одном кристалле. При этом процессор не привязан к определенной операционной системе, как говорят - платформенно независим. И это чудо всего через год можно будет купить! Первое из достоверно известных применений - игровая приставка Sony PlayStation3. Другие члены альянса тоже знают, куда его пристроить: Toshiba будет использовать Cell в телевизорах, IBM сделает на его основе рабочую станцию. Еще одно из планируемых применений - реализация концепции цифрового дома. С учетом способности Cell распараллеливать вычисления на любое количество процессоров, находящихся в одной сети, получаем уже не просто кучу соединенных между собой бытовых приборов и устройств, а распределенный домашний суперкомпьютер.Самое интересное в концепции Cell - универсальность процессора, подчеркнутая даже в его названии. "Cell" можно перевести и как "клетка" в биологическом смысле слова, и как "ячейка" - явный намек на использование процессора в качестве элементарной вычислительной ячейки в более сложных системах. Intel достаточно жестко позиционирует свой процессоры (P4Prescott - для настольных систем, Xeon - для серверных приложений), и это технически совершенно разные ядра. У AMD практически одно и то же ядро К8 используется для настольных процессоров и для серверных применений (различие между Athlon64 и Opteron - только в контроллере памяти). Cell же можно будет использовать и в игровых приставках, и в настольных компьютерах, и в графических станциях, и в серверах, и в суперкомпьютерах - из кирпичиков можно построить что угодно. Вот такие витки спирали - от универсальности к специализации и снова к универсальности.*****Двухядерные процессоры уже стали реальностью, и свои 70 % рынка настольных машин они, несомненно, займут, пусть и не к концу 2006 года. В крайнем случае, производители просто снимут одноядерные с производств. Чтобы прогресс не тормозили. Но дальше-то что? Четырехядерные, восьмиядерные, шестнадцатиядерные? Или вычислительный альянс холодильника, телевизора и музыкального центра? Предсказания - вещь неблагодарная, ясно одно: нынешняя ситуация - только начало нового витка эволюции странного существа под названием "персональный компьютер".
|
