Конкуренция Intel и AMD выходит на новый виток

Миф о мегагерцах

Несмотря на весьма широкий ассортимент продукции, предлагаемый Intel и AMD, именно х86 процессоры сделали их столь известными на мировой арене, и именно процессоры являются и основным предметом конкуренции. На протяжении многих лет эти компании успешно участвуют в гонке по наращиванию производительности своих чипов, не оставляя шансов другим игрокам рынка. Достаточно вспомнить компанию VIA, процессоры которой сейчас практически полностью покинули рынок. До недавнего времени для повышения производительности компании прибегали, в первую очередь, к самому действенному способу – повышению тактовой частоты. Архитектурные усовершенствования, переход на более тонкие техпроцессы, как следствие, рост объема кэш-памяти оставались на втором плане, хотя тоже имели место. В результате тактовая частота ядра стала неким мерилом уровня производительности.

Первой развенчала миф о мегагерцах компания AMD, обратив внимание компьютерной общественности на количество выполняемых инструкций за такт. В процессорах AMD Athlon эта величина была больше, чем у Intel Pentium 4. Зато последние обгоняли своих соперников по тактовой частоте – так достигался определенный паритет по производительности. Из маркетинговых соображений AMD даже ввела для своих процессоров рейтинг производительности, который приблизительно соответствовал числу мегагерц у продукта конкурента. Тогда многим это показалось неким признаком слабости, ведь процессоры Intel продолжали покорять очередные частотные рубежи, а продукты AMD могли похвастаться только рейтингами, выдуманными их производителем. Однако в прошлом году Intel начала вводить для некоторых своих процессоров номер модели. Более того, компания отказалась от своих планов по покорению отметки в 4 ГГц и работ над продуктами под кодовыми названиями Tejas и Jayhawk, которые должны были заменить существующие Pentium 4.

В 2004 году стало очевидно, что оба лидера процессорной индустрии столкнулись с реальной проблемой дальнейшего наращивания производительности своих чипов за счет повышения тактовой частоты. AMD незначительно варьировала технические характеристики своих настольных процессоров, назначая им всевозможные, порой неадекватные рейтинги. Intel, в свою очередь, с введением номера модели постепенно начала смещать акценты от тактовой частоты в сторону технологической оснащенности своих процессоров.

Ключевые потребители

Первые х86 процессоры с двумя ядрами появятся на рынке серверов, что вполне логично, ведь там подобные продукты востребованы и ожидаемы в первую очередь. Обе компании, Intel и AMD, намерены их представить чуть ли не в один день во втором полугодии. Первые двухъядерные чипы будут изготовлены по нормам 90 нм техпроцесса. Однако, несмотря на кажущееся сходство в позиционировании процессоров конкурентов, они найдут свое применение в совершенно разных рыночных нишах.

Intel готовит чип под кодовым названием Montecito – продолжателя семейства Itanium. Речь идет о 64-разрядных процессорах, построенных на основе архитектуры EPIC. Для выполнения приложений в системе на базе Itanium необходимо специальным образом их компилировать, зато можно достичь очень высокого уровня производительности. Itanium совместимы и с 32-разрядным ПО, однако работают с ним менее эффективно. Другими словами, представители верхнего сегмента линейки Itanium, к числу которых и относится Montecito, ориентированы на достаточно узкий сегмент очень ресурсоемких задач. В арсенале AMD нет продуктов, которые можно было бы противопоставить Intel Itanium. Вместе с тем, в 2003 году компания представила свою давно ожидаемую платформу AMD64 и процессоры Opteron для серверов и рабочих станций. Эти чипы стали первыми продуктами AMD, получившими 64-разрядные расширения для 32-разрядного набора команд. Они одинаково хорошо ведут себя, как в 32-разрядной среде, так и в 64-разрядной.

AMD планирует пополнить семейство процессоров Opteron сразу тремя двухъядерными моделями с кодовыми названиями Denmark, Italy и Egypt. Первая продолжит 100-ю серию, рассчитанную на работу только в однопроцессорных конфигурациях, вторая – 200-ю серию для систем, содержащих до двух процессоров, и последняя – 800 серию для 8-процессорных и менее систем. Обе компании планируют впервые реализовать в своих серверных процессорах технологии аппаратной виртуализации, которые позволят повысить производительность при работе с виртуальными машинами типа VMware и Virtual Server. Технология, интегрированная в Montecito, известна под кодовым названием Silvervale, ее аналог для процессоров AMD носит название Pacifica.

Учитывая возросшее примерно в два раза количество транзисторов на кристаллах двухъядерных процессоров, Intel, и AMD вынуждены предъявлять очень жесткие требования к их энергосберегающим функциям. Intel намерена интегрировать в Montecito технологию Intel SpeedStep, с успехом обкатанную на мобильных процессорах, а AMD в свои чипы интегрирует собственный аналог – AMD PowerNow! с OPM (Optimize Power Management). Предполагается, что подобные ухищрения позволят новым процессорам не выйти за рамки нынешних норм энергопотребления.

Для сборщиков готовых систем это обещает безболезненный переход на двухъядерные процессоры. Ведь не только энергопотребление останется на прежнем уровне – новые чипы будут полностью совместимы по контактам с разъемами на платах для своих одноядерных аналогов и электрически совместимы с существующими наборами системной логики. Для успешного функционирования системы на основе двухъядерных процессоров придется обновить только BIOS.

В погоне за геймерами

На рынке настольных решений конкурентная борьба между Intel и AMD не меньше, чем на рынке серверов, точнее сказать, даже больше. Впрочем, пока еще двухъядерные настольные процессоры могут заинтересовать разве только геймеров и энтузиастов, поэтому едва ли такие процессоры будут поначалу играть ключевую роль в бизнесе обеих компаний. Но учитывая темпы развития технологий, очевидно, очень скоро двухъядерные чипы потеснят свои одноядерные аналоги и на рынке настольных систем.

В свете сказанного вовсе не удивительно, что обе компании уделяют не менее пристальное внимание разработке двухъядерных настольных чипов. Как и серверные, поначалу они будут производиться по нормам 90 нм техпроцесса, а появиться они должны вскоре после серверных двухъядерных процессоров во втором полугодии. Процессор Intel известен под кодовым названием Smithfield, а AMD – Toledo, оба на начальном этапе ориентированы на применение в высокопроизводительных ПК. Поскольку в основу Smithfield лягут два хорошо известных ядра Prescott, двухъядерный процессор Intel будет поддерживать технологию НТ. В результате ОС должна вместо двух физических процессоров видеть четыре логических, что подтвердила демонстрация на прошедшем в Сан-Франциско осеннем форуме Intel. Насколько эффективным окажется такой подход покажет только время.

Очень интересная ситуация складывается вокруг поддержки этими процессорами 64-разрядных инструкций. В том, что Toledo окажется полностью совместимым с AMD64, сомнений не возникает, а вот о поддержке ЕМ64Т в Smithfield компания Intel пока умалчивает. Видимо, все зависит от Microsoft – выпустит ли она 64-разрядную Windows XP для х86-64 процессоров к моменту объявления Smithfield. Если да, скорее всего, ЕМ64Т придет в сегмент настольных процессоров Intel.

Не менее загадочно обстоят дела и с технологиями виртуализации для настольных процессоров. В частности, Intel давно уже говорит о ведущихся разработках технологии Vanderpool – настольном аналоге Silvervale. Очевидно, AMD тоже в состоянии адаптировать Pacifica для нужд настольных ПК. Однако пока не известно намерены ли компании представить эти технологии в Smithfield и Toledo. Не исключено, что данные инновации появятся только в более поздних версиях процессоров.

Наконец, опять-таки приятная новость для сборщиков готовых систем – двухъяъдерные процессоры для настольных ПК будут совместимы с существующими процессорными разъемами и чипсетами. Для их успешного функционирования понадобится лишь перепрошивка BIOS.

«Мобильные» проблемы

С мобильными двухъядерными процессорами дело обстоит сложнее, ведь в мобильном сегменте крайне важны очень низкие уровни энергопотребления и тепловыделения, достичь которых при 90 нм техпроцессе вряд ли удастся. Интересные перспективы здесь сулит разве что переход на более тонкий 65 нм техпроцесс. AMD отстает от Intel в плане переоснащения своих заводов на новые нормы производства чипов. Компания только недавно начала осуществлять переход на 90 нм, тогда как Intel уже успешно перевела свои мобильные и настольные процессоры (не считая Pentium 4 XE на ядре Gallatin) на этот техпроцесс. Неудивительно, что Intel в самом ближайшем будущем приступит к обкатке 65 нм норм.

Что получится на первых порах сказать сложно, но к концу года Intel пообещала представить первый в отрасли двухъядерный мобильный чип Yonah, изготовленный по нормам 65 нм техпроцесса. Он станет основой очередного поколения технологии Centrino, известного под кодовым названием Napa. Вполне возможно, в нем появится поддержка технологии безопасности LaGrande, о которой Intel в последнее время довольно часто упоминает. О планах AMD по выпуску двухъядерных мобильных процессоров пока ничего не известно.

Параллельные вычисления

Параллельные вычисления действительно являются хорошим способом повышения производительности вычислений, однако их внедрение ведет к значительному усложнению аппаратной части системы и требует специальной оптимизации ПО. Неудивительно, что до сих пор дело ограничивалось лишь некоторыми архитектурными усовершенствованиями процессоров, добавлением наборов команд для одновременной обработки массивов данных и использованием многопроцессорных конфигураций в области ресурсоемких вычислений.

Вместе с тем, Intel и AMD уже давно предвидели возможность интеграции полноценной модели параллельных вычислений в свои процессоры. AMD еще во время первого публичного обсуждения платформы AMD64 в 1999 году объявила о реализации поддержки в ней многоядерных процессоров. Архитектура Direct Connect позволяет размещать на одном кремниевом кристалле до четырех процессорных ядер, а технология HyperTransport соединять напрямую их между собой. Контроллеры памяти и HyperTransport должны остаться в многоядерных процессорах в неизменном виде, в связи с чем на блок SRI (System Request Interface) возложено ключевое значение.

Известно, что Intel для межкомпонентных соединений использует шину PCI Express, но при этом компания не раскрывает подробностей соединения между собой процессорных ядер на кристалле. Известно только, что они подобно многоядерным процессорам AMD, будут использовать общий кэш, объем которого возрастет пропорционально количеству интегрированных ядер. Intel шла своей дорогой к чипам нового поколения – компания долгое время работала над технологией Hyper-Threading (HT) параллельного выполнения двух программных потоков на одном физическом процессоре. С 2002 года она стала использоваться в Intel Xeon и Pentium 4.

Таким образом, обе компании постепенно готовили свои продукты к переходу к параллельным вычислениям. Похоже, успешное внедрение 90 нм техпроцесса сделало экономически выгодным разместить на одном кремниевом кристалле сразу два процессорных ядра, использующих общий кэш. Такой подход позволит существенно снизить стоимость системы в сравнении с ее двухпроцессорным аналогом. Кроме того, удастся добиться роста производительности при меньшем росте энергопотребления в сравнении с разгоном по частоте одноядерного процессора.

Переход к параллельным вычислениям кажется оправданным еще и потому, что пользовательская среда становится все более многозадачной и проблема распараллеливания процессов оказывается все более острой. Даже рабочее место рядового секретаря сегодня обременено немалым количеством всевозможных приложений – клиент электронной почты, веб-браузер, офисные программы, базы данных, фоновая проверка на наличие вирусов, файрвол, архивация данных и др. Преимущества от использования технологии НТ уже налицо, если сравнить время отклика многозадачной системы на базе Pentium 4 с поддержкой НТ и Athlon. Результат будет далеко не в пользу последнего.

Тонкие перспективы

Коль скоро речь зашла о переходе на 65 нм техпроцесс, коротко остановимся на более отдаленных перспективах развития процессоров с несколькими ядрами. В начале 2006 года Intel планирует на рынке серверов представить еще один двухъядерный процессор, на этот раз принадлежащий семейству Xeon. Он известен под кодовым названием Tulsa и является прямым конкурентом для двухъядерных AMD Opteron. Впрочем, еще точно не известно по нормам какого техпроцесса Intel собирается его производить.

Как бы там ни было, по крайней мере Intel в следующем году начнет активно переводить свои продукты на рельсы 65 нм техпроцесса. В серверном сегменте на смену Montecito придет двухъядерный Montvale, появится и 65 нм аналог Smithfield, в мобильном сегменте упрочит свои позиции Yonah. AMD пока не делает никаких заявлений о продуктах, выполненных по нормам 65 нм техпроцесса, известно только, что они тоже ожидаются не ранее 2006 года.

С целью снижения себестоимости систем класса Itanium компания Intel в 2007 году собирается перевести свои процессоры Itanium и Xeon на взаимозаменяемый конструктив, что позволит их устанавливать в одинаковые материнские платы. Подобная унификация инфраструктуры предоставит возможность производителям плат создавать решения для Itanium и Xeon из общих компонент, и в результате снижать конечную стоимость серверных систем. Эта инициатива получила название Common Platform Architecture.

Для реализации описанного подхода Intel намерена разработать новый универсальный процессорный разъем и выпустить соответствующие продукты. Процессор семейства Itanium, известный под кодовым названием Tukwila, должен содержать не менее четырех ядер. Его аналогами для двухпроцессорных конфигураций станут Dimona/LV Dimona, последний с пониженным уровнем энергопотребления. Наконец, семейство Xeon пополнит чип Whitefield, разработанный специально для Common Platform Architecture.

Для AMD тема единой платформы неактуальна по причине отсутствия у компании решений аналогичных Intel Itanium. Однако, если обратиться к истории, можно вспомнить, что в свое время AMD имела намерение сделать процессоры Athlon совместимыми по разъемам с DEC Alpha. Поэтому сама по себе идея не нова.

Двухъядерное будущее

Многоядерные архитектуры уже постепенно начинают занимать различные рыночные ниши. Например, IBM и Sun Microsystems выпустили такие чипы для высокопроизводительных серверов. Компания ARM производит двухъядерные процессоры для мобильных устройств. Та же IBM в ближайшее время намерена представить двуххъядерный PowerPC для компьютеров Apple Macintosh. Поэтому инициативы Intel и AMD по выпуску многоядерных чипов вполне понятны и ожидаемы.

В нынешнем году компании только начнут выходить на рынок со своими двухъядерными продуктами. Однако по прогнозам аналитиков к концу 2006 года около 70% всех ноутбуков и ПК, а также 85% серверов будут работать на базе двухъядерных процессоров. По словам Дина Маккэрона (Dean McCarron), старшего аналитика Mercury Research, через десять лет люди будут говорить о сегодняшнем дне, как о начале новой эры микропроцессорных архитектур. Поначалу разработчики будут стремиться интегрировать на одном кристалле уже существующие ядра, а впоследствии многоядерные процессоры станут проектировать «с чистого листа», учитывая все особенности таких архитектур и добавляя в них необходимую функциональность.

Конечно, надо давать себе отчет в том, что переход на многоядерные архитектуры неизбежно повлечет за собой потребность соответствующей оптимизации всего парка ПО, иначе игра не будет стоить свеч. Не исключены и возможные коллизии, например, связанные с вопросами лицензирования программных продуктов. До сих пор остается открытым вопрос о том, надо ли покупать лицензию на каждое процессорное ядро или только на каждый процессор в системе. Здесь нередко мнения производителей аппаратного и программного обеспечения расходятся.

Однако какие бы сложности не возникали на этапе перехода к многоядерным архитектурам, будущее (по крайней мере, ближайшее) определенно за ними. Они позволяют при минимуме затрат и без серьезного переоснащения производства весьма эффективно наращивать производительность вычислительных систем. Согласно подсчетам Intel, многоядерные архитектуры за четыре года позволят увеличить производительность процессоров компании в 10 раз! Цифры говорят сами за себя.

Сергей Мишко / CNews

Короткая ссылка на материал: //cnews.ru/link/a989