Процессоры +для пк
Процессоры +для пк
Процессоры +для пк, Журнал Радио 6 номер 1998 год. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА
ПРОЦЕССОРЫ ДЛЯ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ
А. ФРУНЗЕ, г. Москва
Окончание. Начало см. в "Радио", 1998, ╧ 4 и 5
Ross Technology предложила также довольно интересную программу модернизации популярных рабочих станций SPARCstation20, выпускавшихся самой SUN, с помощью upgrade-модулей своего производства на основе hyperSPARC-166. По многим оценкам, это позволит поднять производительность SPARCstation20 в 2...2,5 раза, что весьма ощутимо для пользователей. Однако пока еще нет сообщений о результатах подобной "пересадки сердца", а есть лишь настороженность, связанная с тем, что подобные попытки, неоднократно проводившиеся в мире х86 (турбочипы Kingston, SGS-Thomson и ALR, равно как и процессоры OverDrive самой Intel и Cyrix), особых лавров не снискали.
Давление со стороны Intel-совместимых процессоров, приближающихся по быстродействию к системам с RISC-процессорами, вызвало к жизни еще одно интересное направление. Уже многократно упомянутая Ross Technology пытается объединить в одной системе hyperSPARC и х86. Фирма назвала зто технологией SPARCplug и демонстрировала предварительные результаты поисков на нескольких компьютерных выставках. Разрабатываемые модули должны включать в себя оба процессора с системой разделения задач. При этом hyperSPARC должен работать при решении сложных расчетно-графических задач, в то время как Intel-совместимый процессор должен обеспечить совместимость с огромным объемом наработанного офисно-организационного программного обеспечения.
Что выйдет из этой затеи, сказать пока трудно. Как отмечалось, альянс Apple—IBM—Motorola, решающий аналогичную задачу, пока не может похвалиться сколь-нибудь заметными успехами на этом пути. Но разработчики не стоят на месте, и о попытках совместить несовместимое приходится слышать все чаше и чаще. Вот и Intel с Hewlett-Packard затеяли подобную игру. Так что рано или поздно кто-то нащупает решение задачи, и как знать, будут ли зто Intel с Hewlett-Packard, Apple—IBM—Motorola или дерзкая Ross Technology, не раз удивлявшая всех в последние несколько лет удачными техническими решениями.
ПРОЦЕССОРЫ ФИРМЫ MIPS TECHNOLOGIES
Фирма MIPS Technologies добилась известности благодаря своим процессорам R3000 и R4000: работая на частотах до 200 МГц, они достигли весьма высоких показателей производительности для своего времени. Однако появившиеся затем процессоры Alpha затмили по быстродействию изделия MIPS, a PowerPC превзошли по объемам продаж не только их, но и все остальные RISC-процессоры, вместе взятые. Новая разработка MIPS — процессор R10000 — существенно задержалась с выходом на рынок. Однако едва появившись на свет, этот 64-разрядный процессор стал лидером в производительности, обойдя процессор Alpha.
R10000 содержит 5,9 млн транзисторов и выполняет до четырех команд за один такт в пяти исполнительных блоках (двух целочисленных, двух — для операций с плавающей запятой и одном — для операций загрузки/сохранения). На кристалле также размещены двухканальная кэш-память L1 объемом 64 Кбайт (отдельно по 32 Кбайт для команд и для данных) и контроллер внешней кэш-памяти L2, объем которой можно наращивать до 16 Мбайт. Процессор снабжен новой системной шиной Avalance, пропускная способность которой на частоте 80 МГц равна 539 Мбайт/с.
Для систем начального уровня MIPS разработала процессор R5000, анонсированный в начале 1996 г. Он также относится к семейству 64-разрядных, выполнен по 0,35-мкм технологии и обеспечивает достаточно высокую скорость обработки трехмерной графики. Невысокая цена (около 300 долл.) и совместимость по кодам с процессорами семейств R8000 и R10000 создают хорошие перспективы для его широкого применения.
ПРОБЛЕМА ВЫБОРА: НА ЧЕМ ЖЕ ОСТАНОВИТЬСЯ?
Итак, мы познакомились практически со всеми выпускаемыми сегодня компьютерными процессорами. Они имеют много общего между собой, что определяется как близким технологическим уровнем их изготовителей, так и одинаковым интеллектуальным уровнем их разработчиков. Но в то же время каждое из семейств процессоров уникально, имеет отличные от других аппаратные особенности и программное обеспечение. Последнее определяет некоторую привязку пользователей к выбранной процессорной платформе: при замене компьютера необходимо выбрать такую модель, на которой будет работоспособно ранее приобретенное программное обеспечение.
Вследствие этого возрастает цена ошибки в выборе нового компьютера (или партии компьютеров для организации): неудачный выбор платформы может привести к тому, что вложенные средства окажутся потраченными неэффективно, и исправление ошибки может потребовать значительных затрат. Поэтому перспективы развития процессорного рынка представляют интерес для многих индивидуальных и корпоративных пользователей.
В целом, в пророчествах относительно упомянутых перспектив развития процессорного рынка никогда не было недостатка. Но особенно много их было два-три года назад, когда RISC-системы, пройдя необходимый период становления, заявили о себе в полный голос и начали реально конкурировать с, казалось бы, безраздельно господствующими процессорами фирм Intel и Motorola. Тот факт, что они без особых проблем превзошли в производительности CISC-процессоры, был весьма обнадеживающим для поклонников RISC-архитектуры. Казалось, что недалек тот день, когда CISC-процессоры уйдут в прошлое. В печати постоянно подчеркивалось, что Intel, по сути дела, осталась в одиночестве среди RISC-окружения, и каждый обозреватель пытался предсказать срок, когда Intel оставит архитектуру х86 и начнет "Рисковать".
ПОЧЕМУ RISC HE ВЫТЕСНИЛ CISC
Однако ожидаемого "вымирания" CISC-процессоров так и не произошло. Более того, автор считает возможным утверждать, что этого и не случится. Причин тому несколько. Во-первых, преимущество в производительности, хотя и находящееся на стороне RISC-систем, не столь уж велико, чтобы оказаться определяющим фактором. Приведенные в табл. 2 и 3 данные подтверждают сказанное. В первой из них содержатся результаты испытаний наиболее известных микропроцессоров с помощью SPEC92. Это, по сути, — единственный тест, позволяющий сравнить производительность совершенно различных процессоров с разными архитектурой и системой команд. Результаты тестирования процессоров РА-8000-200, Alpha 21164-333, R10000-200, UltraSPARC I-200, UltraSPARC II-250 и UltraSPARC II-300 являются оценочными. Данные взяты из [4, 6, 8, 9].
В августе 1995 г. была выпущена новая версия этого теста, получившая название SPEC95. Не вдаваясь в различия между старой и новой версиями, приведем результаты испытаний процессоров с помощью SPEC95 (табл. 3). Данные по процессорам PowerPC 604е-167, Alpha 21164-400, R10000-200, R10000-275, UltraSPARC II-300 и UltraSPARC III-450 (взяты в основном из [5]) — оценочные.
Еще более убедительным фактом, подтверждающим сказанное, может служить следующее. PowerPC 604-120 в течение более полугода превосходил в производительности любой из Intel-совместимых процессоров. Только появившийся в начале 1996 г. Pentium-166 сумел превзойти его. Однако за это время не произошло ни одного события, которое продемонстрировало бы поворот какого-либо крупного производителя компьютеров от платформы х86 к PowerPC.
Вторая причина, способствующая выживанию х86, — жесткая конкурентная борьба среди производителей клонов этого семейства, вследствие чего быстродействие этих процессоров повышалось и продолжает повышаться теми же темпами, что и у RISC-процессоров. Разработчики Cyrix, AMD, NexGen (не говоря уже об Intel) используют те же технические решения, о которых упоминалось при описании RISC-систем. Так, уже все процессоры пятого поколения семейства х86 (за исключением 5x86 от AMD и Cyrix) стали суперскалярными: Pentium и Сх6х86 имеют в своем составе по два конвейера, a Pentium Pro, K5 и К6 от AMD — пo четыре. Последние три процессора содержат устройства, преобразующие каждую команду х86 в одну—четыре простые и регулярные команды внутреннего RISC-процессора, который осуществляет их исполнение на своих конвейерах.
Все названные процессоры имеют устройства предсказания ветвлений, допускают неупорядоченное выполнение команд из входных потоков, предварительное выполнение команд, идущих после точки предсказанного перехода. Многие из них оперируют с большим числом (от 24 до 32) внутренних регистров, которые особым образом переназначаются устройствами управления. Словом, при всех различиях RISC- и CISC-процессоры становятся все более и более похожими друг на друга.
Третья причина "бессмертия" семейства х86 — давление миллионов разработанных для компьютеров с этими процессорами программ на рынок. Любой процессор, который претендует на то, чтобы вытеснить х86 со сцены, должен выполнять команды х86 без потери производительности. Если учесть, что программная и программно-аппаратная эмуляция снижает производительность в несколько раз, то вывод однозначен — процессор должен выполнять команды х86, а не эмулировать их. Начавшиеся разработки PowerPC 615 и Merced — лучшее тому подтверждение.
Четвертая причина состоит в том, что 90% сегодняшних пользователей компьютеров работают с CISC-системами, конкретнее — системами с процессорами клонов х86. Переход с одной платформы на другую вызывает у них немало проблем. О финансовых, связанных с необходимостью приобретать новое программное обеспечение, мы уже упоминали. Но существуют еще и проблемы психологического характера — переход сопровождается необходимостью переучивания и привыкания, и нужно иметь достаточно веские мотивы, чтобы заставить себя пойти на это.
Попробуем оценить, сколь велик процент пользователей IBM-совместимых компьютеров, удовлетворенных производительностью, обеспечиваемой процессорами семейства х86. Ясно, ее вполне достаточно для тех, кто приобретает или хотел бы приобрести машину с быстродействием в полтора-два раза ниже предельно возможного для х86 на сегодняшний день. Ко времени подготовки статьи самым производительным процессором этого семейства был Pentium II-266. Следовательно, те, кто приобретает Pentium-200 и ниже, отнюдь не испытывают хронического недостатка в быстродействии процессоров х86 (не забывайте, что новый компьютер выбирают с некоторым запасом по быстродействию в сравнении со стоящими задачами).
Из бесед с продавцами процессорной техники на московских радиорынках и в тех фирмах, услугами которых пользуется автор, выяснилось, что самые производительные компьютеры составляют у них менее 10% объемов продаж, причем этот показатель мало меняется с течением времени. Таким образом, по крайней мере, 80...90% сегодняшних пользователей х86 не испытывают серьезной нужды в переходе на более производительную процессорную платформу, и именно они в ближайшие несколько лет гарантируют Intel, AMD, Cyrix и остальным фирмам наличие устойчивого спроса на их продукцию.
БЛИЖАЙШИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Выше автор попытался предсказать, как будет в ближайшие два года развиваться борьба между RISC- и CISC-системами на рынке персональных компьютеров и рабочих станций нижнего класса. Однако для многих представляет интерес прогнозирование общих тенденций развития микропроцессоров. Конечно, точность долгосрочного прогноза всегда ниже краткосрочного, но некоторые тенденции уже стали очевидными.
Так, все более и более уменьшаются архитектурные различия между RISC- и CISC-структурами. В конечном счете это должно привести к их слиянию. В ряде публикаций высказывается предположение, что такой гибрид станет основой персональных компьютеров, а серверы и рабочие станции будут выполняться на "чистых" RISC-процессорах. Однако совместная разработка Intel и Hewlett-Packard может привести к тому, что и те, и другие процессоры окажутся устаревшими, и их создатели приступят к проектированию изделий на основе концепции VLIW (естественно, если она действительно окажется способной дать новый толчок росту производительности процессоров).
Разработчики программного обеспечения также не заставят себя долго ждать и создадут программы, для которых мощности сегодняшних самых "быстрых" процессоров окажется недостаточно. Нам опять придется срочно обзаводиться новыми компьютерами. Новые процессоры стимулируют появление еще более "навороченных" программ, и менять машины мы станем гораздо чаще, чем хотелось бы. Из-за сближения программных средств для различных процессоров мы все в меньшей и меньшей степени будем ощущать различие между ними. Запуская Word или Excel, мы не заметим разницы в том, какой процессор выполняет программу: семейства PowerPC, x86 или какой-либо другой.
Однако если мы не захотим расставаться с полюбившимися программами, то будем вновь обращаться к изделиям тех фирм, с которыми работаем сегодня. Нет оснований беспокоиться о том, что их новые продукты не смогут выполнять имеющиеся у нас программы — тенденция совместимости процессоров "снизу вверх" уже давно стала непреложным правилом разработчиков.
ЛИТЕРАТУРА
8. Кручинин С. RISC-процессоры. — Hard 'n' Soft. 1995, ╧ 11, с. 41—49.
9. Процессоры для модернизации. — КомпьютерПресс, 1995, ╧ 11, с. 92—98.
|