Микропроцессорные архитектуры (Часть 2)

Опубликовано на сайте Инфобизнес 12 декабря 2010 года

Фирма, разработавшая процессорную архитектуру ARM, существует с начала 80-х и даже выпускала персональный компьютер собственного оригинального дизайна. Со временем компания перешла к проектированию только микропроцессорного ядра, причем чисто теоретически – создавая только архитектуру и продавая лицензии на производство множеству других фирм, среди которых Samsung, Texas Instruments, Broadcom, Marvell, Qualcomm, Intel, Apple…

Количество устройств, в которых применяется АРМ-архитектура, просто потрясает – это PDA, сотовые телефоны, коммуникаторы, смартфоны, медиаплееры, карманные игровые устройства, калькуляторы, разнообразная компьютерная периферия, сетевое оборудование и т.д. В мире по лицензии ARM произведено более 10 миллиардов (!) ядер, и количество это год от года только растет.

Благодаря очень простому и удачному дизайну процессора архитектуры ARM оказались чрезвычайно востребованы во всех видах мобильных и портативных устройств, и главным параметром оказался один – очень низкое энергопотребление. Фактически, в дизайне ARM на единицу производительности приходится заметно меньшее количество транзисторов, чем в любой другой архитектуре (это, конечно, очень условные единицы, но суть, видимо, в этом). Конечно, процессора ARM не отягощены такими тяжелыми инструкциями, как поддержка виртуализации, переключение контекста, многопоточность и т.д. – все то, что не позволяет даунгрейдить массовые десктопные процессора до уровня Ultra Mobile, однако они впитывают все необходимые схемотехнические решения от своих старших братьев – последние чипы семейства Cortex поддерживают многоядерность и имеют более длинный конвейер команд.

Попытки Intel выйти на рынок мобильных устройств (для процессоров в таких устройствах даже существует отдельная аббревиатура ULV- Ultra Low Voltage, сверхнизкий вольтаж и, как следствие, энергопотребление) не прекращались как минимум с 2002 года (начало производства XScale на ядре ARM5). Процессор Atom – та же x86 архитектура! – очень успешный проект Intel. Однако и его энергопотребление не годится для помещения, например, в смартфоны. Но он великолепно подошел в новый класс устройств – нетбуки. Я вообще затрудняюсь сказать, что было первично – потребность в устройствах класса нетбук породила спрос на такой маленький проц, или же выпущенный на рынок Atom, не сумев по характеристикам вписаться в минималистские требования всяких гаджетов, привел к возникновению нетбуков. Так или иначе, взрывной рост производства всех мини устройств - от плееров до смартфонов, к которым, тем не менее, предъявляются серьезные требования как по производительности (проигрывание живого видео, съемка HD), так и по долговременности автономной работы – требования, как мы понимаем, взаимоисключающие – вывели на первые места архитектуру АРМ.

Иметь один стандарт архитектуры (x86) на масштабах от простенького гаджета до суперкомпьютера, наверно, было бы сладко. Стоимость разработки приложений наверняка уменьшилась бы, и портирование программ вверх и вниз облегчилось бы невероятно. Во всяком случае, Microsoft сильно экономит, имея для всей линейки своих операционных систем от Windows 7 Starter до Windows Server Datacentre Edition один и тот же исходный код. Захотим ли мы жить в таком мире одной победившей системы - другой вопрос. Но нас и не спросят. Однако на сегодняшний момент владельцам архитектуры x86 противопоставить преимуществам ARM совершенно нечего.

Мы забыли упомянуть, что процессор А4, являющийся сердцем дико успешных Эппловских как iPhone, так и iPad – тоже ARM, как ARM-ом был и процессор PDA Apple Newton. В конце концов, сама Intel использует чипы архитектуры ARM в качестве контроллеров в своих серверных и десктопных материнских платах – в контурах удаленного управления и мониторинга. Как раз там, где нужно сверхнизкое потребление (это те части системы, которые «не спят» даже при выключенном питании).

Что касается поглощенной Oracle-ом фирмы SUN, с разговора о которой мы начали первую часть статьи, то мой прогноз таков. Архитектура UltraSPARC перестанет развиваться, вся линейка серверов будет переведена на Intel Xeon или AMD Opteron в ближайшие год – два. Объявленный в сентябре процессор T3 будет, по всей видимости, последним процессором этой архитектуры. При этом, конечно же, останется популярнейший в корпоративном мире бренд SUN, но начинка серверов под этим брендом будет до боли знакомым x86. Нужно сказать, что в той области архитектуры x86, где все не так жестко стандартизовано – я имею в виду сервера с 4мя и более процессорами, а также blade-системы - есть поле для деятельности по разработке оригинальных и даже уникальных технических решений. Но все в рамках x86 парадигмы.

Проект Itanium (5 систем списка топ500), я полагаю, также будет со временем заморожен. С одной стороны, в него вложены колоссальные средства, и он поддерживается двумя грандами индустрии Intel и Hewlett-Packard. К тому же, последний именно на Itanium базирует свои старшие корпоративные модели, которым с прекращением производства PA-RISC отступать некуда. С другой, внутренняя конкуренция Itanium с процессорами Xeon все равно не может не привести к победе последних. Главный козырь Itanium – возможность быстро выполнять в режиме эмуляции код x86 (о чем сейчас уже никто и не вспоминает) – так и не был вынут из колоды.

Вот с кем точно ничего не случится, так это с процессорной архитектурой POWER от IBM (40 систем из того же суперкомпьютерного списка топ500!). Системы POWER работают на частотах далеко за 4GHz, куда Intel не получилось прорваться с Pentium 4, после чего была сделана ставка на многоядерность. IBM – фирма такого размера, таланта, накопленных патентов и инженерных знаний, что одна (и наверно единственная в ИТ-индустрии) способна вести верных ей пользователей по своей дороге, и разрабатывать весь стек необходимых аппаратных решений – от процессора до мейнфрейма, и полный спектр программных приложений - от операционной системы до собственной базы данных, корпоративного бизнес портала, системы электронного документооборота и всего-всего-всего. POWER, как и вся IBM, навсегда останется государством в государстве, с построенным поверх него полным и исчерпывающим набором аппаратных и программных решений для бизнеса.

Итак, очень скоро на арене – только две микропроцессорные архитектуры, x86 и ARM. Сказать «встречайте» будет неправильно – они давно уже здесь и, похоже, навсегда.

P.S. Как всегда, в ходе написания статьи появляются разные сообщения на тему. Их накопилось целых 4

1. ORACLE вдвое повысила цену на лицензию Database для процессоров Itanium, что ударило по построенным на них серверам HP. Процессора SPARC, наоборот, оказались в фаворе

2. Аналитики называют связку процессора Qualcomm (ARM!)и операционной системы Android (Google!) новой парой, претендующей на господство на рынке смартфонов, коммуникаторов, планшетов – в общем, почти всех видов мобильных устройств, которые своим количеством уже начинают превосходить количество выпускаемых в мире компьютеров. По аналогии с Wintel (Microsoft Windows + Intel x86) ее назвали Quadroid.

3. Объявлены новые процессоры Intel Atom Е600С. Выделяемая мощность по-прежнему больше ватта.

4. Intel вместе с многими ODM-фирмами готовит к запуску нетбуки на процессорах Atom и операционной Linux-based системе MeeGo, разработанной в альянсе с Nokia и др. Также были представлены концепты планшетов на том же Atom-e, но уже с Windows 7