64-разрядная арифметика

Архив

Эта тема зрела давно, но затевать разговор о ближайших перспективах 64-разрядных процессоров можно было, только дождавшись завершения .Microprocessor Forum 1999. (далее MPF '99) и получив самую свежую информацию, способную пролить свет на ближайшие планы крупнейших игроков на процессорном рынке. Форум прошел, и информация появилась, но, к сожалению, полностью ситуацию не прояснила, добавив лишь некоторую интригу. Более того, прежняя ясность по поводу основных свойств 64-разрядного процессора от Intel под рабочим названием Merced, а также о порядке его вывода на рынок у меня лично куда-то улетучилась. Но делать нечего. Будем опираться хотя бы на то, что есть. А это на сегодня довольно эклектичный набор из нескольких фактов, немногочисленных обоснованных предположений и огромного количества спекуляций. Попробуем добавить сюда здравый смысл, и тогда, может быть, получившийся .коктейль. уже не будет опасен для принятия внутрь. Сразу оговорюсь, что в статье прежде всего имеются в виду процессоры для массового рынка, то есть для персональных компьютеров, а также для рабочих станций и серверов на одной с ними технологической основе. Мы говорим о мире PC и только о нем, а обсуждать новейшие разработки для других рынков пока не будем. При переходе к 64 разрядам данное ограничение довольно искусственно, так как в этом случае многие практически не пересекавшиеся ранее рынки сольются в единое целое и на одной арене могут оказаться не только те несколько фирм, чьи имена у всех на слуху, но еще и с десяток других, среди которых будут и известные только специалистам. Но сознательно пойдем на это, потому что иначе все наши построения будут выглядеть совсем фантастично. А время для более широких по охвату анализов еще придет.

Совсем немного скажем о тех ожиданиях, которые сложились перед началом MPF '99. Прежде всего, ожидалось появление первой объемной информации о 64-разрядном микропроцессоре от фирмы AMD под условным наименованием К8. С учетом того, что К7 получился очень удачным, от AMD надеялись получить сведения о некоем новом прорыве в области микропроцессорной техники. Естественно, не ослабевало внимание и к 64-разрядному детищу Intel под рабочим наименованием Merced, однако сенсационных сообщений по этому поводу не прогнозировалось. И как оказалось, зря.

Говоря о прогнозах, отметим несколько важных моментов, связанных с продвижением новой платформы вообще и 64-разрядной в частности (а это очень непростая задача). Собственно разработка и организация производства процессора и чипсета для него составляют хоть и весомую, но всего лишь часть трудозатрат и расходов. Разработка инструментальных программных средств, и прежде всего оптимизирующих компиляторов, зачастую требует больше времени и денег, нежели разработка аппаратуры нового поколения. К тому же в обязательном порядке необходимо проинвестировать разработчиков операционных систем, чтобы подвигнуть их на создание соответствующих версий своих продуктов. То же самое касается и разработчиков так называемых горячих (Hot) приложений, именно из-за желания использовать которые зачастую и покупается новая аппаратура.

Существуют конкретные примеры подобной деятельности. В частности, выход процессора Merced назначен на середину 2000 года не столько из-за того, что он еще не готов (опытные образцы давно уже есть в кремнии, объявлен и соответствующий чипсет - 460 GX), а потому, что выводить новый продукт на рынок имеет смысл только тогда, когда для него будет готова вся рыночная инфраструктура. Иначе выстрел новыми технологиями будет холостым. Для того чтобы стимулировать разработку приложений под новую архитектуру IA-64, фирма Intel основала так называемый IA-64 Fund, в который вложила уже более 250 млн. долларов. И усилия Intel приносят первые плоды. Так, уже демонстрировались образцы систем на основе Merced, на которых функционировали 64-разрядные версии Windows, Linux и нескольких других клонов Unix. Но вернемся к прогнозам.

В принципе, предсказать в общих чертах, чем, собственно, окажется К8, было совсем нетрудно -требовалось лишь свести воедино несколько фактов. Во-первых, ничего не было известно о том, что фирма AMD лицензировала какие-либо патенты, касающиеся архитектуры IA-64 или заявляла о совместимости К8 и IA-64. Во-вторых, со стороны AMD не замечалось активности по созданию оптимизирующих компиляторов и тому подобного для архитектуры К8. И в-третьих, фирма AMD сообщила, что перепроектирует К8 в связи с необходимостью использовать удачные решения К7. Вполне логичным было предположить, что раз К8 не сможет использовать наработки Intel по поддержке IA-64 и усилий по продвижению собственной 64-разрядной платформы AMD пока не предпринимает, то К8 не будет иметь истинную 64-разрядную архитектуру, подобную архитектуре Merced. Просто IA-32 в процессоре К8 будет дополнена (если хотите, расширена) отдельными элементами 64-разрядности, но по сути своей это будет .старый добрый. процессор на основе IA-32. Именно так в конце концов и оказалось.

Теперь обратим внимание непосредственно на MPF '99, прошедший с 4 по 8 октября в Сан-Хосе, Калифорния. Но перед тем, как продолжить, оговорюсь, что расставленные в материале акценты являются моим личным мнением, и совершенно естественно, что у многих из тех, кто следил за событиями форума, сложилось собственное мнение по этому поводу. И они в той или иной форме его выскажут. Итак, в информации, относящейся к рынку процессоров для персональных компьютеров и оглашенной на MPF '99, прежде всего выделяются два информационных блока.

Первый блок - самый яркий. Касается он нового процессора от AMD под рабочим наименованием K8 (SledgeHammer - .Кувалда.). Представленная AMD информация поначалу несколько разочаровала. Конечно, услышано было именно то, что и ожидалось. Но все же теплилась надежда, что вопреки всем раскладам AMD сумеет чем-нибудь удивить отрасль. Не удивила. Однако, обсудив этот вопрос с несколькими весьма информированными людьми, я несколько изменил свое мнение. Очень может быть, что AMD движется в верном направлении. Но ближе к делу. Согласно сообщению, сделанному вице-президентом AMD по инжинирингу Фредом Вебером (Fred Weber), процессор К8 будет иметь старую микроархитектуру IA-32, расширенную до 64 бит. Микроархитектуре дано оригинальное название: .x86-64.. То есть К8 - это, по сути, модернизированный К7 с блоком исполнения 64-битных инструкций. Заявлено, что будет обеспечена возможность программного переключения между 32- и 64-разрядными режимами по мере необходимости. Естественно, многие ограничения IA-32 останутся. Но часть их них предполагается снять с помощью новой системной шины Lightning Data Transport (LDT). LDT позволит увеличить пропускную способность системной шины в 20 раз, то есть с 266 Мбайт/с (современные процессоры) до 6,4 Гбайт/с (перспективные процессоры от AMD). Площадь кристалла нового процессора (изготовленного по технологии 0,18 мкм) будет на пять процентов больше площади кристалла Athlon и составит 104 кв. мм. Процессор выйдет не в 2000-м, как планировалось, а в 2001 году. Как известно, в августе компанию AMD покинул главный архитектор процессора К8 Джеймс Келлер (James Keller), уведя с собой и нескольких ведущих разработчиков. Однако AMD заявила, что этот факт никак не повлияет на сроки выхода процессора.

При представлении К8 особое внимание было обращено на то, что на сегодняшний день абсолютное большинство на рынке составляют 32-разрядные приложения. Скорость их исполнения будет иметь важнейшее значение для пользователей персональных компьютеров еще очень долгое время. Опираясь на существовавшие оценки, что 800-мегагерцовый Merced в режиме эмуляции будет исполнять код x86 c производительностью на уровне Pentium III 500, фирма AMD надеется получить с помощью SledgeHammer явное конкурентное преимущество, обеспечивая своим новым процессором превосходную 32-разрядную производительность и в то же время давая возможность разрабатывать для К8 новые 64-разрядные приложения. Этот подход явно не лишен здорового прагматизма и может иметь успех в том случае, если производительность Merced на 32-разрядных приложениях действительно окажется низкой. А как мы увидим ниже, быть может, что это не совсем так. Точнее, совсем не так.

Есть и другие мнения о К8. Часть аналитиков, в частности, Джо Оша (Joe Osha) из Merrill Lynch, считает, что у AMD просто нет финансовых ресурсов для того, чтобы разработать и продвигать на рынок истинную 64-разрядную архитектуру. А архитектура .x86-64. есть маркетинговый ход, позволяющий обозначить присутствие AMD на будущих рынках, то есть показать инвесторам и клиентам, что компания имеет серьезную перспективу. Так что оценки самые разные. Но закончим с AMD.

На мой взгляд, второй информационный блок - самый значимый. А касается он истинно 64-разрядного процессора от Intel. В первый же день форума фирма Intel выпустила пресс-релиз, в котором сообщила о том, что Merced обрел свое рыночное имя - Itanium, весьма и весьма созвучное торговой марке процессоров для потребительского рынка. Это явно не случайно, и в этом уже был некий знак, но на него, к сожалению, не обратили особого внимания.

В информации о процессоре Itanium есть два момента - технологический и рыночный. Технологический такой. В отличие от ранее поступавшей информации, коды x86 процессором Itanium будут исполняться не в режиме эмуляции, которая, естественно, делала процессор медленным на старых 32-разрядных приложениях. Теперь объявлено, что 32-разрядный код будет исполняться самим ядром IA-64, что, цитирую менеджера по архитектуре IА-64 фирмы Intel Херша Шарангпани (Harsh Sharangpani), .даст полную производительность Merced на 32-битных приложениях.. А это значит, что на приложениях, написанных под IA-32, Itanium будет быстрым! Естественно, обещаны MMX и SSE.

Второй момент - рыночный. Мы все превосходно знали, что Merced предназначен для рынка мощных рабочих станций и высокопроизводительных серверов. Перевод потребительского рынка на 64-разрядную платформу намечался на 2003 год, когда должен был появиться процессор под рабочим названием Deerfield. А до 2003 года помимо Itanium должны были выйти 64-разрядные процессоры под рабочими названиями McKinley (2001 год) и Madison (2002 год). Так вот, возникает ощущение, что Intel кардинально изменила рыночную стратегию. Возможно, что выходящий в середине 2000 года Itanium будет позиционироваться на потребительском (!) рынке, в том его сегменте, который обычно называют mainstream - .коммерческие. серверы и высокопроизводительные ПК. Косвенно, как уже говорилось, на это указывает даже его название, созвучное Pentium. Еще раз повторюсь, но такие совпадения не бывают случайными. А это значит, что цена на процессор будет установлена также на .потребительском. уровне. Это слабо согласуется с предыдущими оценками, мол, цена Merced составит не сотни, а тысячи долларов (называлась даже конкретная цифра: около 5 тыс. долларов). Конечно, маловероятно, что Itanium или какой-то его вариант появится в системах среднего уровня уже в конце 2000 года. Но то, что перевод на 64-разрядную платформу потребительского рынка произойдет раньше 2003 года, кажется уже несомненным.

Так что же представляет собой Itanium? Это первый процессор от Intel с 64-разрядной архитектурой на основе концепции EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing - вычисления с явным параллелизмом команд). Intel явно противопоставляет эту концепцию концепциям RISC и CISC, и для этого есть некоторые основания. С другой стороны, EPIC объединяет в себе черты обеих архитектур.

Чтобы не повторяться, не буду вдаваться в подробности, а напомню, что эти концепции, а так же основные идеи, положенные в основу Itanium, подробно описаны в материалах темы .Микропроцессорные технологии., подготовленной Г. Башиловым и К. Касперски (.КТ. #314). К ним и отсылаю заинтересовавшегося читателя. Довольно много материалов по этому поводу есть и в Сети. Отмечу только следующее. Видимо, новый процессор будет иметь четыре целочисленных блока и два блока вычислений с плавающей точкой, а кэш второго уровня будет иметь емкость до 4 Мбайт. Теоретическая производительность Itanium достигнет шести гигафлопс.

Что же мы имеем в итоге? Два совершенно различных подхода. Первый применяется фирмой AMD, и условно его можно обозначить как .32+64.. То есть 32-разрядная архитектура на основе IA-32 плюс 64-разрядное расширение. Второй подход реализован в процессоре Itanium от Intel, и его (опять же условно) можно назвать .64+32.. В этом случае имеется в виду, что истинная 64-разрядная архитектура IA-64 дополняется блоком совместимости со старыми 32-разрядными приложениями. Арифметическая сумма слагаемых у обоих подходов одинаковая, однако очевидно, что здесь как раз тот случай, когда от перемены мест слагаемых сумма изменяется. Этакая .64-разрядная арифметика. получается. Какая сумма (=подход) окажется более весомой в рыночных условиях начала XXI века - сказать трудно. К счастью, ждать разрешения ситуации осталось совсем недолго.

И заканчивая, можно отметить следующее. Конкуренция на микропроцессорном рынке сегодня остра как никогда. Очень хочется, чтобы в этой борьбе обошлось без .жертв. и промежуточного финиша достигли все участники, выпустив на рынок Itanium, SledgeHammer, а может быть, и еще какие-то процессоры. Вот тогда и выведем новые правила для .64-разрядной арифметики..