Есть ли жизнь за пределами четырех гигагерц?

Вычислительная мощь современных процессоров избыточна для подавляющего большинства задач. Количество не хочет переходить в качество. Нужен прорыв, для которого мало одного лишь повышения тактовой частоты.

Лет двенадцать назад в каком-то компьютерном журнале мне попалась статья с заголовком "Есть ли жизнь за пределами 66 мегагерц?" Рассмотрев все варианты, автор приходил к выводу: нет, 66 мегагерц - это предел. Более быстрые процессоры не нужны.

Жизнь за пределами 66 мегагерц, безусловно, есть. Совсем недавно компьютер на основе процессора с такой тактовой частотой казался верхом совершенства: он позволял работать и с текстами, и с таблицами, и со сложными системами автоматизированного конструирования и проектирования. Более того, многие современные компьютерные игры уходят своими корнями именно в то приснопамятное "ДОСовское" время, когда процессор легко обходился без шумного кулера.

С другой стороны, нельзя не признать, что вычислительная мощь современных процессоров с тактовой частотой, перевалившей за три гигагерца, избыточна для подавляющего большинства задач. Да, при использовании чипа с тактовой частотой 450 МГц видео в MPEG-4 еще "притормаживало", но для воспроизведения фильмов в этом "народном" формате вполне достаточно даже одногигагерцевого процессора. Более того, при работе с самыми распространенными офисными программами мало кто заметит разницу между производительностью компьютеров на базе чипов с тактовыми частотами 1,5 и 3,4 ГГц.

Чуть ли не единственным реальным стимулом повышения производительности центральных процессоров остаются компьютерные игры. Наверное, многие замечали, что, несмотря на неуклонный рост тактовых частот "пентиумов" и "атлонов" вкупе со стремительным совершенствованием графических чипов, качество вывода трехмерного видео в компьютерных играх не слишком изменилось за последние пару-тройку лет. Сегодня компьютерное игровое видео не стало на порядок реалистичнее, чем вчера.

Иными словами, количество упорно не желает переходить в качество, а это вполне однозначный сигнал для разработчиков процессоров и программного обеспечения - нужен качественный скачок, для которого уже недостаточно одного лишь повышения тактовой частоты.

Эту проблему прекрасно осознают и в Intel, и в AMD. Неслучайно мобильные процессоры Pentium M, работающие на частотах, не превышающих 2,0 ГГц, прекрасно конкурируют по производительности с куда более "горячими" Pentium 4 с тактовыми частотами до 3,4 ГГц. Не менее высокую производительность демонстрируют и Athlon 64, чья тактовая частота пока ограничена 2,4 ГГц. Все дело в принципиально иной архитектуре, которая позволяет обойти ограничения, свойственные решениям вчерашнего дня.

Вместе с тем, никто не собирается отказываться и от наращивания тактовых частот. Переход Intel на выпуск Pentium 4 на ядре Prescott как раз и означает продолжение "гонки за мегагерцами": потенциально эти чипы способны работать на частоте до 4 ГГц, и, по оценкам специалистов, к концу года такие процессоры появятся в продаже. С другой стороны, в данном случае наращивание частот происходит за счет увеличения числа ступеней конвейера: Pentium III на ядре Tualatin обходился 10 ступенями, Pentium 4 на ядре Northwood - 20 ступенями, то Prescott щеголяет уже 21 ступенью.

В Intel не торопятся хоронить технологию NetBurst, что абсолютно оправдано с маркетинговой точки зрения. Тем не менее, увеличение числа конвейеров потребовало модернизации системы предсказания переходов, а выросшая вероятность простоя ядра из-за куда более низкой скорости работы оперативной памяти вынудила увеличить объем кэш-памяти до мегабайта, причем оборотная сторона этого увеличения - большая латентность, по сравнению с кэшем меньшего объема. Рост числа транзисторов и переход на пока очень "молодую" 0,09-микронную технологию привели к высоким токам утечки и, следовательно, к существенному росту тепловыделения.

Безусловно, все эти проблемы требуют решения, причем решения простого и красивого, позволяющего вывести индустрию на качественно иной уровень. Среди уже существующих решений такого порядка пока можно назвать всего два - технологию Hyper-Threading и аппаратную поддержку как 32-битных, так и 64-разрядных приложений. Тем не менее, появление таких технологий внушает определенный оптимизм: к счастью, инженерная мысль пока не зашла в тупик, и ждать "прорыва" осталось совсем недолго.