חזון הסיליקון: מפת הדרכים של המעבדים
תחזית התפתחות המעבדים בשנתיים הקרובות. אינטל, מכונת הכסף המשומנת ביותר בענף, מרגישה שהימרה על שני סוסים מבטיחים - שמסרבים להגיע ראשונים לקו הסיום. AMD נושמת אוויר פסגות. כתבה ראשונה בסדרה
משהו לא רגיל מתרחש מאחורי הקלעים של ההצגה הגדולה "מלחמת המעבדים". אינטל, מכונת הכסף המשומנת ביותר בענף, מרגישה שהימרה על שני סוסים מבטיחים - שמסרבים להגיע ראשונים לקו הסיום. AMD, לעומת זאת, מגלה לראשונה כמה נעים לנשום אוויר פסגות.
אחרי שנים ארוכות בהן AMD השתרכה אחרי אינטל, כשהיא נלחמת על זכותה לייצר "תואמי אינטל", בשנה האחרונה היא עברה לחזית והתחילה לקבוע סטנדרטים משלה. כמו הרחבות 64 ביט לארכיטקטורת IA-32, שהיא קוראת לה X86.
אינטל הגאה מתכוונת לאמץ את ההרחבות האלה במעבדים עתידיים שלה "כדי לא לפצל את סביבת התוכנה של IA-32". במילים אחרות, אינטל תייצר שבבי פנטיום-4 ו-Xeon "תואמי AMD" כדי לא לפגר אחרי היתרון הראשוני של מעבדי אתלון-64 ו-Opteron ביישומי IA-32 "מורחבים" ל-64 ביט!
אין מה לדאוג לקופה של אינטל. למרות שאיטניום מתברר כאחד המעבדים שמתקשים להפוך מצוינות טכנולוגית להצלחה מסחרית, למרות שבעיות טכניות מעכבות את מימוש הפוטנציאל של תהליך 90 ננו-מטר בהורדת ההספק והגדלת המהירות של Prescott, ולמרות שנוצר צורך לדחות את היציאה לשוק של כל המעבדים העתידיים, העסקים לא רעים.
הפרנואידים לא שוכחים דבר
רק שבאינטל לא חוזרים על הטעות מסוף שנות ה-70, כשיחסי כוחות דומים גרמו לה לזלזל ב-Zilog, אמנם זו האחרונה כבר לא איתנו, אבל גם אינטל איבדה מומנטום עצום, שכמעט עלה לה באובדן ההולכה בשוק. אם מה שנדרש זה להעתיק כמה רעיונות מ-AMD הקטנה והחצופה, שיהיה.
לא מספיק להיות פרנואיד כמצוות אנדי גרוב, צריך להיות גם חסר מעצורים בדומה לביל גייטס. אלא שבייצור מעבדים קל יותר לדבר על תגובה מהירה מלהוציא אותה אל הפועל. תכנון דור חדש של מעבדים אורך שלוש שנים לפחות.
כך היורש של Prescott, שנקרא בשם הקוד Tejas יופיע על לוחות האם בשנת 2005 בין אם יתברר שהמסלול מוליך למבוי סתום ובין אם יפתרו הבעיות הנוכחיות וארכיטקטורת NetBurst תצליח לפרוץ הרבה מעבר ל-4 גיגהרץ. ארכיטקטורה חדשה למחשבים שולחניים אמורה להגיע רק בסוף 2005, תחת שם הקוד Nehalem ולא הרבה ידוע עליה, למעט העובדה שהיא תוכרז כפנטיום-5.
עבור AMD הקושי של אינטל לשנות כיוון היא הזדמנות חד פעמית להתבסס בצמרת הביצועים עם ארכיטקטורת 64 הביט של "הפטישים". רשימת שמות קוד של AMD לשנה וחצי הקרובות נשמעת כמו שיעור בגיאוגרפיה: Newcastle, Venus, Paris, Victoria, Odessa, Dublin, Oakville Denmark, Italy, Egypt, Toledo, Palermo ו-Trinidad (נקווה שלא שכחנו כמה בדרך).
קשה להאמין שחברה קטנה כמו AMD מתכוונת להוציא מעבד חדש מדי חודש בממוצע, אבל אסור לזלזל ב-AMD גם אם היא ידועה כמופרזת. יכול בהחלט להיות שהיא לא תצליח לעמוד בקצב, שיתברר גם לה שהמעבר ל-90 ננו-מטר יכול להיות בעייתי - במיוחד אם מצרפים אליו שכלולי תהליך אחרים, דוגמת SOI - ושההפסדים הכרוניים יחזרו לכרסם בחופש הפעולה העסקי.
אבל בטוח שהיא תגרום בעיות לאינטל - לפחות עד שזו תחזור לשיעור הראשון בארכיטקטורת מעבדים: "אל תערבבו". כל הניסיונות הידועים לשלב במנוע אחד את הטיפול בקוד לוגי רגיל, כזה שמהווה את המנה העיקרית ביישומים עסקיים, עם הטיפול בקוד המיוחד של עיבוד אותות, גרפיקה או תקשורת, לא צלחו.
כבר יותר מעשור אינטל מנסה לשכנע את הצרכנים שזה אפשרי וכדאי - ללא הצלחה. מה שהצליח זה להוסיף מנועים מיוחדים לעיבוד פקודות מיוחדות, כמו MMX ו-SSE. כך שלא ברור מדוע היא צריכה להכפיף את כל הארכיטקטורה של פנטיום-4 (NetBurst) לדרישות של יישומי מולטימדיה.
בתחום היחיד בו ביצועי מולטימדיה קובעים את סדר היום, משחקי תלת מימד, ממילא התפקיד מוטל על המאיץ הגרפי. עדיף שהמעבד המרכזי יתרכז בהרצת קוד לוגי מסורתי ולשם כך הוא זקוק לארכיטקטורה מסורתית יותר מ-NetBurst, עם צינורות ביצוע קצרים, שאינה סובלת מתוצאות של ניחוש Branch שגוי.
הפיזיקה הלא סלחנית של החום
יש לאינטל ארכיטקטורה כזאת, קוראים לה פנטיום-M ("בניאס" בדור הראשון, "דותן" בדור השני, "יונה" בדור השלישי, "מרום" או "גילה" בדור הרביעי) והיא פותחה במקורה עבור סביבת המחשבים הניידים.
הבניאס חולל מיני-מהפכה בעולם המעבדים כשהוכיח, כי בגישה מקורית לפתרון שאלות היסוד של ארכיטקטורה אפשר לבצע קפיצת מדרגה דרמטית ביחס בין עוצמת החישוב של המעבד להספק החשמלי הנדרש להשגת העוצמה - וכמות החום שצריך להיפטר ממנה כתוצאה מההספק הזה.
בשורה התחתונה של הניתוח ההנדסי, היחס הזה הוא המפתח האמיתי לשיפור ביצועים ארוך טווח. בטווח הקצר אפשר לשפר ביצועים על ידי הגדלת מהירות השעון (כמו בפנטיום-4), על ידי הגדלת השבב והוספת זיכרון מטמון (כמו באיטניום), על ידי עידון תהליך היצור (כמו במעבר ל-90 ננו-מטר) שיאפשר הוספת טרנזיסטורים על שטח שבב נתון והגדלת מהירות השעון, ועל ידי הרחבת הפס בתקשורת בין המעבד לסביבתו.
אבל לכל אלה יש "מחסום תרמי": אי אפשר לחמם את השבב מעבר לטמפרטורה מסוימת בלי לסכן את אמינותו. הגדלת המהירות והשבב כרוכות בתוספת הספק, הקטנת השבב ומיזעור הגיאומטריה כרוכים בריכוז ההספק על שטח קטן יותר - ובכל מקרה התוצאה היא הגדלת הטמפרטורה והקושי להיפטר מהחום.
מה שאיכזב בחשיפת Prescott, למשל, לא היו הפרמטרים של מהירות שעון או ציונים במבחני הביצועים. האכזבה נבעה מכך שהיחס בין עוצמה להספק לא שופר למרות הכניסה לתהליך יצור חדיש ומתקדם (90 ננו-מטר).
מי שמוכן להסתבך במערכות קירור אקזוטיות יכול להעלות את מהירות השעון (Overclocking) של המעבד ולספוג את עודף החום על ידי נוזלים מתנדפים או גז מתפשט. אבל לכל צורך מעשי יכולת הקירור מוגבלת לסביבות 150-100 וואט עבור שבבים בגודל רגיל (150-75 ממ"ר).
מעבדי פנטיום-4 בדורות הנוכחיים (Northwood ו-Prescott) מייצרים חום בהספק של יותר מ-100 וואט כשהם מגיעים למהירות של 3.2 גיגהרץ או יותר. ב-3.4 גיגהרץ הם מגיעים למעטפת הסבל של השבב ואינטל לא תעלה את מהירות השעון לפני שמהנדסי התהליך יפתרו את הבעיה: מדוע Prescott צורך כ-15% יותר ממה שהמודל התיאורטי סימן כאפשרי?
בהנחה שהפתרון ימצא, תיפתח הדרך להגדלת מהירות השעון ליותר מ-4 גיגהרץ, כמו גם למהדורה ניידת של Prescott, שתגיע במהלך 2004 למהירות של 3.4 גיגהרץ.
מהלכים נוספים שיקרו כשהמהנדסים ישתלטו על בעיות הייצור הם:
- מהדורת Extreme Edition של Prescott, עם מטמון L3 בגודל 2MB (כנראה), שתחליף את המהדורה הנוכחית המבוססת על מנוע Northwood.
- Nocona, מהדורת Xeon של Prescott, גם היא עם מטמון L3 בגודל 2MB, שתחליף את ה-Xeon הנוכחי המבוסס על מנוע Northwood.
יש דמיון בין Extreme Edition ל-Xeon. מה שנמכר לשחקני מחשב בתור פנטיום-4 מהדורת EE אינו אלא Xeon סטנדרטי (גרסת DP) שניטרלו את מנגנון הסינכרון שלו, מנגנון שנועד לאפשר התקנת זוג מעבדים על לוח אם אחד (Dual Processing).
מהדורת Nocona, שתצא לשוק במהלך הקיץ, תביא גם את התשובה של אינטל לאתגר ה-64 ביט של AMD. מצפים שהיא תצא לשוק עם מהירות שעון של 3.6 גיגהרץ ותנסוק עד סוף השנה ליותר מ-4 גיגהרץ.
המוהיקני האחרון במשפחת NetBurst
ב-2005 אמור להגיע היורש של Prescott, שנקרא Tejas, וייבנה בטכנולוגיית 90 ננו-מטר ובארכיטקטורת NetBurst, עם צינורות ביצוע (Pipelines) ארוכים. אינטל ייעדה לו את המשימה לשמור על המבצר עד שתגיע לישועה בדמות פנטיום-5.
Tejas יצא לשוק עם מהירות שעון של 3.6 גיגהרץ, שתעלה במהירות, ועד סוף 2005 מצפים ליותר מ-5 גיגהרץ. מבחינת ארכיטקטורה, Tejas מביא מעט שיפורים - מנגנון HyperThreading מעודכן, עוד 8 פקודות SSE והגדלה נוספת של המטמון L1.
השיפור המשמעותי ביותר של Tejas הוא דווקא המארז. אינטל מתכוונת לעבור מהמארז הנוכחי, הכולל כ-500 "רגליים", למארז "נטול-רגליים" שנקרא LGA. על החלק התחתון שלו מסודרים מגעים בולטים במבנה של מטריצה, שבאים במגע עם מטריצת מגעים דומה על התושבת. מהנדסי הזיווד מאמינים גם שה-Clip שמצמיד את המעבד לתושבת משפר משמעותית את אמינות המגעים.
במארז של Tejas מספר המגעים יוגדל ל-775, כנראה במטרה להרחיב את אפיק המערכת (ה-FSB) ל-128 ביט. ההרחבה תביא לכך שה-FSB של פנטיום-4 יהיה זהה ל-FSB של אינטיום-2. היצרנים יוכלו לבנות לוח אם אחד, המבוסס על ערכת שבבים "אוניברסלית", ולהתקין עליו פנטיום-4 או איטניום-2 לפי הצורך.
המעבד לשרתים שיקבל את המנוע של Tejas נקרא עכשיו בשם הקוד Jayhawk. הוא יצא לשוק במחצית 2005 תחת השם Xeon במהדורת DP שמיועדת ללוח אם כפול מעבדים. עדיין לא ידוע במה הוא יהיה שונה מ-Tejas משום שלא ידועה המדיניות של אינטל לגבי הוספת מטמון L3 למעבד השולחני.
לכתבה השניה בסדרה: חזון הסיליקון: דותן, יונה ומרום.
סנטרינו 2. אינטל מתקשה לשנות כיוון
מומלצים
