Многоядерные перспективы корпорации Intel

Олег Лукоев

Суть многоядерной архитектуры процессоров

Преимущества многоядерности:от цифрового дома до офиса

Долгосрочная стратегия корпорации Intel

Концепция сбалансированной платформы

Intel — лидер в разработке многоядерных платформ

Планы корпорации Intel по разработке многоядерных процессоров

 

В октябре 1989 года в журнале «IEEE Spectrum» была опубликована статья «Microprocessors Circa 2000», в которой предсказывалось, что многоядерные процессоры могут появиться на рынке уже в начале XXI века. Авторами статьи были четыре технолога корпорации Intel, в том числе Пэт Гелсингер (Pat Gelsinger), вице-президент и главный менеджер отделения Digital Enterprise Group. Пятнадцать лет спустя их предсказания сбылись, а разработка многоядерных процессоров стала одной из главных коммерческих и производственных инициатив корпорации Intel.

Три года назад в Intel серьезно занялись совершенствованием платформенного уровня, в связи с чем была активизирована работа над фундаментальными технологиями и возможностями, обеспечивающими пользователям дополнительные преимущества. Концепция сбалансированной платформы, разработанная в Intel, не ограничивается тактовой частотой, а охватывает фундаментальные технологии и возможности, которые повышают ценность и функциональность платформы. Вместо увеличения тактовой частоты процессоров основное внимание теперь уделяется разработке многоядерной архитектуры.

Многоядерная архитектура процессоров — один из важнейших аспектов платформенно-ориентированного подхода корпорации Intel. Обеспечивая повышенную производительность, обладая сниженным энергопотреблением и эффективнее выполняя несколько задач одновременно, многоядерные процессоры помогут повысить комфортность работы пользователей как дома, так и при исполнении служебных обязанностей.

Суть многоядерной архитектуры процессоров

Говоря коротко, многоядерная архитектура — это вариант архитектуры процессоров, предполагающий размещение двух или более исполняющих, то есть вычислительных, ядер в одном процессоре. Многоядерный процессор вставляется в один процессорный разъем, но операционная система воспринимает каждое из его исполняющих ядер как отдельный логический процессор, обладающий всеми соответствующими исполняющими ресурсами.

Разделяя вычислительную работу, выполняемую в традиционных микропроцессорах одним ядром, между несколькими исполнительными ядрами, многоядерный процессор может выполнять больше операций за интервал времени и улучшать таким образом работу пользователей с системой. Чтобы это улучшение стало возможным, ПО должно поддерживать распределение нагрузки между несколькими исполнительными ядрами. Эта функциональность называется параллелизмом на уровне потоков или поточной обработкой, а поддерживающие ее приложения и операционные системы (такие как Microsoft Windows XP) — многопоточными.

Процессор, поддерживающий параллелизм на уровне потоков, может выполнять полностью обособленные потоки кода, например поток приложения и поток операционной системы или два потока одного приложения. Особенно большую выгоду извлекают из параллелизма на уровне потоков мультимедийные приложения, потому что многие их операции могут выполняться параллельно.

Можно ожидать, что по мере увеличения числа многопоточных приложений, использующих достоинства этой архитектуры, многоядерные процессоры будут обеспечивать все новые и новые преимущества пользователям ПК как дома, так и на работе. Многоядерные процессоры могут также улучшить работу пользователей в многозадачных средах, а именно при выполнении нескольких приложений, имеющих высокий приоритет, одновременно с несколькими фоновыми приложениями — с такими как антивирусное и защитное ПО, утилиты для беспроводной связи, управляющие программы и приложения, служащие для сжатия файлов, шифрования и синхронизации.

Как и другие аппаратные способы реализации многопоточности, разработанные и совершенствуемые в Intel, многоядерная архитектура отражает переход к параллельной обработке — концепции, зародившейся в мире суперкомпьютеров. Например, технология Hyper-Threading (HT), представленная корпорацией Intel в 2002 году, обеспечивает возможность параллельного выполнения задач, объединяя несколько потоков в одноядерном процессоре. Но технология HT ограничена одним ядром, более эффективно использующим имеющиеся ресурсы для обеспечения лучшей поддержки многопоточности, тогда как многоядерная архитектура включает два (или более) полных набора исполнительных ресурсов.

Многоядерная архитектура обеспечивает несколько важных возможностей, улучшающих работу пользователей, в том числе увеличение числа выполняемых одновременно задач, выполнение требовательных к вычислительной мощности приложений и увеличение числа пользователей, работающих с одним ПК.

В начало В начало

Преимущества многоядерности:от цифрового дома до офиса

Б ольшинство приложений, выигрывающих от многопоточности, при выполнении на многоядерном процессоре продемонстрируют прекрасную масштабируемость производительности. К этой категории относятся мультимедийные приложения, научные приложения и системы CAD/CAM.

Что касается многозадачности, то повышение производительности благодаря многоядерной архитектуре может улучшить время отклика ПК в любой среде, в которой либо пользователи активно работают с двумя или более приложениями, либо фоновые процессы конкурируют друг с другом и с несколькими приложениями пользователя.

В 2002 году корпорация Intel профинансировала исследование Harris Interactive, которое показало, что 76% опрошенных пользователей часто или хотя бы иногда выполняли на ПК несколько задач одновременно, 90% пользователей сталкивались с проблемами, пытаясь выполнить на ПК несколько задач, требовательных к вычислительной мощности. В число таких проблем входят зависание компьютера, задержки, «замерзание» окон и искажение звука. Почти 60% респондентов заявили, что ожидание завершения какой-то функции вызывало у них скуку, поэтому они принимались в это же время делать на компьютере что-то другое.

Многозадачные сценарии могут быть совсем простыми — такими, например, как редактирование фотографий при одновременной записи телепередачи с помощью цифрового видеомагнитофона. На работе пользователь мог бы загружать из сети крупную программу, выполняя в фоновом режиме антивирусное приложение.

В начало В начало

Долгосрочная стратегия корпорации Intel

Корпорация Intel уже давно работает над концепцией параллелизма и над аппаратными средствами реализации многопоточности. Однако впервые эта тема была поднята в статье, написанной в 1989 году архитекторами Intel Пэтом Гелсингером (Pat Gelsinger), доктором Паоло Гарджини (Paolo Gargini), Герхардом Паркером (Gerhard Parker) и Альбертом Ю (Albert Yu) (http://www.intel.com/research/silicon/ieee/circa2000.pdf), которая стала первым открытым обсуждением концепции многоядерных процессоров.

Корпорация Intel предлагает многопоточные решения уже на протяжении более десяти лет. К 1994 году в процессоре Intel Pentium уже был реализован параллелизм на уровне команд — архитектурная особенность, при которой команды одного потока кода извлекаются, выполняются параллельно, а после этого объединяются в прежнем порядке. В 1994 году корпорация Intel реализовала двухпроцессорную обработку (два полноценных процессора, вставляющихся в два разъема системной платы), создав аппаратную многопоточную среду для серверов и рабочих станций. В 1995 году был представлен процессор Intel Pentium Pro, поддерживавший эффективное объединение четырех процессоров на одной системной плате, что обеспечивало более высокую скорость обработки данных в многопоточных приложениях, ориентированных на серверные платформы и рабочие станции.

Эти достижения стимулировали разработку однопроцессорных технологий, обеспечивающих более высокую степень параллелизма на уровне потоков, для массовых платформ. В начале XXI века корпорация Intel реализовала технологию HT в микроархитектуре Intel NetBurst (для процессоров Intel Pentium 4 и Intel Xeon) как инновационный способ обеспечения более высокой степени параллелизма на уровне потоков в процессорах для массовых систем.

В начало В начало

Концепция сбалансированной платформы

Аппаратные средства обеспечения многопоточности и другие подобные усовершенствования очень важны для достижения этой цели, но еще больше внимания корпорация Intel уделяет функциям и возможностям платформенного уровня, которые позволят предложить пользователям оптимальные решения. В корпорации Intel эту концепцию называют сбалансированной платформой. Совершенствование всех элементов сбалансированной платформы выполняется согласованно, а интегрированные возможности и функции помогают сделать работу пользователей более комфортной.

В качестве примеров можно указать на лидирующую роль Intel в разработке спецификации PCI и реализацию шины PCI в наборе микросхем для массовых ПК в начале и середине 1990-х годов. В 2003 году была представлена технология Intel Centrino для мобильных ПК, представляющая собой первый набор интегрированных вычислительных технологий Intel для беспроводных систем, а в этом году был выпущен набор микросхем Intel 915 Express для мобильных ПК, в котором реализованы такие новации, как улучшенные звуковая и графическая подсистемы, память с более высокой пропускной способностью (DDR2), шина PCI Express и технология RAID (Redundant array of independent disks).

Технология Intel Extended Memory 64 (EM64T), делающая возможными 64-разрядные вычисления, уже поддерживается серверами и рабочими станциями, а ее реализация в клиентских системах запланирована на текущий год. Активно разрабатываются и несколько новых платформенных технологий. Например, с целью обеспечения лучшей защиты ПК разрабатывается набор аппаратных компонентов с кодовым названием LaGrande. Аппаратная технология виртуализации с кодовым названием Vanderpool позволяет выполнять на компьютере одновременно несколько операционных сред, что может значительно улучшить надежность системы, ее гибкость, реактивность и эффективность. В Intel считают, что эти и другие технологические компоненты в комбинации с многоядерной архитектурой процессоров сделают возможными многие новые модели использования и обеспечат большее удобство пользователям серверов, настольных и мобильных систем.

В начало В начало

Intel — лидер в разработке многоядерных платформ

Двумя главными факторами, определяющими успешность разработки многоядерных процессоров для крупных сообществ пользователей, являются производственная технология и возможность массового производства кристаллов, позволяющих создавать многоядерные процессоры. Корпорация Intel прогнозирует, что к концу 2006 года более 85% производимых ею серверных процессоров и более 70% мобильных и настольных процессоров семейства Pentium будут двухъядерными.

Стратегическое решение корпорации Intel инвестировать в течение 2001-2003 годов 28 млрд. долл. в проектно-конструкторские работы, и создание производственных мощностей делает эту цель достижимой. По мере перехода к производству процессоров с двумя и более исполнительными ядрами эти инвестиции непременно окупятся благодаря 300-мм подложкам, 90- и 65-нм производственным технологиям, впечатляющим производственным мощностям и другим преимуществам Intel. Сегодня Intel владеет четырьмя заводами, выпускающими 300-мм подложки, и ведет строительство еще одного такого завода.

Работа компьютера зависит и от программного обеспечения, поэтому на протяжении последнего десятилетия корпорация Intel тесно сотрудничает с производителями операционных систем и приложений в целях оптимизации и улучшения многопоточной функциональности их ПО. Эта деятельность охватывала сначала только сегменты серверов и рабочих станций, а в конце 1990-х годов распространилась и на сегмент настольных систем, результатом чего стала реализация в 2002 году технологии Hyper-Threading в процессорах для настольных систем.

Технология HT, к сентябрю 2004 года реализованная более чем в 50 млн. процессоров Intel Pentium 4, которые работают в настольных системах, серверах и мобильных ПК, дает разработчикам ПО новый стимул к созданию более эффективных приложений, способных обрабатывать информацию параллельно. В настоящее время из многих сотен многопоточных приложений более 150 оптимизированы для применения технологии HT. Это говорит о том, что уже доступны многие инструменты, необходимые для использования всех преимуществ многоядерных процессоров Intel, и многие разработчики уже активно их применяют.

В Intel также понимают, что операционные системы, такие как Windows XP, Windows Server, разные версии ОС Linux и т.д., уже являются многопоточными и не требуют адаптации к технологии HT и многоядерным технологиям. Кроме того, корпорация предпринимает все возможное, чтобы производители ПО лицензировали свои предложения на основе числа процессорных разъемов, а не исполняющих ядер. Корпорация Intel приветствует недавнее заявление Microsoft, согласно которому она будет лицензировать операционные системы исходя из числа разъемов, а не ядер, и надеется, что другие производители ПО последуют этому примеру.

В целях продвижения многоядерности процессоров корпорация Intel объединяет усилия многих своих подразделений. В первую очередь следует упомянуть такое подразделение Intel, как Software and Solutions Group (SSG) — крупную международную организацию, сотрудничающую со сторонними разработчиками ПО и решений, имея своей целью помочь им в полной мере использовать преимущества архитектур Intel и, как следствие, обеспечить максимальную выгоду конечным пользователям. Подразделение SSG начало осуществлять реализацию программы Threading Enabling задолго до представления технологии Hyper-Threading. По условиям этой действующей программы разработчики ПО получили доступ к платформам разработки на базе технологии HT, а позднее  — к платформам разработки, созданным на базе многоядерных решений. Кроме того, подразделение SGG предлагает разработчикам надежный набор инструментов создания многопоточных программ, компиляторов и других инструментариев настройки производительности, а также документов, помогающих разработчикам реализовывать усовершенствованные аспекты параллелизма на уровне потоков в собственных программах. Intel также инвестирует немало средств в Intel Solution Centers — международные центры, позволяющие производителям ПО выполнять дальнейшую оптимизацию своих предложений для использования новейших технологий Intel, в том числе аппаратных многопоточных технологий.

В число отделений корпорации Intel, осуществляющих продвижение многоядерной архитектуры, входит отделение Solutions Development Marketing Group (SMDG), главной целью которого является поставка на рынок корпоративных деловых решений на базе архитектуры Intel. Говоря об этом, следует упомянуть и программу Intel Capital — стратегическую программу инвестиций, предусматривающую инвестирование средств в компании, вкладывающие, в свою очередь, средства в такие предприятия, продукция и услуги которых помогают заполнить пробелы и в линейке продукции и в возможностях самой компании.

В начало В начало

Планы корпорации Intel по разработке многоядерных процессоров

Перевод всех основных семейств продукции на многоядерную архитектуру — центральный элемент нынешней стратегии корпорации Intel, имеющей ярко выраженный платформенный уклон. Производство двухъядерных процессоров для мобильных, настольных и серверных платформ должно начаться в нынешнем году.

Во II квартале корпорация Intel планирует представить два новых вида процессоров класса Intel Pentium, включая процессоры класса Intel Pentium Extreme Edition, которые располагают двумя ядрами и поддерживаются двумя новыми наборами микросхем. В процессорах класса Intel Pentium Extreme Edition будет применяться технология Hyper-Threading, что обеспечит возможность одновременной обработки четырех программных потоков. В сочетании с технологией HT, позволяющей операционной системе использовать один физический процессор как два логических, процессоры класса Intel Pentium Extreme Edition смогут обрабатывать до четырех программных потоков одновременно, максимально эффективно используя имеющиеся в наличии ресурсы.

Платформы на базе двухъядерных процессоров класса Intel Pentium Extreme Edition являются идеальным решением для пользователей-энтузиастов ПК, которым требуется максимальная вычислительная мощность для работы со звуком и видео, для цифрового дизайна и современных компьютерных игр. Процессоры класса Intel Pentium Extreme Edition будут поставляться с новыми наборами микросхем Intel 955X Express, ранее известными под кодовым названием Glenwood. В этих наборах микросхем будут использоваться такие инновационные технологии, как Intel High Definition Audio, PCI Express, быстродействующая двухканальная память DDR2. Также во II квартале текущего года корпорация Intel представит процессор для массового сегмента пользователей, в настоящее время известный под кодовым названием Smithfield, с двумя новыми наборами микросхем Intel 945G Express и Intel 945P Express (прежнее название  — Lakeport).

Согласно планам корпорации Intel в отношении рынка серверов во второй половине 2005 года предполагается выпуск двухъядерного процессора Intel Itanium с кодовым названием Montecito, изготавливаемого с применением 90-нм производственной технологии. Двухъядерная архитектура процессора Montecito следующего поколения будет дополнена более чем 1,7 млрд. транзисторов и кэш-памятью объемом 24 Мбайт. В I квартале 2006 года корпорация Intel намеревается выпустить два оптимизированных двухъядерных процессора Intel Xeon с поддержкой технологии Intel EM64T, разработанной для двухпроцессорных и многопроцессорных платформ.

Intel планирует начать поставки мобильного двухъядерного процессора с кодовым названием Yonah в этом году и перейти к его массовому производству в 2006-м. Имеющий микроархитектуру, оптимизированную с учетом особенностей мобильных систем, и изготавливаемый по 65-нм технологии, процессор Yonah должен обеспечить функции управления энергопотреблением и улучшенную производительность многим ресурсоемким и многопоточным приложениям.

Позднее корпорация Intel планирует представить дополнительные версии процессоров с двумя и более ядрами для мобильных, настольных и серверных платформ. В настоящее время специалисты Intel ведут работу над целым рядом двухъядерных и многоядерных процессоров.

В Intel понимают, что потребность в платформах, обеспечивающих пользователям оптимальную производительность и функциональность, будет со временем только возрастать. В следующие 15 лет требования, предъявляемые пользователями к ПК, наверняка изменятся так же сильно, как за предыдущие 15 лет. Вполне вероятно, что на главные роли в результате выйдут улучшенные приложения распознавания образов и поисковые системы, обеспечивающие эффективную обработку информации и поддерживающие интеллектуальное принятие решений с использованием баз данных. По мере популяризации этих и других развивающихся моделей применения компьютеров требования, предъявляемые к вычислительной мощности процессоров, будут возрастать. Одним из важнейших условий обеспечения нужных этим приложениям вычислительных ресурсов является всесторонняя стратегия развития многопоточных технологий, охватывающая технологию Hyper-Threading, двухъядерные процессоры и в конечном счете многоядерные процессоры. В дальнейшем корпорация Intel продолжит фокусировать свои исследовательские, производственные и маркетинговые усилия на технологиях, помогающих сделать сбалансированную платформу реальностью и, как следствие, обеспечить максимальное удобство работы всем категориям пользователей.

КомпьютерПресс 3'2005

1999 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2001 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2004 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2008 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Популярные статьи
КомпьютерПресс использует