Производительность ПК: чего ждать в будущем

Владимир Богданов

Процессорные технологии

Дисковая подсистема — вечно в отстающих

Графические процессоры

Будущее памяти

Для того чтобы оценить перспективы развития ПК, спрогнозировать рост его производительности, вовсе не надо быть Артуром Кларком. Но и зарываться в своих прогнозах небезопасно. На год-два перспективы ясны с 70-процентной вероятностью — достаточно внимательно посмотреть на графики выпуска (roadmaps) новой продукции производителей центральных микропроцессоров, жестких дисков, графических процессоров, модулей памяти.

Дальше никто загадывать не решится. В любой момент может наступить прорыв в технологиях квантовых (оптических компьютеров), который поставит под угрозу всю традиционную полупроводниковую индустрию. С другой стороны, сильно надеяться на «новую световую революцию» было бы не совсем благоразумно. Инвестиции в полупроводниковые компьютеры еще много лет будут защищены сопротивлением ведущих производителей и «трением» существующей силиконовой инфраструктуры, которая, кстати, тоже не стоит на месте и способна выживать, только выпуская все более совершенные решения. Данная статья — лишь попытка заглянуть в недалекое будущее, определить тенденции, которые складываются на рынке аппаратных средств. Надеюсь, она поможет вам избежать многих ошибок, обойти «тупиковые ветви развития», выбрать верную стратегию модернизации.

Строго говоря, резкий рост производительности отдельных компонентов не вызывает адекватного роста общей производительности. Если правая нога способна двигаться в пять раз быстрее левой, то бегуну это ничего хорошего не сулит, а его общая скорость будет определяться (ограничиваться) именно левой ногой. Так и с общей производительностью ПК: высокая частота процессора компенсируется менее производительной памятью и совсем черепашьей производительностью дисковой подсистемы.

Процессорные технологии

К концу этого года тактовая частота некоторых флагманских процессоров должна достигнуть рубежа в 2 ГГц, хотя еще зимой в это верилось с трудом. Но выпуск в начале июля процессора Intel Pentium 4 c тактовой частотой 1,8 ГГц позволяет предположить, что уж эта компания сумеет преодолеть второй гигагерц еще в текущем году. Сама же компания Intel намекает, что запас «масштабируемости» Pentium 4 настолько велик, что с выпуском Pentium 4 2 ГГц они, возможно, поспеют к сентябрю. В общем, хороший подарок к началу учебного года. В крупных партиях цена нового процессора Pentium 4 1,8 ГГц составляет 562 долл. (Pentium 4 1,6 ГГц — 294 долл.). Пока что чип выпускается по технологии 0,18 мкм, но уже вплотную осваиваются проектные нормы 0,13 мкм. Единственный серьезный конкурент Intel — компания AMD, которая месяцем раньше выпустила процессор AMD Athlon 4 c тактовой частотой 1,4 ГГц. По результатам многих тестов его производительность сопоставима с Pentium 4 1,7 ГГц. Athlon 4 поддерживает внешние тактовые частоты 266 и 200 МГц. Версия Athlon 4 с частотой 1,4 ГГц стоит 253 долл. в крупных партиях.

Не меньшего внимания заслуживает процессор компании VIA Technologies — VIA C3. «Вечный преследователь» сегодня подтянулся до 800 МГц. За шквалом критики по поводу его производительности нельзя скрыть главного: процессор, в отличие от конкурентов, выпускается по самому современному техпроцессу 0,13-0,15 мкм и имеет минимальную на рынке площадь кристалла — 52 мм2. Это означает, что процессор отличается пониженным энергопотреблением. Как и процессоры Athlon, VIA C3 поддерживает расширенные наборы команд MMX и 3Dnow!. Поддерживаемая частота шины памяти (100/133 МГц) и размер кэша (192 Кбайт) отвечают современным требованиям. К концу года VIA планирует вплотную приблизиться к лидерам и выпустить процессор С4 с тактовой частотой 1,2 ГГц. Новинка обещает быть весьма интересной. По сообщению на сайте http://www.ixbt.com/, процессор будет оснащен 17-стадийным конвейером, 128/256 Кбайт кэша L1/L2 и модулем SSE. Во втором полугодии 2002-го VIA планирует выпустить на рынок версию C5 (кодовое название Esther) с тактовой частотой 2 ГГц (техпроцесс 0,10 мкм). Таким образом, в будущем году отставание VIA от лидера в тактовой частоте составит около 1 ГГц. Но это не значит, что разрыв в производительности будет столь же катастрофичен.

Четвертый игрок рынка мобильных настольных процессоров — Transmeta — к концу 2002 года также будет иметь процессор с тактовой частотой выше 1 ГГц и 256-разрядным ядром.

Подводя итог, можно предположить, что в ближайшем будущем тактовая частота процессоров будет расти со скоростью чуть меньше одного гигагерца в год. Надо только отдавать себе отчет, что рост производительности процессора отнюдь не прямо пропорционален росту тактовой частоты. Поэтому от процессорной гонки не стоит ожидать 100% роста производительности за год. Этого не позволяет ни сам процессор, ни окружающие его подсистемы памяти, ни дисковая подсистема.

Дисковая подсистема — вечно в отстающих

Как мы уже упоминали, общая производительность ПК ограничивается скоростью самого медленного компонента. Для большинства операций слабым звеном традиционно остается жесткий диск и вся дисковая подсистема, включая внешние накопители. Редко случается, что производительность жесткого диска сдерживается «узостью» его интерфейса. Диск — едва ли не единственный компонент ПК, в котором почти все зависит от механики. Кроме увеличения скорости вращения шпинделя (до 10 тыс. оборотов в минуту) конструкторы ведут активные исследовательские работы по повышению плотности записи на фиксированной стандартами площади диска, что также способствует повышению скорости считывания данных.

И все же хотелось бы получить более современный интерфейс, являющийся в нашем случае не столько фактором производительности, сколько удобства. В принципе, распространенный интерфейс ATA до сих пор неплохо справляется со своими задачами, если иметь в виду соотношение «цена/производительность». Конкурирующий USB — слишком медленный, а IEEE-1394 — слишком дорогой. Может, именно поэтому конструкторы все внимательнее присматриваются к альтернативному интерфейсу Serial ATA. Призвание последнего — учесть новые требования со стороны производителей электроники жестких дисков и сборщиков. Существующий стандарт сигнального питания 5 В (для обычного параллельного ATA33/66/100) уже неадекватен, так как энергопотребление дисков существенно снизилось. Отпадает потребность и в широком, неповоротливом 40-контактном шлейфе, который совсем непросто разместить в корпусе ПК так, чтобы не нарушить теплообмен. В результате сформировались и требования к новому интерфейсу: удобство USB, производительность не ниже параллельного ATA, длина кабеля более 45 см (стандартное ограничение для параллельного АТА) плюс пониженное энергопотребление. Поэтому с 1999 года началась активная разработка спецификации Serial ATA группой компаний: APT Technologies, Dell, IBM, Intel, Maxtor, Quantum и Seagate Technologies. На тонкий сигнальный кабель SerialATA подается напряжение 500 мВ, причем сам кабель может теперь быть длиной в 1 м — вдвое больше, чем стандартный IDE-шлейф. В настоящий момент первая версия интерфейса Serial ATA c пропускной способностью до 150 Мбайт/с проходит промышленную обкатку. По прогнозам производителей, микросхемный набор (чипсет), полноценно поддерживающий Serial ATA, появится лишь в 2002 году.

Но уже в текущем можно ожидать появления комбинированных решений, когда на системной плате поддерживаются как Parallel ATA, так и Serial ATA. Второе поколение стандарта Serial ATA будет предусматривать пропускную способность уже в 300 Мбайт/с. Напомним, что существующий стандарт Parallel ATA (ATA-100) предусматривает пиковую производительность класса 100 Мбайт/с (что, правда, в полной мере так и не используется).

Второе и более важное направление эволюции дисковой подсистемы — увеличение плотности записи данных на диск. Нынешний рекорд может запросто устареть уже к моменту выхода статьи. В частности, в конце июня Seagate запустила в массовое производство винчестеры серии Barracuda ATA IV (интерфейс — ATA 100) со скоростью вращения шпинделя 7200 об./мин. Всего на двух физических пластинах дисков вмещается 80 Гбайт данных — по 40 Гбайт на диске. Внутренняя (не путать с внешней!) пиковая скорость передачи данных составляет почти 70 Мбайт/с (час музыки формата MP3 за секунду). Диски удалось сделать практически бесшумными для человека. В режиме поиска винчестер издает шум в 2 Б, в то время как человеческое ухо обычно не воспринимает звуки ниже уровня 2,5 Б. Кстати, в области увеличения плотности записи у производителей словно открылось второе дыхание. Новые рекорды ставятся с регулярностью раз в неделю. Это уже превратилось в тенденцию, как и рост тактовой частоты процессоров. И все события происходят на фоне постоянного снижения цен за единичный носитель (винчестер). Не удивлюсь, если к концу следующего года за 100 Мбайт винчестер будут просить те же 100 долл., что берут сегодня за хорошую «тридцатку».

Графические процессоры

Судя по публикациям этого года, свет сошелся клином именно на графических процессорах для обработки трехмерной графики. Действительно, экспертов просто поражают темпы развития этих технологий — намного более высокие, чем в традиционной процессорной индустрии. Забывают, правда, что рост этот начался с достаточно малой первоначальной базы. У меня почти нет никаких сомнений, что nVidia еще несколько лет будет практически единолично контролировать рынок высокопроизводительных 3D-процессоров для ПК. Ну, может, со временем ее начнет «поджимать» ATI (с чипом Radeon и его последователями). Производительность графических процессоров за год вырастает в несколько раз, и реальных препятствий для такой тенденции пока не видно. Другое дело, что рынок высокопроизводительных 3D-карт — это рынок некоторых домашних ПК, оккупированных геймерами, и рынок рабочих станций для профессионалов. Куда интереснее другая складывающаяся тенденция — признание интегрированных графических процессоров в составе чипсетов системных плат. Суперуспешная серия чипсетов Intel 815 и других интегрированных микросхемных наборов заставила многих пользователей трезво взглянуть на вещи: зачем дорого платить за то, без чего можно обойтись? Не меньше года ушло на то, чтобы покупатели поверили в возможности интегрированных графических процессоров. Лишним тому подтверждением стал демарш nVidia, выпустившей интегрированный чипсет nForce cо встроенным графическим ядром класса GeForce2 MX и звуковым кристаллом. Предполагается, что системные платы с новым чипсетом будут стоить около 150 долл., то есть на 50 долл. дороже, чем с чипсетом Intel 815. Однако при более тщательном подсчете покупатель оказывается в выигрыше, получая скрытую прибыль в 60 долл. по сравнению с покупкой отдельного адаптера. Другое дело, что перед производителями встает новая непростая задача — убедить покупателей офисных и бюджетных ПК в том, что им кровь из носу нужна 3D-графика. Сегодняшняя аргументация откровенно разочаровывает: маркетологи пытаются объяснить, что в презентациях без «торможений» должны крутиться сложные трехмерные модели.

Напомним, что по результатам многочисленных тестирований самым высокопроизводительным графическим процессором для настольных ПК остается nVidia GeForce3. Карты на его основе выпускают около 10 компаний, относящихся к категории brandname. Различия в их картах сводятся в основном к фирменным реализациям теплоотвода (улучшенные вентиляторы и радиаторы), к наличию видеовыходов, а также к типу и объему используемой памяти.

Будущее памяти

В технологиях памяти основная дискуссия почему-то развернулась вокруг «перспективных» стандартов высокопроизводительной памяти: DDR SDRAM и RDRAM. Апологетом последней стала, конечно же, Intel, которая позиционировала память Rambus RDRAM для процессора Pentium 4. За более дешевую память DDR SDRAM с удвоенной пропускной способностью ратовали все остальные производители, впечатленные комбинацией Athlon + DDR SDRAM. В результате со временем шансы каждого стандарта стать доминирующим сравнялись, в основном благодаря тому, что цены на Rambus RDRAM стремительно снижаются. Но за всей маркетинговой шумихой можно проследить куда более интересную тенденцию — катастрофическое снижение цен на традиционную SDRAM. Нам, покупателям, это выгодно, ведь в большинстве случаев производительность ПК страдает не от «медленной» оперативной памяти, а от ее элементарной нехватки. Сегодня же 256 Мбайт стабильно работающей SDRAM можно купить почти задаром — 40 долл. Перепроизводство памяти достигло таких масштабов, что производители теряют 50-100 центов на каждом поставляемом модуле памяти. Идет война нервов и кошельков. Те, которые остановят конвейеры первыми, сыграют на руку остальным — сокращение производства резко поднимет цены на память.

Цифры свидетельствуют: сегодня на долю альтернативных видов памяти DDR SDRAM и RDRAM приходится около 5% рынка памяти, все остальное — SDRAM. Агрессивная ценовая политика производителей способна изменить это соотношение в пользу DDR SDRAM и RDRAM, но не очень существенно. Лишь к 2005 году доля альтернативной памяти в структуре производства превысит 70% (прогноз Infineon). Тогда же тактовая частота RDRAM достигнет 1200 МГц, а пропускная способность шины повысится до 9,6 Гбайт/c. Как пишет iXBT.com, «к тому времени, если RDRAM и будет жить, то конкурировать ему придется уже не с DDR, а с DDR-II, предварительная спецификация которой была утверждена JEDEC в самом конце июня. Массовое внедрение этого типа памяти должно начаться к концу 2003 года в виде 400 и 533 МГц чипов с пропускной способностью соответственно 3,2 и 4,3 Гбайт/с. А дальше на арену выйдут новые технологии DRAM — разработка DDR-III будет вестись уже совместно с группой Advanced DRAM Technology».

Общий же вывод может быть сделан следующий: за новыми альтернативными типами памяти нам предстоит внимательно и с интересом наблюдать, но еще года два основной реальный (платежеспособный) интерес будет приковывать старая добрая SDRAM большого объема.

Бесспорно, если откладывать покупку компьютера, в ожидании появления более производительных и дешевых компонентов, то так никогда ПК и не купишь. «Выгодным» компьютер остается неделю-две. После этого за те же деньги (а то и дешевле) можно будет приобрести еще более совершенную модель. Понимая, что компьютер начинает дешеветь с первой секунды приобретения, остается просто принять решение: компьютер нужен к такому-то сроку и такой-то конфигурации. Если же вы готовы откладывать покупку до бесконечности, подумайте, нужен ли вам ПК вообще.

КомпьютерПресс 8'2001