Больше ядер, хороших и разных

Сергей Мишко (msn@univ.kiev.ua)

Спецвыпуск: Хакер, номер #055, стр. 055-030-4

Platform 2015

Кажется, появления процессоров более чем с двумя ядрами придется ждать еще очень и очень долго, и перспективы их появления пока еще очень туманны. И все же нам, спецам, всегда жгуче интересно заглянуть в будущее как можно дальше. Попытаемся сделать это представив, какими станут процессоры не в ближайшие пару лет, а, скажем, лет через десять. Естественно, мы выстраиваем свои предположения основываясь на объективной информации, полученной из различных заслуживших доверие источников.

Наверное, проще всего предположить, что производительность компьютеров поднимется на качественно новый уровень, соизмеримый с отдельными современными вычислительными комплексами. Учитывая, что с недавних пор развитие процессоров пошло по пути многоядерных архитектур, следует ожидать дальнейшего роста числа ядер на кристалле. Вот и буду считать, каким будет это число.

Для грубой оценки, думаю, вполне допустимо воспользоваться тем самым законом Мура, согласно которому вот уже многие годы число транзисторов на единице площади кристалла продолжает удваиваться каждые полтора-два года. Очевидно, число ядер на кристалле напрямую связано с количеством транзисторов, а значит, может расти примерно по изложенному закону. Не слишком напрягаясь, посчитаем, что за десять лет процессоры получили все шансы стать по-настоящему многоядерными, поскольку число ядер составит десятки или даже сотни.

Аналогичный метод допустимо использовать и при оценке объемов кеш-памяти, интегрированной на кристалл такого процессора. Учитываем сегодняшние объемы, и убеждаемся, что через десять лет речь пойдет о гигабайтах кеша. Если учесть количество ядер, работающих совместно в одном процессоре, такие большие по нынешним меркам объемы кажутся вполне оправданными.

Скоро сказка сказывается…

Сделать оценку количества ядер и объемов кеш-памяти процессоров будущего - проще простого, гораздо сложнее сделать полноценный готовый продукт. На этом пути инженеров подстерегает масса сложностей различного рода. Опишу только самые очевидные.

Освоение новых техпроцессов

Несложно проследить, что примерно раз в два года полупроводниковая индустрия переходит на очередной более "тонкий" техпроцесс. Это неизбежно, поскольку новые микросхемы содержат все больше транзисторов, а их роста на единице площади можно добиться только за счет уменьшения их геометрических размеров. Но освоение новых техпроцессов - дело крайне сложное, дорогое и нередко чреватое проявлением тех или иных паразитных эффектов. Здесь крайне сложно делать какие-либо прогнозы, особенно на десяток лет вперед. Очевидно, что производителям процессоров придется вплотную обратиться к нанотехнологиям и иметь дело с характерными размерами порядка нанометров. Возможно, положение спасут трехзатворные или даже многозатворные транзисторы, расположенные на кремниевых наноструктурах.

Рост энергопотребления

Энергопотребление подавляющего большинства современных процессоров вплотную приблизилось к отметке 100 Вт, у некоторых и того выше. И это притом, что количество транзисторов у нынешних процессоров еще не достигло миллиарда, а через десять лет, согласно тому же закону Мура, на одном кристалле смогут разместиться десятки и сотни миллиардов транзисторов. На этом фоне значение дальнейшего совершенствования различных технологий энергосбережения трудно переоценить. Одним из путей решения проблемы является размещение на кристалле чипа специализированных ядер для аппаратного решения только отдельно взятой задачи: в таком случае расход энергии окажется наиболее эффективным.