Не Intel и AMD едиными, или какие еще существуют игроки на рынке процессоров?

для раздела Блоги

Привет, %username%! Пока готовится к выходу вторая часть моего опуса - Phoronix Test Suite, или как тестировать процессоры it-шнику, а также первая статья из серии #Computer Science for Dummies, я решил немного разнообразить колонку статей познавательной, профильной информацией, которая нынче довольно редко проскакивает на данном ресурсе.


Intro

Итак, %username%, ты думаешь что серьезный процессорный рынок поделен двумя компаниями - Intel и AMD и нет ничего более интересного? Ты глубоко ошибаешься! Сегодня я покажу тебе другую сторону медали, и ты узнаешь, что есть более интересные решения, чем те, что сейчас производят "Синие" и "Красные". Кстати, про некоторые чипы ты уже мог что-то слышать, но даже для тебя, мой искушенный читатель, у меня припасена пара козырей в рукаве...

Сразу оговорюсь, что в данной статье не будут затронуты разработки таких компаний-гигантов как Qualcomm, Samsung или чуть более мелких - MediaTek, Allwinner, Texas Instruments и прочие, так как они производят в основном чипы для мобильных и IoT-устройств, а мне бы хотелось рассказать о "камешках" посерьезнее.

Oracle SPARC (T/M)





Пожалуй, одни из самых интересных процессоров на рынке сегодня производит "та самая Oracle", с именем которой у любого it-шника прежде всего ассоциируются - Java, SQL и конечно же Solaris.

Опустим все, что касается истории компании и ее софтверных продуктов, и перейдем к техническим решениям, воплощенным в кремнии. Начиная с 2009 года процессоры SPARC для Oracle производила компания (чье имя кстати еще всплывет в нашей статье) Sun Microsystems. Линейка чипов вплоть до моделей SPARC Т3 и Т4 все еще проектировалась инженерами из Sun, однако вскоре ситуация начала меняться.

В 2015 году выходит микропроцессор SPARC М7, который был детищем, созданным Oracle для Oracle. Собственно главной задачей было обеспечение беспрецедентно высокого уровня производительности при работе ПО компании, и надо сказать, что им это таки удалось. Под стать амбициям были и характеристики:

  • Техпроцесс 20nm
  • До 32 ядер и 256 потоков на одном процессоре (8 потоков на ядро)
  • Максимальная частота до 4133Mhz
  • Кэш L1 = 16kb + 16kb (instruction/data) на ядро    
  • Кэш L2 = 2Mb instruction + 4Mb data    
  • Кэш L3 размером 64Mb
  • Целый букет инструкций, ускоряющих работу с шифрованием: AES, Camellia, CRC32c, DES, 3DES, DH, DSA, ECC, MD5, RSA, SHA-1, SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512

Неплохо, особенно в сравнении с каким-нибудь i9-9980XE, да? Но и это еще не все. Главной особенностью чипа стала реализация программных функций прямо на кристалле. В нее входили: аппаратная защита памяти, ускорение работы с криптографическими алгоритмами и "фишка", не имевшая до того момента аналогов - SQL in Silicon (SQL на кристалле).





Благодаря заложенным "в кремний" инструкциям, ускоряющим работу с шифрованием, системы на базе SPARC M7 работали в защищенном режиме до 4 раз быстрее, чем решения конкурента (не будем называть его имя...).

Отдельного упоминания стоит - SQL in Silicon. Встроенные ускорители SQL-инструкций позволяли при работе с аналитикой баз данных превосходить конкурента из "стана X86" более чем в 7 раз, а при обработке OLTP-транзакций до 3 раз. Особенно эффект повышения производительности был заметен на сложных SQL запросах. Это по достоинству оценили многие компании, занимающиеся онлайн-торговлей.

Но Oracle не была бы самой собой, если бы не выпустила обновленную версию своего "хита" M7. Модель - SPARC M8 унаследовала все преимущества прошлой и приобрела существенную прибавку по частотам. Новый микропроцессор получил:

  • Максимальную частоту в 5000Mhz
  • Кэш L1, увеличенный до 32kb + 16kb (instruction/data) на ядро
  • Кэш L2 на 128kb instruction + 256kb data
  • Большую ассоциативность кэша L3 - c 8 до 16 каналов
  • Существенно переработанный блок для работы с числами с плавающей запятой и т.д.

В настоящее время M7 и M8 работают в высоконагруженных серверах под управлением ОС Solaris.

IBM Power

О IBM (International Business Machines) знает, или просто слышало большое количество людей. Это одна из крупнейших it-компаний в США. Начинали они с производства весов и табуляционных вычислительных машин. Но их становление в качестве микропроцессорной компании пришлось на 1990 год. 





В начале 90-х выходит их первый чип на микроархитектуре POWER, который представлял из себя RISC-процессор. Осознав, что у их продукта есть потенциал, они предложили сотрудничество Apple. Так и появился всем известный - PowerPC, просуществовавший в компьютерах Mac вплоть до 2005 года, когда Джобс со сцены WDC объявил о переходе на Intel. 

Power PC G5

Мало кто знает, что процессоры IBM были во множестве игровых приставок: Gecko в Nintento GameCube, PowerPC Broadway в Wii, IBM Xenon стал сердцем Xbox 360, а в соавторстве с Sony и Toshiba компания создала одно из лучших своих творений - Cell. Далее цифровые индексы в POWER сменяли друг друга, и CPU не представляли из себя ничего интересного.

Но в 2017 году в свет выходит POWER 9, который разрабатывался прежде всего для ускорения задач, связанных с разработкой искусственного интеллекта. Продукт получает следующие характеристики:

  • Техпроцесс 14nm FinFET  
  • 2 исполнения - 12 ядер/96 потоков и 24 ядра/96 потока  
  • Максимальна частота до 4000Mhz (турбобуст)  
  • Кэш L1 32kb + 32kb (instruction/data) на ядро  
  • Кэш L2 512kb на ядро  
  • Кэш L3 до 120Mb





POWER 9 получился довольно интересным решением, вытащившим IBM в "высшую лигу". Он нашел свое применение в высокропроизводительных серверах. Кроме того, на его базе (вместе с Tesla V100) был построен самый мощный суперкомпьютер по состоянию на 2019 год - Summit, находящийся в национальной лаборатории Oak Ridge (Oak Ridge National Laboratory).

IBM Power Systems AC922 - аппаратная платформа для новых "камней" использовала PCI-Express 4.0 (горячий привет AMD) и NVIDIA NVLink 2.0, что позволяло задействовать ускорители NVIDIA Tesla V100 по полной. Кроме того, в AC922 можно поставить до 1 Tb ECC DDR4-памяти.

В планах у IBM к 2020 году выпустить POWER 10, с улучшенной архитектурой и контроллером памяти, а также еще большим количеством ядер. Производство будет идти с применением техпроцесса 10нм FinFET на мощностях Samsung.

МЦСТ Эльбрус (8/8С)

Удивительно, но в данный список "просочилась" отечественная контора - АО "МЦСТ" (Московский центр SPARC-технологий). Кто бы что ни говорил, но это одна из немногих компаний, которая сама разрабатывает микропроцессоры на доработанной микроархитектуре, лицензируемой у Sun Microsystems.







Одной из первых важнейших разработок стал Эльбрус 2000 (E2K) - микропроцессор, произведенный по техпроцессу 0,13 мкм, работающий на частоте 300Mhz и состоящий из 50 млн. транзисторов. Производился на заводе TSMC. Далее вплоть до 2014 года инженеры "допиливают" архитектуру, и в 2015 году выходит Эльбрус-8С, который обеспечивает серьезный рывок, и в отличие от прошлогодней модели 4С предлагает:

  • в 2 раза большее количество ядер - 4 vs 8 
  • Почти 2-кратный прирост по тактовой частоте - 800Mhz vs 1300Mhz
  • Четырехкратное увеличение производительности - 64GFlops vs 250GFlops
  • Более тонкий техпроцесс - 65нм vs 28нм

Эльбрус-8С - это ярчайший представитель архитектуры VLIW. Микропроцессор обладает кэш-памятью: L1 равной 64kb + 128kb (data+instruction), L2 равной 512kb и L3 16mb. Контроллер памяти 4-канальный с поддержкой DDR3-1600 registered EC. В отличие от процессоров x86 каждое ядро может исполнять (барабанная дробь!...) до 25 операций за такт одновременно. Эльбрус-8С может исполнять двоичный код  x86-32 и x86-64 c помощью динамической трансляции.

Существует еще одна версия "восьмерки" - Эльбрус-8СВ. В ней тактовую частоту увеличили до 1500Mhz, а контроллер памяти перевели на DDR4-2400 ECC. Производительность при работе с числами с плавающей запятой также выросла -  288GFlops.

Кроме простых рабочих станций, процессор используется в высокопроизводительных серверах, например "Эльбрус-804", в котором на одной плате может быть до 4 чипов. Конечно, ты %username% можешь сказать: "А зачем нужен этот процессор, когда есть Intel и AMD?". А затем, мой юный друг, что эти компании в любой момент могут разорвать соглашение о поставках продукции, да и в оборонной отрасли, а также на важных инфраструктурных объектах (электростанции и т.д.) нужна независимость от сторонних разработок.



В планах у "МЦСТ" к 2025 году выпуск чипов Эльбрус-16С и Эльбрус-32С с 16 и 32 ядрами соответственно, и производительностью до 4TFlops. Кстати, 32-ядерный микропроцессор будет выпускаться по 10nm техпроцессу.

Zhaoxin KX

У нас на очереди китайская компания Zhaoxin, наделавшая в свое время шума процессорами серии KX.

Shanghai Zhaoxin Semiconductor Co была основана в 2013 году в качестве совместного предприятия VIA Technologies и властей Шанхая. И это было правильным решением, так как у VIA был значимый опыт в процессоростроении. Кроме центральных процессоров, компания производила видеоускорители и чипсеты для платформы AMD.

В 2014 году выходит первый чип семейства ZX, основанный на VIA Nano X2 C4350AL. Затем в 2015-2016 годах инженеры дорабатывают архитектуру, которая кстати базировалась на микроархитектуре VIA Centaur, и на рынке появляются CPU под кодовым названием Zhangiang. Они обладали: частотой до 2000Mhz, 4 ядрами и 8 потоками, а также поддержкой инструкций AVX/AVX2. 



Zhaoxin KX-6000

В 2017 году в мире начинает появляться интерес к продукции Zhaoxin, и причиной тому послужила серия микропроцессоров ZX-D - KX-5000, которая носила кодовое имя Wudaokou. Специалисты компании постарались на славу, существенно переработав архитектуру:

  • Северный мост почти полностью интегрирован в CPU
  • Поддерживались инструкции - SMM, FPU, NX, MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, AES, SM3, SM4, AVX(1/2)
  • Количество ядер увеличили до 8
  • Присутствовала интегрированная графика VIA S3 Graphics

Годом позже анонсируют обновленные чипы семейства ZX-E - KX-6000 с кодовым именем Lujiazui. И эти микропроцессоры не были всего лишь "косметическим апдейтом". Они изготавливались по техпроцессу 16nm, имели в арсенале до 8 ядер с частотой 3000Mhz, поддерживали память DDR4-3200 и могли похвастаться поддержкой: PCI Express 3.0, DisplayPort, HDMI, USB 3.1. Кроме того, из южного моста перенесли в процессор контроллеры SATA и USB (в 5000-ой серии они были вне процессора). Теперь по части процессорной мощи, детище инженеров VIA могло соревноваться на равных с продуктами из линейки Core-i5 Skylake.

Планы у компании Zhaoxin поистине наполеоновские. В 2019-2020 годах планируется переход на техпроцесс 7nm и выпуск процессоров семейства ZX-F и серии KX-7000. В них будет реализована поддержка PCI Express 4.0, и, по слухам, туда хотят добавить поддержку DDR5.

Outro

Как видите, компаний, производящих мощные десктопные или серверные решения, не так уж и много. Да, есть и другие игроки на рынке процессоростроения, но они либо производят чипы для мобильных устройств (Qualcomm, Huawei, Samsung, Texas Instruments, Motorolla и т.д.), либо полностью заимствуют уже готовые технологии в виде ОЕМ поставок и затем смело лепят свой "шильдик" на продукт. Показательным примером служит компания THATI с процессорами HYGON на ядре Zen/Zen+ для внутренних нужд китайского рынка. 



Как всегда, если Вам понравилась статья, то не стесняйтесь ставить оценки и пишите отзывы, а может и критику в комментарии. Обратная связь с читателями - это сильнейший мотиватор для подготовки интересных и познавательных материалов, коих на этом ресурсе почти нет...

P.S.

А какие темы, связанные с it-отраслью, были бы интересны тебе, %username%? Программирование, Computer Science, архитектура "железа", материалы по современным API (DirectX, OpenGL) или что-то еще? Не стесняйся, пиши в комментариях свои пожелания, и я обязательно что-нибудь придумаю.

P.P.S

Прошу простить за неформальную манеру повествования, если бы я решил сделать материал более серьезным и с уклоном в техническую составляющую (подробности архитектуры, принцип работы и т.д.) - многим бы это было не интересно читать. 

С уважением, CodeFOX

Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Оценитe материал
рейтинг: 4.8 из 5
голосов: 82

Комментарии Правила

Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают