Процессоры PC. Эволюция 1971-2012

Для управления током утечки также могут использоваться различные технологии на уровне схем – включая смещение подложки, образование тяги и «засыпание» транзисторов. Увеличение объема внутрикристальной памяти (благодаря увеличению емкости кэш-памяти) не только повышает производительность, но также снижает интенсивность обмена с внешней памятью, что, в свою очередь, также ведет к сокращению энергопотребления и рассеивания энергии. Специализированное аппаратное обеспечение, такое как устройства обработки протокола TCP/IP, также может снизить энергопотребление благодаря тому, что будет выполнять свои функции более эффективно (за счет меньшей сложности схем и меньшего количества циклов на операцию), чем универсальные процессоры.

Параллелизм 

  Для того чтобы в полной мере получить преимущества от использования будущих архитектур Intel CMP, задачи должны быть существенно распараллелены – например, разделены на подзадачи, которые могут выполняться одновременно на множестве ядер.

  Сегодняшние одноядерные и многоядерные процессоры способны одновременно обслуживать всего несколько потоков. Будущие процессоры Intel CMP смогут обрабатывать множество потоков – сотни, а в некоторых случая даже тысячи. Некоторые задачи можно достаточно просто распараллелить до такой степени силами разработчиков (с небольшой помощью компиляторов   , т. к. процессор и микроядро смогут обеспечить необходимую многопоточность

  Например, в обработке изображений полное изображение можно разделить на множество отдельных областей, каждую из которых можно обрабатывать независимо и одновременно. К этой категории относится от 10 до 20% предполагаемых задач будущего. Вторая группа задач – около 60% – может быть распараллелена, если применить некоторые усилия. Среди таких задач – некоторые приложения баз данных, извлечения информации, синтеза, обработки текста и голоса. Третья группа – задачи, распараллелить которые очень трудно: задачи с линейными алгоритмами, когда выполнение каждой стадии зависит от результатов выполнения предыдущей стадии.

Задачи  категории 1 будут реализованы в  плане перехода на параллельную обработку  в первую очередь. Реальную проблему представляет категория 2, к которой  относится большинство приложений. Параллелизация этих задач требует вмешательства человека и использования множества технологий программирования, над разработкой которых сейчас активно работает отрасль. Эти технологии включают:

• Массивы адаптивных программных библиотек и алгоритмов для обеспечения прозрачного параллелизма, включая интеллектуальные средства для генерации таких библиотек.
• Расширения существующих языков программирования, а в некоторых случаях создание нового класса языков программирования, которые помогут создавать параллельные программы.
• Интеллектуальную модель потоков, совместимую с компиляторами, операционными системами и прикладными приложениями, которая использует множество потоков.
• Набор инструментальных средств для разработки, анализа производительности и тестирования программ, предназначенных для рационализации процесса разработки параллельных программ.
• Новые инновационные способы представления данных, поддерживающие массовую многопоточность.

Intel вместе  со своими партнерами ведет  объемные исследования в этой области, и мы уверены, что сможем разработать программные технологии, которые позволят получить полные преимущества от использования наших развивающихся архитектур.

Сложность управления  

     Будущие архитектуры Intel CMP представляют большой скачок в повышении сложности функционирования. Необходимо динамически и с высокой скоростью координировать большое количество одновременных операций, распределять потоки между ядрами, управлять питанием, реконфигурировать ресурсы по запросу «на лету».

     Для эффективного функционирования необходимо переложить большинство этих задач  управления на процессор, в отличие  от сегодняшней ситуации, когда таким  управлением занимается ОС или управляющее  ПО времени выполнения (например, виртуальная  машина Java). Другими словами, процессор сам по себе должен иметь встроенную интеллектуальную логику для управления и организации наилучшего управления нижележащим аппаратным обеспечением.

     Эти обязанности можно возложить  на интеллектуальное микроядро. Микроядро  будет взаимодействовать с ОС для планирования потоков и распределения их по ядрам, отключения ядер во время простоя с целью сохранения электроэнергии, мониторинга функционирования и переключения заданий на другие ядра в случае сбоев, а также для реконфигурирования ядер, кэш-памяти и межкомпонентных соединений в случае необходимости. Микроядро, в свою очередь, будет предоставлять ОС и прикладному ПО унифицированный интерфейс. ОС и приложения смогут использовать функциональность микроархитектуры, задавая такие параметры, как требования по энергопотреблению и производительности, и предоставлять системе возможность самой решать, как наилучшим образом достичь поставленных целей, используя имеющиеся в данный момент ресурсы. Другое преимущество такой абстракции – возможность быстрого переноса приложений между вычислительными устройствами разных классов. 

Безопасность  и управляемость  

     Для успешного развития микропроцессоров Intel в течение следующих 10 лет  необходимы новые, более надежные механизмы  обеспечения безопасности и управляемости. В настоящее время эти функции выполняются программным обеспечением и часто требуют вмешательства человека. Для систем будущего потребуются более совершенные встроенные средства обеспечения безопасности и управляемости. Для платформ Intel уже разрабатываются новые механизмы на базе встроенного ПО и аппаратного обеспечения. Например, с помощью виртуализации можно создать специальные разделы для выполнения функций безопасности и управления, а также для реализации уровней защиты с целью предотвращения нежелательных действий, проникновений в систему и вирусных атак.⁴ Возможность реконфигурирования аппаратного обеспечения позволит реализовывать такую виртуализацию на стадии производства процессоров, во время сборки систем и/или во время работы системы. 

Изменчивость  и достоверность  вычислений  

   Это тоже одна из важных проблем, с которой  мы столкнемся в течение следующих  десяти лет. Ожидается, что размер транзисторов сократится до 20 нанометров и даже еще  меньше, поэтому возрастет изменчивость в их поведении. Intel исследует несколько новых механизмов, необходимых для того, чтобы компенсировать такую изменчивость поведения транзисторов.

• Самопроверка и самоуправление на основе аппаратного обеспечения (которая может, например, определить приближение сбоя ядра или схемы и с упреждением переключить рабочую нагрузку на другое ядро или схему). В последующие годы по крайней мере 5-10% из десятков миллиардов транзисторов в процессоре будут специально выделены для обеспечения надежности схем и логики.
• Встроенное ПО прогнозирования неисправностей на основе анализа истории ошибок.
• Статистические технологии вычисления с использованием вероятностных моделей для получения надежных результатов с применением ненадежных компонентов.

Высокоскоростные  межкомпонентные соединения  

     Архитектуры Intel CMP помогут справиться с узкими местами и источниками неэффективности, общими для других архитектур, но могут  столкнуться с новыми проблемами производительности. Главная из них  – коммуникационные задержки при  передаче данных между многочисленными ядрами, кэш-памятью и другими функциональными компонентами. Следовательно, потребуются высокоскоростные межкомпонентные соединения для ускорения передачи данных и обеспечения полезной загрузки процессора. Подход Intel включает использование усовершенствованных медных проводников и в конечном итоге переход на оптические межкомпонентные соединения (которые могут передавать данные со скоростью света). 

     Проблема  заключается не только в материале  межкомпонентных соединений, но также  и в их архитектуре. Архитектуры типа «кольцо» успешно проявляют себя в системах с 8-16 ядрами. В дальнейшем потребуются новые архитектуры межкомпонентных соединений, способные поддерживать сотни ядер. Такие механизмы должны иметь способность к реконфигурированию, чтобы обслуживать изменяющиеся потребности обработки и конфигурации ядер. Архитектуры межкомпонентных соединений – область активных и всесторонних исследований Intel совместно с университетами и всей отраслью высоких технологий. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Заключение

     И, несмотря на то что никто не может  предсказать, как будут развиваться  технологии в будущем, разработки, которые  уже начались, позволяют нам сделать  некоторые выводы.

     Анализируя  сегодняшние потребности и тенденции, Intel верит, что архитектура процессоров и платформ должна двигаться в направлении виртуализированной, реконфигурируемой архитектуры CMP с большим числом ядер, богатым набором встроенных функциональных возможностей, большим объемом внутрикристальной памяти и интеллектуальным микроядром. Такая эволюция архитектур, сопровождаемая необходимостью увеличения объемов вычислений и строгим соблюдением совместимости с тысячами существующих приложений, создает уверенность в том, что процессоры и платформы Intel в ближайшие годы станут основой для создания огромного количества фантастических и интеллектуальных новых приложений, которые изменят наш бизнес и образ жизни так, как мы даже не можем. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Глоссарий

CPU - Central processing unit (CPU); Processor

ЦУУ - Центральное Управляющее  Устройство

АЛУ - Арифметическо-логическое устройство

ЭВМ - Электронно – вычислительная машина  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Используемая литература

1. http://www.intel.com

2.  http://ru.wikipedia.org

3. www.electrosad.ru

4. www.nix.ru

5. www.xard.ru