Современное состояние и перспективы развития вычислительных средств

В настоящее время 98% процессоров для настольных компьютеров с архитектурой х86 (см. ч. III пособия) производятся корпорациями Intel и AMD. Оставшиеся 2% приходятся на долю недорогих, низкопроизводительных, но экономичных процессоров компании VIA. Новой перспективной разработкой компаний Sony, Toshiba и IBM является процессор Cell (клетка, англ.) [30], выпускаемый по технологиям 90- и 65 нм. Им частично охвачена сфера суперкомпьютеров [31], предлагаются blade-серверы (blade – лезвия) на основе двух многоядерных процессоров (корпорацией IBM [32].), применения в военной области (для радикального повышения производительности и интеграции сигналов от множества датчиков и источников [32]), а также массовые недорогие решения для компьютеров и игровых приставок PlayStation 3 [33]. Хотя по объему продаж процессоров лидирует Intel, ее отрыв от AMD сокращается. Технологическое лидерство принадлежит компании AMD, которая первой осуществила два основных усовершенствования архитектуры х86: 64-бит расширения х86-64 (Athlon64), совместимые с базовой архитектурой х86, и многоядерность – выпуск двухъядерных процессоров как для серверов (Opteron), так и для ПК (Athlon64 X2 и FX60). Фирме Intel подобные разработки пришлось выполнять в роли догоняющей. При производстве процессоров обе фирмы Intel и AMD пока используют 90-нм технологию. Фирма Intel начала выпуск кристаллов по 65-нм технологии (на том же литографическом оборудовании, которое использовалось в 90-нм технологии). AMD планирует начать выпуск таких кристаллов в 2007г. Хотя развитие одноядерных процессоров, доминирующих пока на рынке, приостановилось из-за технологических трудностей, их производительность сильно обогнала современные потребности массового потребителя. Количественные спецификации ЦП, такие как тактовая частота или объем кэш-памяти, начинают иметь все меньшее значение. На первый план выходят энергопотребление и другие характеристики. Перечислим особенности предлагаемых фирмами AMD и Intel одноядерных и двухъядерных процессоров.

Процессоры AMD Athlon 64, хотя и имеют относительно невысокие тактовые частоты, благодаря эффективной архитектуре (К8) обеспечивают высокий уровень производительности. Сравнительно невысокое тепловыделение делает их лидерами с точки зрения соотношения производительность/мощность. Ядра с кодовым наименованием Venice иcпользуются в недорогих процессорах с рейтингами от 3000+ до 3800+ (частоты 1.8 – 2.4 ГГц), ядра San Diego – в более дорогих процессорах с рейтингами от 3700+ до 4000+ (частоты 2.2 – 2.4 ГГц). Эти процессоры поддерживают энергосберегающую технологию Cool’n Quiet, позволяющую снижать частоту и тепловыделение процессора во время его неполной загрузки и технологию Enhanced Virus Protection, обеспечивающую доступ к биту NX (non-execute - неисполняемый) для организации защиты операционной системы (ОС) от воздействия вредоносных программ. Более дорогими и несколько более производительными модификациями Athlon 64 являются процессоры Athlon 64 FX. На сектор недорогих вычислительных систем ориентированы процессоры Sempron, выполненные на ядре Palermo – упрощенном варианте ядра Venice. В них также реализованы технологии Cool’n Quiet и Enhanced Virus Protection. В новых выпусках этих процессоров активирована технология AMD64 (на рынке могут встречаться и без активированной AMD64).

С 2004 г. Intel ввела маркировку процессора номером вместо частоты, однако торговая марка (бренд) Pentium 4, ориентированная на ПК среднего уровня будет присутствовать на рынке процессоров еще некоторое время. При этом больший номер серии означает либо более высокую производительность, либо широкие возможности. Примеры одноядерных процессоров, основанных на технологии Net Burst: Intel Pentium 4 500 (на ядре Prescott), Intel Pentium 4 600 (на усовершенствованном ядре Prescott-2М и на ядре Cedar Mill по 65-нм технологии) и недорогая серия Celeron D 300 (на ядре Prescott). В ряде моделей процессоров задействованы технологии Execute Disable Bit (аналог Enhanced Virus Protection), ЕМТ64 (поддержка 64-бит расширений), Virtualization Technology (VT) – виртуализация, позволяющая работать одновременно с несколькими ОС, раздельно и независимо использующими один и тот же набор ресурсов платформы, EIST и Thermal Monitor, позволяющие снизить энергопотребление и тепловыделение. [29]. Особенности 64-разрядных процессоров, работающих по технологии х86-64 и поддерживающих их операционных систем Microsoft Windows XP x64-bit Edition и Linux Corporate Server от компании Mandrake рассмотрены в [34].

Дальнейший рост вычислительной мощности связан с использованием двух- и многоядерных процессоров. Примеры двухъядерных процессоров [30]:

· массовые Intel Pentium D 800, 820, 830, 840 (с ядром Smithfield, представляющим собой объединение двух ядер Prescott в одном кристалле), Из-за удвоения размера, повышения энергопотребления и тепловыделения эти процессоры имеют тактовую частоту более низкую, чем их одноядерные аналоги.

· Intel Pentium Extreme Edition с применением технологии Hyper-Threading, представляющей процессор в ОС четырьмя логическими ЦП.

· Intel Pentium Extreme Edition 955 (на ядре Presler по 65-нм технологии)

· Intel Pentium D 920, 930, 940, 950 (массовые аналоги на ядре Presler с отключенной технологией Hyper-Threading).

· Intel Conroe – процессор, основанный на новой архитектуре, оптимизированной с точки зрения производительность/мощность, начало выпуска запланировано на конец 2006 г.

· AMD Athlon 64 X2 (представляет по сути два процессора Athlon 64, объединенных в одном кристалле, однако дублированы не все ресурсы, что обеспечило рост энергопотребления примерно в полтора раза при увеличении вдвое размера кристалла. В этих процессорах используются ядра с кодовыми именами Toledo (более мощные) и Manchester (упрощенные), по функциональным возможностям идентичные ядрам San Diego и Venice [31].

· AMD Athlon 64 FX-60 – представитель серии двухъядерных процессоров, более производительных в многопоточных и однопоточных приложениях, а также в трехмерных (3D) играх.

По результатам тестирования компьютерным журналом Hard & Soft [35], лучшим продуктом 2005 г. признан процессор AMD Athlon 64 X2, тестирование журналом Мир ПК [36] признало лучшим процессором 2005 г. AMD Athlon 64 FX-60.