Новые технологии в организации PC

Впрочем, эта система названий придумана совсем недавно, хотя чипы DDR SDRAM производятся уже достаточно давно: образцы 64 Мбит чипов появились почти два года назад - в середине 1998 г. Именно к тому времени, в декабре 1998 г., когда Intel уже продолжительное время поддерживал RDRAM, одобрена открытая спецификация DDR SDRAM, не требующая от производителей, использующих ее, никаких лицензионных отчислений. Как и в случае с PC133 SDRAM, основными сторонниками новой спецификации выступили IBM и VIA, к тому времени четко ориентировавшиеся на альтернативные RDRAM архитектуры. Несколькими месяцами спустя, в мае, одобрена спецификация 184-контактных модулей DIMM, а также закончена работа над спецификацией DDR SGRAM.

Примерно через полтора года DDR SDRAM доведен до стадии, когда производители DRAM в состоянии начать его коммерческое производство -появились уже образцы 133 МГц 64 Мбит чипов DDR SDRAM, соответствующие спецификации PC2100 и готовые к началу производства. Однако первыми чипы DDR использовали отнюдь не производители модулей памяти. Производителям видеокарт проще - на карте они в праве применять что угодно, лишь бы на выходе был стандартный сигнал. Да и ширина шины памяти все же всегда была узким местом скорее для графических чипов, чем для центральных процессоров. Так что, производители видеокарт гораздо раньше воспользовались появившейся в графических чипах поддержкой DDR SDRAM/SGRAM.- Уже через несколько месяцев после выхода первого такого чипа, GeForce 256, появились карты с DDR SDRAM и SGRAM чипами на борту.

Стандартной скоростью чипов для первой волны DDR плат стали 150 и 166 МГц (результирующая частота - 300 и 333 МГц соответственно, пропускная способность шины, с учетом 128-бит разрядности - 4.8 и 5.2 Гбайт/с). Можно с большой уверенностью предположить, что осеннее поколение графических чипов будет ориентироваться на 183 МГц чипы (366 МГц, 6 Гбайт/с), а в 2001 г. мы увидим массовый выход видеокарт с 200 МГц (400 МГц, 6.4 Гбайт/с).

Результат замены SDRAM/SGRAM на их вдвое более быстрый аналог не замедлил сказаться. Производительность карт на системах с мощным центральным процессором при использовании приложений, оказывающих заметную нагрузку именно на шину памяти (например 32-бит цвет), возрастает до полутора раз.

Оценивая известную на сегодня информацию о планах разработчиков графических чипов на ближайший год, можно констатировать бесспорную победу DDR над RDRAM. После того как Intel со своим i740 успешно продвинул AGP и отказался от дальнейших попыток прямого влияния в этой области, ситуацией, к счастью, управляет рынок. Дорогой RDRAM оказался никому не нужен, тем более что 128-бит шина памяти выводит DDR SDRAM по производительности даже вперед двухканального RDRAM.

А вот с модулями памяти DIMM DDR SDRAM положение несколько иное: их востребовать некому - весь вопрос встал за чипсетами, обладающими поддержкой этого типа памяти и, соответственно, за материнскими платами на базе этих чипсетов. Первый пользовательский чипсет, обладающий поддержкой этого типа памяти, ожидался от VIA сначала осенью 99 г., затем зимой 2000, весной… Но вроде бы, наконец, ожидание подходит к концу. Уже во втором квартале должен выйти первый чипсет VIA, обладающий поддержкой DDR SDRAM - Apollo Pro266.

Ко все той же 133 МГц системной шине и AGP 4X добавится поддержка DDR SDRAM, а также V-Link - новой, ускоренной шины обмена информацией между северным и южным мостами чипсета, обеспечивающей пропускную способность 266 Мбайт/с (в два раза быстрее стандартной PCI). Кроме того, ожидается, что поддержка двухпроцессорных конфигураций, встроенная еще в Apollo Pro133A, станет официальной.

Чуть позже, в третьем квартале, ожидается выход варианта Apollo Pro266 с интегрированным видеоядром PM266. Причем, в отличие от PM133 с хиленьким по меркам третьего квартала Savage4, в этот чипсет будет встроен вариант Savage2000 (GX4C). Его производительности для дешевых систем, являющихся нишевым рынком для интегрированных чипсетов, должно быть более чем достаточно.

И в последнем квартале 2000 г. должен выйти первый серверный чипсет VIA, PX266V. Пока о нем известно мало, за исключением того, что там ожидается поддержка до 4 процессоров и двойная шина V-Link: к южному мосту и к подсистеме 64-бит 66 МГц PCI.

На вторую половину этого года запланирован выход и DDR чипсета для Athlon - KX266, по своим возможностям аналогичного своему собрату для Pentium III - Apollo Pro266. Но на всякий случай, AMD предпочла вновь подстраховаться, выпустив в третьем квартале свой чипсет с поддержкой DDR SDRAM - AMD 760. Ожидается поддержка новой частоты системной шины EV6 - 133 МГц (266 МГц), естественно, 133 МГц PC2100 DDR SDRAM, ATA100. Вскоре после AMD 760 должен последовать мультипроцессорный AMD 770 с аналогичными параметрами.

Если уж зашла речь о мультипроцессорных чипсетах, рассчитанных на серверные платформы, то нельзя не упомянуть еще двух игроков на этом рынке: Samsung со своим Caspian, разрабатываемым совместно с AMD, и ServerWorks со своей линейкой ServerSet, которая должна обзавестись DDR SDRAM чипсетом для процессоров Intel уже в первой половине этого года.

Учитывая такие факторы как стоимость RDRAM, разницу в производительности RDRAM и DDR SDRAM и падение производительности подсистемы памяти RDRAM при увеличении объема памяти, подавляющее большинство производителей серверов намеревается предпочесть DDR SDRAM перед RDRAM. С этим желанием вынужден считаться даже Intel, который в своем следующем серверных чипсете под x86 (i870) планирует поддерживать именно DDR SDRAM. Да и помимо Intel на рынке серверных чипсетов будет достаточно желающих поддержать DDR - кроме независимых разработчиков, на этом рынке выступят и сами производители серверов, разрабатывающие чипсеты под свои системы - IBM, NEC…

Кварталом позже выхода соответствующих чипсетов, ожидаются материнские платы на них. Так что первые платы, позволяющие использовать модули DDR SDRAM, должны выйти уже в третьем квартале 2000 г. И именно эти временные рамки указаны в планах различных производителей материнских плат. Первым и единственным неудобством для их пользователей должен стать новый форм-фактор модулей DIMM.

К сожалению, ничто на свете не дается даром и увеличение пропускной способности памяти вдвое сопровождается изменением форм-фактора модулей. При сохранении тех же размеров модуля число контактов увеличилось со 168 до 184. Изменившееся положение ключа не позволит вставить модули DIMM DDR SDRAM в сегодняшние разъемы DIMM.

Теперь о перспективах. Стандарт модулей DIMM DDR SDRAM предполагает использование до 200 МГц чипов, с результирующей частотой 400 МГц и пропускной способностью 3.2 Гбайт/с - как у двухканального Direct Rambus DRAM. С того момента, когда DDR SDRAM исчерпает свои возможности, в 2003 г. должен стартовать DDR-II.

Скорость DDR-II чипов, как предполагается, начнется со 100 МГц, но за счет того, что будет передаваться 4 пакета данных за такт, их пропускная способность также должна составить 3.2 Гбайт/с. Учитывая такую технологию работы (передачу 32 байтов за такт) рост производительности DDR-II чипов при росте тактовой частоты будет максимальным - в 4 раза: 150 МГц дадут уже 4.8 Гбайт/с, а 200 МГц - 6.4 Гбайт/с.

Модули на этих чипах, как и модули на чипах DDR, также будут иметь свой собственный форм-фактор (230 контактов), и требовать новых чипсетов. То же самое можно сказать и о чипах Advanced DRAM Technology, которые должны появиться примерно в то же время.

До тех пор, еще три года, нам предстоит выбирать лишь между DDR SDRAM и Direct Rambus DRAM. Если Intel не будет силой влиять на рынок (а он будет!), то результат, учитывая соотношение цена/производительность, выглядит вполне понятным - выигрывает DDR SDRAM. В противном случае ситуация становится непредсказуемой: трудно просчитать, что пересилит - финансовая мощь Intel, или здравый смысл индустрии, и в какой пропорции проявят себя эти два компонента в конечном результате.

В любом случае, если отстраниться от экстремистских точек зрения, то можно констатировать, что как бы ни сложилась ситуация, судьба DDR SDRAM сегодня видится в более радужных оттенках, нежели, скажем, год назад. За этот год успел выйти Athlon, AMD набрала вес, а VIA - сделала ставку на DDR SDRAM. Поэтому, что бы ни произошло на рынке решений от Intel, те, кто будет приобретать в конце этого года процессоры AMD, просто обречены на DDR SDRAM. А это, если ситуация с ценой на RDRAM не изменится кардинально до конца года, уже само по себе выглядит неплохим аргументом в пользу выбора решения от AMD/VIA для тех, кто предпочитает делать покупки, руководствуясь разумом, а не рекламой.

Платформы от ServerWorks, которая сегодня выступает для Intel в роли страховочного варианта, закрывая те области на серверном рынке x86, которые не в состоянии закрыть Intel, смогут выступить столь же достойным ответом на i840 с двумя каналами Rambus на рынке решений для рабочих станций и серверов, как чипсеты VIA - на рынке обычных пользовательских PC.

По предварительным тестам прототипа Samurai, производительность системы на его основе равна производительности системы на базе i840, а порой и обгоняет ее. Это, с учетом цены модулей RIMM, которая вряд ли уменьшится в несколько раз в течение года, и объем памяти в серверах и рабочих станциях дает разницу в стоимости между решениями на базе DDR SDRAM и RDRAM в тысячи долларов при равной производительности.

Итог: производители DRAM не могут позволить себе не выпускать DDR SDRAM. Рынок для этого типа памяти существует, он весьма велик. Затрат для перехода на DDR SDRAM почти не требуется. Себестоимость изготовления чипов не слишком отличается от себестоимости изготовления чипов SDRAM той же тактовой частоты. Стоимость RDRAM столь высока, что пользователи, даже при неудовлетворенном спросе на память, зачастую просто не могут позволить себе увеличить объем памяти в своих PC. Получился парадокс: если отбросить PC133 SDRAM, как технологию, принадлежащую к предыдущему поколению, то на рынке общедоступной памяти просто нет предложения. Ну не считать же таковым безбожно дорогой RDRAM? При данных обстоятельствах воздержаться от выпуска DDR SDRAM было бы непростительной глупостью.

Складывается, наконец, и вторая половина мозаики: чипсеты и материнские платы. Во второй половине 2000 г. на рынке будет вполне достаточно решений, полностью закрывающих поддержкой DDR SDRAM весь спектр рынка: чипсеты VIA и AMD - High-End PC на базе Pentium III и Athlon, чипсеты AMD и Samsung - серверы и рабочие станции на базе Athlon, чипсеты ServerWorks - серверы и рабочие станции на базе Pentium III.

5. Технология памяти Direct Rambus

Процессоры, как выяснилось, развиваются гораздо быстрее, чем за ними поспевает RAM. Предвыборка, распараллеливание выполнения операций, конвейерные структуры - все это раскочегарило процессора так, что у них болше времени уходит на ожидание готовности памяти, чем на сам процесс вычислений.

Спасает кеш, но это тоже не панацея. Во-первых, он дорог, причем цена растет нелинейно при увеличении объема - с ростом кеша увеличивается процент брака, а это делает процессор дороже. Кеш второго уровня - уже не совсем то, что первого, он работает на частоте шины процессора. Далее, кеш никак не спасает от операций, которые не отличаются локальностью обращений к памяти, или от обработки массивов, тривиально не укладывающихся в размер кеша. Никакой кеш не поможет и при обсчетах потоковой информации - будь то оцифровка звука ли, видеоввод, роутинг сетевого трафика. Bus-master, управление шиной силами внешних устройств, вообще идет мимо кеш-подсистемы процессора, прямо в память, причем большие потоки информации "мимо" процессора все равно ограничивают его производительность, так как мешают ему обращаться к памяти.

В общем, сегодняшняя подсистема RAM не удовлетворяет потребностей компьютера ни с какой позиции. И главное - не меняя архитектуры, ее, конечно, можно ускорить. Процентов на 20-30. А нужно бы - раз в 5-10.

Что тут делать? И какие проблемы мешают ускорению памяти?

Во-первых, есть предел повышения частоты, на которой может работать память. При существующей технологии на считывание содержимого ячейки памяти нужно порядка 10 наносекунд, что не позволяет поднять частоту обращения выше 100Мгц.

Во-вторых, увеличение разрядности памяти (включение ячеек параллельно, чтобы получить за одно считывание больше байт) создает свои проблемы - как электрические (придется делать дикого размера микросхемы управления - по 200-300 ножек на корпус), так и бытового характера. Чем больше разрядность, тем большими шагами можно наращивать память, что неудобно с точки зрения потребителя. Представляете, как тяжко пришлось бы покупателям, если бы модули SIMM выпускались только шагами по 32 мегабайта? Или если бы их пришлось ставить в машину не парами, а минимум - четверками?

В общем компания Rambus поглядела, и решила, что пора перепроектировать систему памяти в принципе. Отказаться от сегодняшней методики управления чипами, и сделать все с нуля.

Сразу скажем - ей удалось. Хотя риск был велик - в основном, риск того, что за Rambus-ом не пойдут, и новый стандарт не приживется. Ан, пошли. Правда, еще не прижился, но производить новую память (модуль такой памяти, сделанный по технологии Direct Rambus,   называется RIMM) принялись несколько крупнейших фирм, включая известнейшего памятестроителя Kingston и толстяка айбиэма.

Новая технология отличается от старой решительно всем - только вот на вид почти точно такая же, как всем известные DIMM-ы. Direct Rambus вобрал в себя почти все новшества памятестроения, совместив их в аккуратно и вдумчиво спроектированной схеме.

Новая схема

·        Общается с контроллером по мультиплексированной 800-мегагерцовой шине, что резко снижает необходимое число контактов и энергопотребление интерфейсных схем

·        Использует полностью параллельное соединение разъемов под модули SIMM, что гарантирует временное согласование сигналов, сколько бы модулей не было вставлено. Отсюда - возможность работы на 800 Мгц.

·        Адресует модули независимо, что резко увеличивает число независимых банков памяти, а значит, позволяет выполнять частично перекрывающиеся во времени обращения чаще.

·        Позволяет делать конвейерные выборки из памяти, причем передача адреса может выполняться одновременно с передачей данных. Отсюда - возможность сильного перекрытия запросов к памяти во времени. Контроллер может передать в память до 4-х запросов (причем возможно перемежать считывание и запись), которые будут выполнены последовательно.

Итого, на практике контроллер может выжать из шины памяти 95% ее максимальной теоретической производительности, которая равна 1.6 гигабайта в секунду (800мгц, два байта за такт). Правда, на сегодня пиковая производительность реальных схем - 600 мегабайт в секунду, но это уже очень хорошо. А запас в гигабайт в секунду карман не тянет. Не успеешь глазом моргнуть, как новые процессоры, интеллектуальные дисковые и графические контроллеры используют его до корки, и попросят добавки.

Определенной проблемой новой технологии является притормаживание перехода на нее компании Intel. Гигант не торопится переключаться на RIMM-ы, объясняя это необходимостью плавного перехода. Как именно задержка обеспечивает плавность - мне не совсем ясно, но, безусловно, эволюционные подходы - неизбежны. Если завтра все начнут делать материнские платы под RIMM-s, куда производители денут выпускающиеся мощным потоком DIMM-s и SIMM-s? Тем не менее, переход на RIMM-ы можно считать предопределенным.

В других областях - от видеоконтроллеров до спец-компьютеров и встроенных систем RIMM-ы тоже делают первые шаги. К примеру, TI и S3 уже лицензировали технологию Direct Rambus, а значит, без работы ей не умереть.

Предполагается, что в персональных компьютерах Direct Rambus RIMMs будут применяться в следующем году, к 2000-му году займут порядка 30, а в 2001-м и все 50% рынка.

6. Transmeta Crusoe.

Ну вот и наступил тот день, когда оказались сняты покровы секретности, окружающие одну из самых таинственных компаний последних пяти лет, Transmeta, а также и их детище - процессор под кодовым названием Crusoe. Одно из ранних и общепринятых предположений полностью подтвердилось: Crusoe действительно не является конкурентом процессоров для настольных компьютеров от AMD и Intel - он самую малость опоздал с этим, но зато его возможности по энергосбережению возможно делают его идеальным выбором для производителей портативных продуктов - от ноутбуков до HPC. Но к этому моменту мы вернемся чуть позже, когда речь пойдет о конкретных деталях чипов. А сейчас посмотрим на более фундаментальные вещи, и первое, на что стоит обратить внимание в данном случае - это технология Code Morphing, позволяющая "на лету" преобразовывать x86 код во внутреннюю систему команд процессора.

Crusoe относится к разряду VLIW процессоров. То есть, в отличие от привычных каждому пользователю PC чипов, работающих с CISC инструкциями, он в своей работе опирается на VLIW (very long instruction word), будучи в этом более близок к таким продуктам, как Merced или Elbrus 2000. (Последнее, пожалуй, особенно справедливо, если учесть, что глава Transmeta, Dave Dietzel, в свое время немало времени провел в Москве, контактируя с будущими создателями E2K).

1	2	3	4	5	6