Какие процессоры появятся в будущем
Обновлено: 21.11.2024
ЦП претерпел множество преобразований, чтобы стать тем, чем он является сегодня. Первая серьезная проблема, с которой он столкнулся, относится к началу 2000-х годов, когда битва за производительность была в самом разгаре.
В то время основными соперниками были AMD и Intel. Сначала они изо всех сил пытались увеличить тактовую частоту. Это длилось довольно долго и не требовало особых усилий. Однако по законам физики этот стремительный рост был обречен на конец.
Согласно закону Мура, количество транзисторов на микросхеме должно удваиваться каждые 24 месяца. Процессоры должны были стать меньше, чтобы вместить больше транзисторов. Это определенно означало бы лучшую производительность. Однако результирующее повышение температуры потребует массивного охлаждения. Поэтому гонка за скоростью превратилась в борьбу с законами физики.
Решение появилось не сразу. Вместо увеличения тактовой частоты производители представили многоядерные чипы, в которых каждое ядро имело одинаковую тактовую частоту. Благодаря этому компьютеры могут более эффективно выполнять несколько задач одновременно.
Эта стратегия в конечном итоге возобладала, но у нее были и свои недостатки. Внедрение нескольких ядер потребовало от разработчиков разработки различных алгоритмов, чтобы улучшения были заметны. Это не всегда было легко в игровой индустрии, где производительность процессора всегда была одной из самых важных характеристик.
Еще одна проблема заключается в том, что чем больше у вас ядер, тем сложнее ими управлять. Также сложно придумать правильный код, который бы хорошо работал со всеми ядрами. На самом деле, если бы можно было разработать одноядерный блок с частотой 150 ГГц, это была бы идеальная машина. Однако кремниевые чипы не могут так быстро разгоняться из-за законов физики.
Проблема стала настолько широко обсуждаться, что к ней присоединился даже сектор образования. Если вам нужно написать статью, связанную с этой или похожей проблемой, вы можете обратиться к службе индивидуального написания эссе, чтобы обеспечить наилучшее качество. В любом случае, мы постараемся сами разобраться в будущем чипов.
H2: Квантовые вычисления
Квантовые вычисления основаны на квантовой физике и силе субатомных частиц. Машины, основанные на этой технологии, сильно отличаются от тех, что стоят у нас дома. Например, обычные компьютеры используют биты и байты, в то время как квантовые машины используют кубиты. Два байта могут иметь только один из них: 0-0, 0-1, 1-0 или 1-1. Кубиты могут хранить их все одновременно, что позволяет квантовым компьютерам одновременно обрабатывать огромное количество данных.
Есть еще одна вещь, которую вы должны знать о квантовой электронике, а именно квантовая запутанность. Дело в том, что квантовые частицы существуют парами. Если одна частица реагирует определенным образом, другая делает то же самое. Это свойство некоторое время использовалось военными в попытках заменить стандартный радар. Одна из двух частиц отправляется в небо, и если она взаимодействует с объектом, ее «наземный» аналог также реагирует.
Квантовая технология также может использоваться для обработки огромного количества информации. В отличие от обычных компьютеров, кубитные обрабатывают данные в тысячи раз быстрее. Кроме того, квантовые компьютеры также преуспевают в прогнозировании и моделировании сложных сценариев. Они способны моделировать различные среды и результаты, поэтому их можно широко использовать в физике, химии, фармацевтике, прогнозировании погоды и т. д.
Однако есть и недостатки. В наши дни такие компьютеры малопригодны и могут служить только для определенных целей. В основном это связано с тем, что они требуют специального лабораторного оборудования и слишком дороги в эксплуатации.
Есть еще одна проблема, связанная с разработкой квантового компьютера. Максимальная скорость, с которой сегодня могут работать кремниевые чипы, намного ниже скорости, необходимой для тестирования квантовых технологий.
H2: Графеновые компьютеры
Открытый в 2004 году графен дал начало новой волне исследований в области электроники. Этот сверхэффективный материал обладает парой особенностей, которые позволят ему стать будущим вычислительной техники.
Во-первых, он способен проводить тепло быстрее, чем любой другой проводник, используемый в электронике, включая медь. Он также может переносить электричество в двести раз быстрее, чем кремний.
Максимальная тактовая частота чипов на основе кремния может достигать 3–4 ГГц. Эта цифра не изменилась с 2005 года, когда гонка за скоростью бросила вызов физическим свойствам кремния и довела их до предела.С тех пор ученые искали решение, которое могло бы позволить нам преодолеть максимальную тактовую частоту, которую могут обеспечить кремниевые чипы. Именно тогда был открыт графен.
Благодаря графену ученым удалось добиться скорости, в тысячу раз превышающей скорость кремниевых чипов. Оказалось, что процессоры на основе графена потребляют в сто раз меньше энергии, чем их кремниевые аналоги. Кроме того, они позволяют уменьшить размер и повысить функциональность устройств, на которых они установлены.
На сегодняшний день прототипа этой вычислительной системы не существует. Он до сих пор существует только на бумаге. Но ученые изо всех сил пытаются придумать реальную модель, которая произведет революцию в мире вычислений.
Однако есть один недостаток. Кремний служит хорошим полупроводником, способным не только проводить электричество, но и удерживать его. Графен, с другой стороны, является «сверхпроводником», который переносит электричество со сверхвысокой скоростью, но не может удерживать заряд.
Как мы все хорошо знаем, двоичная система требует, чтобы транзисторы включались и выключались, когда нам это нужно. Это позволяет системе сохранить сигнал, чтобы сохранить некоторые данные для последующего использования. Например, чипам оперативной памяти жизненно необходимо поддерживать сигнал. В противном случае наши программы закрылись бы в момент открытия.
Графен не удерживает сигналы, потому что он переносит электричество так быстро, что между сигналами «включено» и «выключено» почти нет времени. Это не означает, что технологиям на основе графена нет места в вычислениях. Их по-прежнему можно использовать для доставки данных на максимальной скорости и, вероятно, можно использовать в чипах, если они сочетаются с другой технологией.
Помимо квантовых и графеновых технологий, есть и другие пути развития ЦП в будущем. Тем не менее, ни один из них не кажется более реалистичным, чем эти два.
Новый стандарт межсоединений UCIe призван упростить изготовление и подключение различных типов кремниевых микросхем.
Загружается аудиоплеер…
Сегодня чиплеты играют огромную роль в игровых процессорах, так как они сыграли большую роль в восхождении AMD на вершину со своими процессорами Ryzen. Это еще не все. Intel усердно работает над чиплетной (или плиточной) технологией в своих будущих поколениях процессоров и графических процессоров, и сегодня мы видим только ее начало. Одним из шагов к этому взаимосвязанному будущему является создание консорциума по продвижению открытого стандарта межкомпонентных соединений под названием Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe), о котором сегодня объявили ведущие технические деятели.
Согласно Intel, этот единый стандарт для взаимодействующих чипсетов позволит сократить расходы и обеспечить 20-кратное повышение производительности ввода-вывода при 1/20 мощности.
В консорциум входят Intel, ASE, AMD, ARM, Google, Meta, Microsoft, Qualcomm, Samsung и TMSC. Intel изначально разработала стандарт UCIe и передала его консорциуму как «открытую спецификацию, которая определяет взаимосвязь между чиплетами в одном корпусе, обеспечивая открытую экосистему чиплетов и повсеместное межсоединение на уровне пакетов».
Отсутствие стандартизированного соединения между чиплетами означает, что у вас есть компании, разрабатывающие множество проприетарных межсоединений, которые потенциально могут не работать с другими, поскольку они не работают по принципу plug and play. У Intel есть EMIB, у AMD есть Infinity Fabric, и еще куча других, менее вовлеченных в игровую сферу.
Почему это так важно? Если все основные производители чипов работают с тем же стандартом, что и USB, PCIe или NVMe, то использование универсальных соединений для чиплетов, таких как память, ввод-вывод и ядра, снизит стоимость продукта. Кроме того, это может привести к созданию новых инновационных пакетов процессоров, которые идеально поднимут производительность за пределы того, что было бы возможно в противном случае.
"Объединение нескольких чипсетов в одном пакете для предоставления инновационных продуктов в разных сегментах рынка — это будущее полупроводниковой промышленности и основа стратегии Intel IDM 2.0, — — сказала Сандра Ривера, исполнительный вице-президент и генеральный менеджер Intel.
>Очевидно, что все это соответствует плану Intel по выпуску процессоров со смесью основных наборов инструкций, даже x86, работающих рука об руку с ARM.
Лучший процессор для игр: лучшие чипы от Intel и AMD
Лучшая видеокарта: ваш идеальный процессор для обработки пикселей ждет вас
Лучший твердотельный накопитель для игр: вперед в игру
Не было указано, когда мы увидим продукты, использующие новый стандарт UCIe, но, согласно пресс-релизу, это может произойти раньше, чем ожидалось:
«После создания в этом году новой отраслевой организации UCIe компании-члены начнут работу над технологией UCIe следующего поколения, включая определение форм-фактора чипсета, управления, усиленной безопасности и других важных протоколов».
Хорхе — специалист по аппаратному обеспечению из заколдованных земель Нью-Джерси. Когда он не наполняет офис запахом печенья, он просматривает все виды игрового оборудования от гарнитур до геймпадов. Он освещает игры и технологии почти десять лет и пишет для Dualshockers, WCCFtech и Tom's Guide.
Современные процессоры состоят из миллиардов крошечных транзисторов, и постоянное их уменьшение позволяет производителям чипов идти в ногу с законом Мура. Но что, если бы сами процессоры могли уменьшаться? Таково видение чиплетов: компоненты процессора меньшего размера, которые снимают часть нагрузки с ЦП, которые сами по себе также могут быть спроектированы как чиплеты.
Во вторник титаны полупроводниковой отрасли, в том числе Intel, AMD, Samsung, TSMC и Arm, собрались вместе, чтобы объявить о новом универсальном интерфейсе для микросхем, который, как они надеются, ускорит внедрение инноваций в области микросхем в будущем.
Новый консорциум называется Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe). Его цель – стандартизировать межкомпонентные соединения для чипсетов будущего с помощью подхода с открытым исходным кодом, который может использовать любой отраслевой игрок.
В консорциуме, в частности, не было Nvidia, но это может не иметь большого значения, поскольку в нем участвуют все три ведущих мировых производителя полупроводников (Intel, TSMC и Samsung).
Что это означает для проектирования процессоров, в конечном счете, зависит от инженеров, но вкратце это позволит лучше интегрировать чиплеты, которые представляют собой более мелкие компоненты процессора, которые снимают часть нагрузки с центральных процессорных ядер, которые сами по себе могут быть спроектированы как чиплеты.
Отчасти привлекательность UCIe заключается в том, что он дает отрасли большую гибкость при проектировании процессоров таким образом, что позволяет ему взаимодействовать с другими компонентами на материнской плате через PCIe и другие соединения.
Анализ: это все чиплеты
Дизайн микросхем предлагает все виды преимуществ по сравнению с существующей парадигмой «все в одном компоненте».
Во-первых, не обязательно, чтобы все чиплеты использовали один и тот же процессорный узел, поэтому вы можете сочетать 5-нм чиплеты, которые выполняют высокопроизводительные задачи, а также 12-нм и 14-нм чиплеты, которые больше ориентированы на менее строгие задачи.
Если это очень похоже на архитектуру Arm big.LITTLE, вы не ошиблись. Чиплеты, по сути, используют преимущества конструкции Arm и расширяют ее за пределы центральных процессорных ядер.
Еще одно преимущество, которое дает UCIe, – это возможность гибкого внедрения новых технологий чиплетов 2,5D и 3D, как объясняют наши коллеги из Tom's Hardware.
Благодаря новому открытому стандарту микросхем в распоряжении промышленности появился новый важный инструмент для решения проблем масштабирования, связанных с физикой и грядущим окончанием действия закона Мура
Но течение времени забавным образом меняет наше представление об эпохе. Почти полная победа Intel к середине 2000-х теперь больше похожа на временную паузу, чем на постоянную победу — и сейчас рынок процессоров нагревается так, как мы не видели десятилетиями. SiFive утверждает, что в будущем сможет создать настольный чип RISC-V. Такие стартапы, как Nuvia, были приобретены Qualcomm, которая планирует выпустить свой собственный чип к концу 2022 — началу 2023 года. И AMD, и Intel недавно представили новые архитектуры — AMD расширила Zen 3 для серверов и мобильных устройств, в то время как Intel запустила Rocket. Озеро и сервер Ice Lake.
Оглядываясь назад, можно сказать, что запуск процессоров Ryzen в апреле 2017 года стал началом новой эры масштабирования производительности ПК. Архитектуры AMD Zen, Zen+ и Zen 2 неоднократно превышали свои весовые категории, даже несмотря на то, что 10-нанометровые промахи Intel сделали его более уязвимым для проблем, чем это было бы в противном случае. Intel Tiger Lake — впечатляющий процессор — достаточно хороший, чтобы вернуть себе лидерство на рынке мобильных устройств, — но остаются вопросы о том, какие части появятся после него, и сколько времени потребуется компании, чтобы восстановить конкурентоспособность на 7-нм узле. (В настоящее время Intel заявляет, что будет конкурентоспособна на 7-нанометровом техпроцессе и восстановит лидерство на 5-нанометровом техпроцессе.)
Затем Apple и M1. Хотя процессор не является нокаутирующим ударом по AMD и Intel, он устанавливает новую планку производительности и энергоэффективности, которую обе компании x86 должны будут поддерживать в долгосрочной перспективе.Apple не собирается завоевывать рынок массовых ПК или начинать создавать машины с Windows, но Qualcomm уже объявила, что намерена вывести на рынок ноутбуки на базе нового процессора Nuvia. У Intel и AMD есть небольшая передышка, чтобы вывести на рынок новое оборудование, но грядет давно откладывающаяся битва между x86 и ARM. Вскоре мы сможем провести более точное сравнение двух семейств процессоров.
Под руководством Пэта Гелсингера, нового генерального директора Intel, компания стремится создавать новые процессоры и графические процессоры там, где узел процесса лучше всего соответствует базовой архитектуре. Компания хочет построить новый литейный бизнес для клиентов и выделила 20 миллиардов долларов на строительство двух новых заводов в Аризоне. Однако даже в лучшем случае для Intel ей потребуется несколько лет, чтобы восстановить свое прежнее доминирующее положение. Потратив последние несколько десятилетий на попытки истребить своего конкурента практически любыми возможными способами, Intel оказалась в непривычной ситуации, когда AMD нуждалась в эффективном наступлении, пока сама наводит порядок в собственном доме
Несмотря на то, что у Intel есть план по увеличению 10-нанометрового техпроцесса и переходу к 7-нанометровому техпроцессу, выпуск Sapphire Rapids ожидается в лучшем случае не раньше конца 2021 года. Гелсингер пообещал, что Alder Lake появится на ПК в конце 2021 года, заменив Rocket Lake в самом быстром цикле замены оборудования, который мы когда-либо видели. Все эти процессоры построены на 10-нанометровом техпроцессе; 7-нанометровый техпроцесс Intel ожидается не раньше 2023 года, так что у нас есть немного времени, чтобы подождать до этого момента.
Если Intel продолжит бороться с 7-нанометровым техпроцессом или если его оппоненты окажутся более надежными, чем ожидалось, передовым микроустройствам придется поддерживать конкурентоспособность архитектуры x86 по сравнению с разработками таких фирм, как Ampere, Apple и Qualcomm. Это была бы беспрецедентная ситуация. AMD и раньше обыгрывала Intel и лидировала на рынке x86, но она никогда не была основным защитником этого рынка от конкурирующей архитектуры, в основном потому, что у x86 не было достойных конкурирующих архитектур уже много лет.
Но — и это самое забавное — AMD нуждается в Intel также. Если Intel завтра прекратит продавать процессоры, TSMC фактически не хватит мощности пластин, чтобы покрыть этот пробел. Каждый отдельный сервер x86, поставляемый Intel, представляет собой продажу, которую хочет AMD, и защиту от вторжения ARM на более крупный серверный рынок. Каждый сервер, который выходит за дверь с логотипом Intel, — это сервер, за который AMD все еще может сыграть. Как только клиенты начнут переходить на ARM, убедить их вернуться может стать более сложной задачей.
Если Intel не сможет достаточно быстро представить конкурентоспособные разработки, ей понадобится работа AMD, чтобы продемонстрировать, что x86 может бросить вызов ARM. Если AMD не выполнит поставленных задач, два производителя x86 могут быть оттеснены назад, поскольку новые чипы и технологии выходят на первый план. AMD может быть нынешней звездой рынка ПК, но ей нужны объемы продаж Intel и огромная база установок, чтобы позиционировать свои процессоры как привлекательную альтернативу в условиях неопределенности решения ARM.
Прошли десятилетия с тех пор, как рынок ЦП был таким динамичным. Если вас интересуют аутсайдеры и новички, RISC-V наводит фурор. Apple M1 произвел огромное впечатление при запуске в прошлом году, и в не столь отдаленном будущем у него появится старший брат. Новые масштабируемые процессоры Intel Xeon 3-го поколения — это значительный шаг назад к конкурентоспособности Chipzilla, а архитектура AMD Zen 3 продвинула вперед рынок настольных компьютеров, мобильных устройств и серверов. Никогда еще не было так интересно рассказать о процессорах.
Читайте также: