Artykuł

Komentarzy: 5 | Autor: tirinti@poczta.neostrada.pl | Wyświetleń: 11412 | Data: 23 maja 2004, 18:01

Przyszłość PC

Pod koniec zeszłego roku było wiadomo że obecny przyniesie nam wiele nowości do architektury PC. Zmiany te miały następować powoli. Nie będę tu opisywał szczegółów, podam tylko jakie technologie powinny się pokazać lub już się pojawiły. Procesory 64bitowe, proces technologiczny 90nm, karty graficzne z pixel shaderem 3, magistrala PCI Expres, złącze 775 u Intela i 939 u AMD, pamięć DDR2, standard BTX. Dodatkowo bardziej popularne staną się standardy SATA i gigabitowy LAN, oraz procesory wielowątkowe. Czy więc komputery za pół roku będą znacznie lepsze od tych z prze pół roku? Jak to wygląda obecnie, w połowie roku? Otóż wygląda to marnie. Proces 90nm w wykonaniu Intela okazał się porażką, AMD chyba też będzie mieć problem, IBM ma problemy z PowerPC. Pamięć DDR2 nie będzie znacznie wydajniejsza od DDR. Aplikacji korzystających z wielowątkowości jest niewiele, a z 64bitów jeszcze mniej. W dalszej części opiszę prognozy dotyczące pamięci DDR2 i przyszłości procesorów.

Koniec łatwego przyspieszania procesorów

Do niedawna było jasne, że zmniejszenie procesu technologicznego o 30% daje możliwość podwojenia częstotliwości i obniża ilość wydzielanego ciepła przy tej samej częstotliwości. Pierwsze problemy pojawiły się w tajwańskich fabrykach przy przejściu na proces technologiczny 0.13um. Okazało się, że układy nie są znacznie szybsze od wykonanych w 15um a do tego bardziej się grzeją. Doprowadziło to do porażki GFFX5800. Podobne problemy mieli inżynierowie AMD przy przejściu z 18um na 13um (jądro Thoroughbred A). Na szczęście problemy z procesem 13um dało się obejść i powstały GFFX5900 i Thoroughbred B. Kolejny znacznie większy problem napotkał Intel przy przejściu na proces 90nm. Prescot okazał się wielkim niewypałem. Po pół roku prac nad poprawą procesu 90nm Intel zrezygnował z dalszego rozwoju architektury NetBurst (jest to architektura procesorów P4 a w przyszłości miała być również w P5). Główną zaletą tej architektury miała być łatwa skalowalność do wysokich częstotliwości, niestety problemy termiczne przeszkodziły kontynuacji tej strategii. Inżynierowie IBM pracujący nad PowerPC zauważyli że po przekroczeniu pewnej częstotliwości (w okolicy 3GHz) dalszy jej wzrost powoduje wzrost wydzielanego ciepła w stosunku bliższym do kwadratowego niż liniowego. Ostatnio pojawiły się plotki, że AthlonyFX szybciej przekroczą 100W niż 3GHz, to i tak lepiej (biorąc pod uwagę wydajność nie częstotliwość) niż w Prescocie, ale od ideału tu też daleko.



Intel po rezygnacji z rozwoju NetBurst ogłosił, że kolejna generacja desktopowych procesorów będzie bazowała na obecnej architekturze Centrino, która z kolei jest rozwinięciem architektury P6 (to nie skrót od Pentium6, tylko nazwa architektury procesorów Pentium Pro, Pentium II i Pentium III). Co więcej w najbliższej przyszłości Intel będzie dążył do wprowadzenia 64bitowych, wielordzeniowych procesorów na wszystkie segmenty rynku. Podobną strategię ma AMD, a także inni producenci procesorów (nie koniecznie do PC).

Co ciekawe zapowiada się, że kolejna generacja konsol Sony i Microsoftu również będzie miała wielordzeniowe procesory. To dobra wiadomość dla graczy, bo dzięki temu można się spodziewać, że w niedalekiej przyszłości developerzy gier będą zmuszeni do zainteresowania się wielowątkowością.
Jednak należy pamiętać, że jeśli danego algorytmu nie da się zrównoleglić to nie da się go wykonać szybciej na wielordzeniowych procesorach przyszłości, niż na obecnych jednordzeniowych.

Jak przyspieszyć pamięć

Obecnie standardem jest dwukanałowa pamięć DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) o częstotliwości 200MHz. Zwolennicy podkręcania mogą kupić moduły pracujące z częstotliwością 275MHz. Jednak dużo więcej z tego typu pamięci się nie wyciśnie. Rynek odrzucił RDRAM cechujący się znacznie prostszą skalowalnością do wyższych przepustowością. Głównie ze względu na cenę, ale także i ze względu na większe opóźnienia tych pamięci. Przemysł komputerowy, zdecydował, że kolejnym standardem pamięci będzie DDR2.

Niezależnie czy używamy SDRAM (SDR, DDR, czy DDR2) czy RDRAM wewnątrz znajdują się te same macierze DRAM. Różnica jest tylko w interfejsie. Macierz DRAM jest dwuwymiarową tablicą komórek pamięci będących tranzystorem MOS o dużej pojemności. Właśnie ta pojemność przechowuje informacje o stanie bitu. Aby pobrać dany bit należy najpierw wysłać adres rzędu, poczekać aż cały rząd tabeli zostanie skopiowany do bufora, następnie wysłać adres kolumny i poczekać aż stan bitu zostanie ustawiony na magistrali danych. Czasy potrzebne na te operacje to czasy dostępu do pamięci odpowiednio RAS, RAStoCAS delay i CAS. Najważniejszym parametrem jest CAS, ponieważ przeważnie pobiera się na raz wiele sąsiadujących z sobą danych. Wówczas pobiera się kolejne komórki z już ustawionego rzędu. Czas CAS wynosi przeważnie 2-3 cykle matrycy DRAM.

Jednak procesory nie pobierają danych bitami tylko większymi porcjami. W jednej kości pamięci można zrobić 8 równoległych matryc i wówczas będzie można pobierać dane całymi bajtami. Można zrobić jeszcze więcej równoległych matryc i pobierać po kilka bajtów na raz. Jednak im szersza jest magistrala kości tym więcej musi mieć ona wyprowadzeń, a te muszą się jakoś zmieścić na niewielkiej powierzchni kości. Można więc umieścić kilka równoległych kości na module. Ale i to ma swoje ograniczenia, bo moduł też nie może być za duży. A trzeba przecież jeszcze złącz na magistralę adresową, sterowania i na zasilanie. Im więcej ścieżek i im większa częstotliwość sygnałów tym większe zakłócenia interferencyjne. Można więc zrobić więcej kanałów. Jednak to podraża koszty budowy płyty, a poza tym i tak to musi się fizycznie zmieścić na ograniczonej powierzchni. Do tego dochodzi ograniczenie wywołane prędkością rozchodzenia się sygnału zegarowego (prędkości światła nie da się przekroczyć). W przypadku SDRAM wszystkie elementy podpięte są do jednej magistrali i w ciągu kilku ns taktu sygnał zegarowy musi dotrzeć do najdalszego miejsca magistrali. To daje ograniczenie na zegar rzędu kilkuset MHz. Same macierze DRAM też niezbyt są podatne na zwiększanie zegara. W ciągu ostatnich lat przyspieszyły tylko 10krotnie, podczas gdy procesory 50krotnie.
W przypadku SDR SDRAM sygnały magistrali są bezpośrednio kierowane do macierzy DRAM.

Firma Rambus wymyśliła sposób na transmisję większej ilości danych niż macierz DRAM jest w stanie przesyłać. Stworzono interfejs pośredniczący pomiędzy magistralą a macierzą DRAM. Interfejs obsługiwał 8 16bitowych kości pracujących z częstotliwością 75MHz. W każdym takcie magistrali było pobierane 8 porcji danych a następnie było wysyłane na magistralę pracującą z częstotliwością 300MHz. Dane były przesyłana na narastających i opadających zboczach zegara. Co dawało odpowiednik magistrali 600MHz. Dodatkowo aby umożliwić pracę z wyższym zegarem, zastosowano połączenia bezpośrednie pomiędzy elementami systemu, dzięki czemu w jednym takcie sygnał zegarowy musi dotrzeć tylko od jednego elementu do drugiego, a nie pomiędzy dwoma najdalszymi elementami. Taka pamięć była użyta w konsoli Sony Playstation. Następnie Intel użył tej pamięci w chipsecie i820 dla Pentium III. Wówczas dostępne były wersje z zegarami 75,83 i 100MHz. Jednak tak niskie zegary dawały znacznie większe opóźnienia, dodatkowo zwiększane przez opóźnienia wywołane czasem potrzebnym na dostęp interfejsu do matryc i na przetłumaczenie magistrali RDRAM 16x800 na magistralę procesora 64x133. Efekt był marny. Jednak później zastosowano w Pentium4 podwójny kanał RDRM na magistrali 64x400 ze znacznie lepszym rezultatem. Niestety wysokie opłaty licencyjne Rambusa zniechęciły większość producentów i klientów.

Producenci pamięci podkradli pomysł Rambusa na przesyłanie danych na obu zboczach zegara, jednak wprowadzili prostszy interfejs DDR SDRAM i w dodatku bez opłat licencyjnych. Kości DDR mają wewnątrz dwa razy więcej równoległych matryc niż wynosi szerokość ich magistrali danych. Dane z jednej połowy dostępne są na zboczu narastającym a z drugiej połowy na opadającym. To powoduje podwojenie przepustowości przy tej samej szerokości i częstotliwości magistrali i matrycy DRAM. Jednak czasy dostępu pozostają bez zmian.
Wprowadzenie DDR odniosło większy sukces od wprowadzenia RDRAM. Obecnie standardem jest 128bitowa magistrala (2 kanały po 64 bity) pracująca z częstotliwością 200MHz. Dalsze zwiększanie szerokości magistrali jest trudne do zaimplementowania. Dalsze zwiększanie częstotliwości jest również trudne i ogranicza ilość modułów jakie mogą jednocześnie być podpięte do magistrali.

Tak więc opracowano kolejny standard, DDR2. Tym razem wewnątrz kości jest czterokrotnie więcej matryc niż to wynika z szerokości magistrali. Zewnętrzny zegar jest dwukrotnie szybszy od zegara matryc DRAM i oczywiście wykorzystuje przesyłanie DDR. Tak więc zewnętrzna magistrala przesyła czterokrotnie więcej danych niż generuje pojedyncza matryca DRAM. Kości DDR2 są produkowane w standardzie BGA zamiast TSOP. TSOP mają zbyt duże pojemności pomiędzy nóżkami co powoduje zakłócenia powyżej 250MHz. Zresztą najszybsze kości DDR również są BGA. Kości DDR2 mają też niższe napięcie zasilania 1.8V, w porównaniu do 2.5V dla DDR i RDRAM oraz 3.3V dla SDRAM. Dodatkowo wprowadzono zmiany w modułach. Dodano terminatory redukujące zakłócenia.

Jednak pierwsze moduły DDR2 będą pracowały z zegarem 200MHz a ich matryce z zegarem 100MHz co sprawi, że będą miały większe czasy dostępu od modułów DDR 200MHz. A że oba będą miały tą samą przepustowość to DDR będą szybsze. Dodatkowo kości i moduły DDR2 będą droższe. Co nie wróży zbyt dobrego startu nowemu standardowi. Za to w przyszłości DDR2 będą mogły osiągnąć 333MHz a nieoficjalnie dla overclockerów pewnie i ponad 400MHz.

Podsumowanie

W obecnym roku nie ma co liczyć na dobre procesory i pamięci. A pewnie i w pierwszej połowie następnego nie będzie zbyt ciekawie. Jednak w dalszej przyszłości pojawią się nowe rozwiązania.

Dodał EDDY: Polecam ciekawy wątek na forum "Rozważania na temat przyszlości komputerów"

Poleć znajomym: Udostępnij