Всегда открытый Форрест Норрод никогда не уклонялся от вызовов времени. Будучи главой серверного подразделения Dell, он помог компании наладить бизнес оборудования для ЦОД и любил экспериментировать с новыми типами серверов.

Теперь Норрод возглавил серверное направление в AMD, и перед ним стоит задача вернуть серверный бизнес производителя к тому высокому уровню, на котором он находился когда-то. Мегачип Naples, оснащенный 32 ядрами и построенный на базе архитектуры Zen, призван возвратить AMD на серверный рынок.

Процессор Naples начнет поставляться производителям серверов во втором квартале текущего года. «Исходя из результатов тестирования, мы полагаем, что Naples способен вполне на равных бороться с чипами Intel», – заявил Норрод, исполняющий ныне обязанности старшего вице-президента и генерального менеджера AMD Enterprise, Embedded and Semi-Custom Business Group.

Возвращение AMD будет способствовать столь необходимому усилению конкуренции на рынке серверных процессоров, где сегодня доминирует Intel. Доля Intel сейчас превышает 90%, и AMD придется приложить немало сил, чтобы перетянуть клиентов к себе.

Клиентам инициатива AMD вполне может понравиться, потому что чипы Intel стоят дорого. Самый дорогостоящий процессор предлагается за 8898 долл. Появление более дешевых продуктов AMD откроет перед клиентами возможности сэкономить деньги.

«Naples заставит Intel снижать цены», – считает главный аналитик компании Insight 64 Натан Бруквуд.

У AMD уже действуют скидки на новые процессоры для настольных компьютеров Ryzen, которые стоят значительно дешевле игровых чипов Intel.

Серверные процессоры Naples, созданные на базе архитектуры x86, так до сих пор и не получили официального названия. Когда-то AMD представляла серьезную угрозу для Intel, но серия ошибок погубила ее серверный бизнес. Активно критиковавшаяся архитектура Bulldozer положила начало долгому спаду. В дальнейшем ставка была сделана на процессоры ARM, но спрос на них был низким, и из-за этого компания была вынуждена фактически уйти с серверного рынка.

Naples не единственный серверный процессор, построенный на основе архитектуры Zen. В ближайшее время появятся и другие модели. Понятно, что 32-ядерный чип нужен далеко не каждому, а потому AMD собирается выпускать процессоры и с меньшим количеством ядер.

«Пока мы слышим о Zen исключительно положительные отзывы», – отметил Норрод.

Серверные чипы Zen ориентированы на одно- и двухпроцессорные серверы, служащие для создания систем общего назначения и выполнения облачных приложений. Двухпроцессорная система может иметь до восьми каналов памяти, которые позволяют удовлетворить потребности приложений, требующих высокой пропускной способности оперативной памяти, например приложений баз данных. Процессор Naples обладает более развитыми средствами взаимодействия с подсистемой ввода-вывода и оперативной памяти по сравнению с сопоставимыми чипами Intel. Эти функции весьма востребованы в системах машинного обучения, особенно если центральный процессор используется в сочетании с другими сопроцессорами, в том числе и графическими. В AMD рассчитывают, что серверные чипы Zen будут устанавливаться вместе с графическими процессорами Vega, которые хорошо подходят для задач машинного обучения.

«Высокоскоростная шина AMD, связывающая два процессора, поистине уникальна, ее можно считать идеальным вариантом для построения двухпроцессорных серверов», – отметил Бруквуд.

Компания AMD уже передала лицензию на свою серверную архитектуру совместному предприятию из Китая THATIC (Tianjin Haiguang Advanced Technology Investment Co.), которое будет выпускать клоны чипов Zen для местного рынка. Впрочем, по словам Норрода, это вовсе не означает, что процессоров, поступающих непосредственно от AMD, на китайском рынке не будет.

Чипам Naples придется конкурировать с серверными процессорами Intel Skylake, которые компания Google планирует использовать в своих облачных серверах. В сфере высокопроизводительных вычислений чипы AMD пока уступают продуктам Intel. Серверные процессоры Intel Skylake поддерживают набор векторных инструкций AVX-512, тогда как AMD ограничивается только инструкциями AVX-128.

«Существует целый ряд алгоритмов, использующих преимущества AVX-512, – подчеркнул Бруквуд. – Стоит учесть, что Intel осваивает область высокопроизводительных вычислений дольше, чем AMD. В Intel хорошо знают, где востребованы соответствующие возможности, а AMD только пытается открывать для себя этот рынок».

«Некоторые приложения действительно лучше работают на процессорах Intel, – согласился Норрод. – Однако у Naples есть свои уникальные достоинства, которые должны помочь AMD вернуться на серверный рынок».

В конце концов, если производительность у процессоров AMD окажется сравнимой с продуктами Intel, клиенты начнут задумываться об их покупке.

«При сопоставимой производительности решающую роль сыграет цена», – полагает Бруквуд.

Четыре года потратила компания AMD на разработку микропроцессора Ryzen, и ожидается, что примерно столько же времени архитектура, на базе которой он построен, сможет противостоять продуктам корпорации Intel на рынке процессоров для ПК.

На международную выставке потребительской электроники CES 2017, проходящей в Лас-Вегасе, технический директор AMD Марк Пейпермастер подтвердил эти сроки, отказавшись, однако, обсуждать конкретные спецификации.

Процессор AMD Ryzen, построенный на базе архитектуры Zen, должен появиться на свет в особенно удачное время. Главный конкурент AMD, корпорация Intel только что представила свои четырехъядерные микропроцессоры Kaby Lake для массового рынка. Неоднозначные отзывы в технической прессе в какой-то степени обусловлены тем, что знаменитый производственный цикл Intel «тик-так» на этот раз дал сбой, и Kaby Lake станет уже третьей процессорной архитектурой с нормой проектирования 14 нм, тогда как ранее предполагалось, что их будет только две.

В AMD, между тем, предложили новый подход, благодаря которому производительность ее новых процессоров по сравнению с предыдущей архитектурой Excavator вырастет на 40%. Относительно скромные успехи Intel и появление радикально новой архитектуры AMD обещает реальное соперничество между двумя компаниями на рынке процессоров для ПК впервые за многие годы.

Поставив на Ryzen очень многое, в AMD не желают упускать своего шанса. В интервью журналу PC World генеральный менеджер направления AMD Computing and Graphics Джим Андерсон заявил, что поставки процессоров Ryzen начнутся сразу после их официального анонса. «Мы не собираемся выпускать их только на бумаге, – заявил он, – и клиентам не придется ждать появления в продаже готовой продукции на протяжении нескольких недель или месяцев. Раньше так действительно бывало. Но теперь мы не намерены терять открывающиеся перед нами возможности».

Начало периода Zen

Если за вывод Ryzen на рынок отвечает Андерсон («вы даже не представляете, сколько часов я моя команда потратили на это», – признался он), то ответственность за дальнейшие перспективы несет уже Пейпермастер. На вопрос о продолжительности жизненного цикла Zen в сравнении с циклом «тик-так» Intel Пейпермастер выдал четырехлетний прогноз. «Мы не собираемся придерживаться модели 'тик-так', – указал он. – У Zen она выльется в нечто похожее на 'так, так, так'».

Цикл Intel «тик-так» подразумевает разработку новой микроархитектуры через каждые два года, и в этом смысле Kaby Lake является исключением. AMD никаких официальных сроков никогда не устанавливала, но в среднем жизненный цикл процессорной архитектуры у этой компании составляет три-четыре года. Архитектура K8, к примеру, дебютировала в 2003 году процессорами Opteron и Athlon 64, а последним ее образцом стал в 2007-м мобильный чип Sempron. Семейство процессоров K10 выпускалось с 2007-го по 2010 год.

Последняя из ныне используемых архитектура AMD Bulldozer была представлена в 2011 году и впоследствии получила модернизированные версии Piledriver, Steamroller и Excavator. Так что если воспринимать слова Пейпермастера буквально, то вслед за чипами Ryzen архитектура Zen будет ежегодно улучшаться еще тремя поколениями.

Какими конкретно окажутся эти улучшения, остается только гадать. Но Пейпермастер обещает, что одним лишь совершенствованием производственной технологии, которое, по его словам, будет происходить в соответствии с «законом Мура плюс», дело не ограничится. AMD пытается расширять возможности Zen за счет увеличения числа инструкций, которые смогут обрабатывать процессоры. В Zen будет использоваться прогнозирование ветвления – прогностические таблицы и технологии машинного обучения, позволяющие производить выборку команд и данных еще до того, как они реально понадобятся.

Следующим этапом должна стать передача Ryzen в руки журналистов и клиентов. Подготовка к этому уже началась – представлены более десятка материнских плат и 16 высокопроизводительных ПК, построенных на базе Ryzen. Объявлено также, что все модели Ryzen будут поддерживать разгон.

Между тем, на горизонте постепенно появляются контуры 10-нанометровых чипов Intel Cannon Lake, выпуск которых скорее всего начнется нынешней осенью, и загадочной технологии Optane. Впрочем, к AMD это уже особого отношения не имеет. В AMD же на сегодняшний день заняты выпуском Ryzen и дальнейшим продвижением вперед с максимально возможной скоростью.

Компания AMD представила четкий бизнес-план: в дополнение к перспективному 32-ядерному процессору Zen, который будет устанавливаться в высокопроизводительные серверы, будут разработаны мощные графические процессоры.

Эта комбинация позволит увеличить вычислительную мощность серверов и поможет AMD вернуться на серверный рынок, который она фактически покинула из-за собственных ошибок. Кроме того, компания уже занялась проектированием серверного программного обеспечения.

AMD представила новейшую версию программных инструментов ROCm, упрощающих написание и компиляцию параллельных программ для графических и центральных процессоров. Предназначены они, главным образом, для организации высокопроизводительных вычислений.

В плане AMD, целью которого является возврат компании своей доли на быстрорастущем серверном рынке, ROCm отводится ключевая роль. Сегодня графические процессоры AMD находят применение в игровых консолях, ПК и системах виртуальной реальности. Программное обеспечение ROCm должно заложить основы для создания компанией графических процессоров, предназначенных для серверов с высоким уровнем масштабируемости.

Подобно Nvidia CUDA, ROCm представляет собой низкоуровневую среду программирования. При этом программное обеспечение распространяется с открытым кодом и поддерживает широкий спектр процессорных архитектур, включая ARM, Power и x86.

Помимо рынка серверов компания AMD намерена увеличивать свое присутствие и на рынке высокопроизводительных вычислений. В настоящее время большинство графических процессоров для ведущих суперкомпьютеров мира выпускается Nvidia, но инструменты ROCm позволят AMD создать условия для расширения своей ниши.

«Платформа ROCm ориентирована на крупномасштабное развертывание серверов и объединение множества графических процессоров в кластеры, которые будут размещаться в стойках», – пояснил старший директор Radeon Open Compute Грег Стонер.

Она совместима с новейшими графическими процессорами AMD Radeon Pro и графическими процессорами потребительского класса на основе архитектуры Polaris. Ее можно использовать для создания нейронных сетевых кластеров и для проведения научных расчетов.

Между тем, вопросы к стратегии AMD в области графических процессоров остаются. Ученые используют CUDA, потому что графические процессоры Nvidia уже установлены в суперкомпьютерах. AMD прекратила развитие суперкомпьютерного бренда FirePro, ограничившись брендом Radeon для серверов. Когда у AMD появятся графические процессоры для суперкомпьютеров, которые смогут составить конкуренцию продуктам Nvidia Tesla, в компании не сообщают, но всем ясно, что это весьма доходный рынок.

Конкретизировать планы AMD в отношении графических процессоров для суперкомпьютеров Стонер не стал, ограничившись заявлением о том, что ROCm сыграет очень важную роль в дальнейшем освоении его компанией рынка высокопроизводительных вычислений.

«Мы понимаем, как совершенствовать оборудование, предназначенное для суперкомпьютерного рынка», – указал он.

В основе ROCm лежат спецификации Heterogeneous System Architecture (HSA) Foundation, которые должны объединить вычислительные мощности центральных, графических и других процессоров системы. В AMD заявили, что спецификации HSA должны прийти на смену спецификациям OpenCL, используемым сейчас при параллельном программировании.

В отличие от корпорации Intel, которая доминирует сегодня на серверном рынке и старается продвигать собственные проприетарные технологии, AMD нацелена на создание открытых стандартов. AMD принимает участие в работе недавно созданных организаций Gen-Z и OpenCAPI, которые занимаются проектированием открытых межкомпонентных соединений. Стонер уверен в том, что ROCm получит поддержку в этих организациях.

В AMD хорошо понимали, что для успешного возврата на рынок ПК и серверов в процессор Zen придется вносить радикальные изменения.

И когда четыре года назад компания приступила к проектированию Zen, основной упор делался на достижение максимально возможной производительности с сохранением стабильного энергопотребления.

Конечной целью являлось обеспечение 40-процентного превосходства Zen над его предшественником, Excavator.

«Убедить разработчиков в том, что подобное улучшение возможно, оказалось непросто, – признает старший исследователь AMD Майк Кларк. – Это была весьма агрессивная стратегия, но мы понимали, что нам нужно добиваться выхода на конкурентоспособный уровень».

Впервые о стремлении к 40-процентному улучшению было объявлено в 2015 году при составлении стратегических планов дальнейшего развития. Недавняя демонстрация компанией своего чипа свидетельствует о том, что поставленная цель достигнута.

Если при выполнении эталонных тестов заявленные показатели подтвердятся, это станет радикальным улучшением по сравнению с тем 10-процентным ростом, который в последнее время демонстрировало каждое новое поколение чипов x86-архитектуры от Intel и AMD.

В результате ряда неудачных шагов AMD в области проектирования и производства корпорация Intel укрепила свое доминирующее положение на рынке процессоров для ПК и серверов. По уровню быстродействия процессоры AMD значительно уступали продуктам Intel, а архитектура Bulldozer была признана явной ошибкой даже самими ее разработчиками. Чипы Bulldozer, которые начали поставляться в 2011 году, оказали негативное влияние и на все последующие процессоры компании.

С помощью Zen компания AMD рассчитывает вернуть золотые для себя времена. Появление Zen обещает стать столь же значительным событием, как и представление компанией 64-разрядных процессоров в 2003 году и двухъядерных чипов в 2004-м. Оба эти проекта обеспечили в ту пору AMD заметное преимущество над Intel.

Серверные процессоры Zen появятся сначала в высокопроизводительных игровых рабочих станциях. Произойдет это в начале следующего года. За ними должны последовать серверы и портативные компьютеры. Чипы будут включать в себя от восьми до 32 ядер. По словам Кларка, 32-ядерные процессоры планируется устанавливать в компьютеры, имеющие четырехпроцессорную конфигурацию, однако окончательного решения по этому поводу еще не принято.

С самого первого дня конструкторы AMD хорошо понимали, что им необходимо обеспечить высокую эффективность энергопотребления. В предыдущих проектах в компании вспоминали об этом, как правило, слишком поздно.

«Когда ставилась цель добиться 40-процентного повышения производительности, нужно было учесть, что энергопотребление имеет не меньшее значение, чем быстродействие, – пояснил Кларк. – На фазе проектирования мы настраивались на очень динамичный, итерационный процесс. У нас были хорошие ориентиры, и мы знали, что не теряем энергию … и инструкции в процессорных циклах».

В архитектуре Zen каждое ядро обрабатывает одновременно два потока, что помогло поднять производительность, сохранив энергопотребление на прежнем уровне.

Для чипа Zen была представлена новая структура с ограниченной подсистемой памяти, которая отличалась меньшей емкостью и более высоким быстродействием. Усовершенствованный конвейер позволяет пересылать больше инструкций, увеличивая скорость выполнения команд.

У Zen изменилась и структура кэш-памяти. Объем кэш-памяти второго уровня был уменьшен до 512 Кбайт, а третьего уровня, напротив, увеличен. Впрочем, на слайде, продемонстрированном на конференции Hot Chips, емкость кэш-памяти третьего уровня была равна 8 Мбайт.

Блоки обработки операций с фиксированной и плавающей точкой сделаны более динамичными, это обеспечивает выигрыш при выполнении как одного, так и нескольких потоков команд. Загрузка инструкций в вычислительные блоки занимает теперь меньше циклов. Вычислительные блоки в процессоре Bulldozer и его производных были не столь динамичны, что порождало определенные трудности.

Конструкторы доработали и сами блоки выполнения команд. Zen имеет распределенный планировщик, благодаря чему обеспечивается видимость большего числа потоков. Объединенный планировщик Bulldozer отличался более высокой сложностью.

Кларк лично принимал участие в разработке первого процессора AMD K5, который был представлен в 1996 году. «Достижение целей, заявленных при проектировании Zen, внушает оптимизм, но у нас еще остается немало пространства для дальнейших улучшений, – заметил он. – С точки зрения роста производительности нам предстоит пройти еще долгий путь. И в этом смысле Zen определенно не является конечным пунктом – речь идет лишь о первой остановке в дальней дороге».