Мир микросхем, образующих основу компьютеров архитектуры x86, претерпевает в последнее время глубокие изменения. Границы традиционных ролей центрального процессора, чипсета и графического сопроцессора заметно размываются по мере того, как меняются их функции и возникают новые роли.

Начало многим из этих изменений положено при активном участии Advanced Micro Devices. В компании намерена и в дальнейшем добиваться преимущества перед конкурентами за счет новаторства.

AMD стала первой, объединившей контроллер памяти (традиционно входивший в состав чипсета) с центральным процессором, что позволило увеличить производительность за счет сокращения задержки на кристалле. Кроме того, AMD опередила Intel, первой выпустив двухъядерный процессор в архитектуре x86. Эти помогло AMD значительно нарастить свою долю рынка, но позже компания заметно утратила позиции из-за задержки с выпуском четырехъядерных процессоров Opteron, и пока еще не полностью оправилась от этого.

AMD не единственная компания, которая постоянно предлагает принципиально новые идеи внутреннего устройства персонального компьютера. Корпорация Intel тоже выпускает многоядерные процессоры и намерена объединить контроллер памяти с процессором в новой серии микросхем Nehalem, которая должна появиться в этом году. И nVidia, выпускающая серию мощных графических процессоров и чипсетов, рассчитывает усилить роль процессора в этих чипах.

"Отрасль движется к реализации концепции гетерогенных ядер, предполагающей наличие различных видов ядер, выполняющих различные виды задач", - считает Патрик Мурхед, вице-президент AMD по маркетингу передовых решений.

Это означает, в частности, что графические процессоры, имеющие десятки ядер для одновременного, или параллельного, выполнения операций, возьмут на себя некоторые функции центрального процессора, и наоборот.

"Есть задачи, для которых характерна обработка с массовым параллелизмом, а есть в большей степени ориентированные на последовательные операции", - подчеркнул Мурхед.

"Роль центрального процессора и графических процессоров одинаково важна. Это стало одной из причин, по которым мы приобрели ATI", - сказал он.

Несмотря на то что, как полагает большинство экспертов, AMD заплатила слишком большую цену за ATI, компания по-прежнему рассчитывает на то, что приобретенные ею графические технологии помогут ей превзойти Intel. Проект, получивший название Fusion, предусматривает интеграцию графических ядер в кристалл, уже содержащий ядра центрального процессора и контроллер памяти. Такое изменение архитектуры должно привести к снижению задержки и сокращению уровня энергопотребления.

Первые интегрированные микросхемы Fusion должны появиться в 2009 году.

AMD надеется эффективно использовать растущую производительность графических микросхем, которая увеличивается быстрее, чем производительность центрального процессора. Но аппаратное обеспечение – это лишь часть более общей картины. Программные приложения придется переписать для того, чтобы можно было в полной мере использовать весь потенциал нескольких процессорных ядер и возможности параллельных вычислений графических ядер.

"Вычислительные компоненты совершенствуются, и мы пытаемся создать в них еще один уровень, чтобы максимально защитить разработчика от неизбежных в этом случае сложностей, - подчеркнул Мурхед. – Программное обеспечение развивается не столь быстро, как аппаратное, поэтому мы начали с аппаратного обеспечения.

Программное обеспечение, предназначенное для научных исследований и таких отраслей, как разведка нефти, станет первым, в котором используется этот потенциал, поскольку здесь создание программ, 'более близких' к аппаратному обеспечению, экономически оправданно".

"Многие из моделей использования высокоуровневых вычислительных систем начинают воплощаться при решении задач, требующих высокопроизводительной обработки, а затем уже распространяются на массовые решения", - пояснил Мурхед.

Для потребителей этот переход окажется не столь быстрым. Первым приложением, которое будет использовать преимущества измененной архитектуры ПК, станет кодирование видео, которое может выполняться графическим процессором, а не ядрами центрального процессора. Но, как заметил Мурхед, в дальнейшем появятся и другие приложения.

Компания Imation представила портативное устройство хранения Atom Flash Drive длиной всего около 4 см и шириной чуть больше сантиметра. Устройство, сравнимое по своим размерам с большой скрепкой для бумаг, может хранить до 8 Гбайт данных.

Накопитель Atom Flash Drive - самое маленькое флэш-устройство Imation, – весит оно всего 28 г.

Устройство имеет интерфейс USB и выпускается в модификациях емкостью 1, 2, 4 и 8 Гбайт данных. Цена устройства - от 18 долл. до 100 долл. в зависимости от емкости.

Как считают аналитики, по мере снижения цен на флэш-накопители с интерфейсом USB популярность этих простых в использовании портативных устройств в корпоративной среде будет расти. Средние и крупные компании начнут активно использовать их для хранения, переноса и организации обмена данными между своими сотрудниками, бизнес-подразделениями и партнерами.

Вместе с тем, технология эта повышает риски, связанные с утерей устройств, их кражей или неосторожным обращением со стороны сотрудников. Декабрьский опрос Ponemon Institute, в котором принимал участие 691 представитель ИТ-служб различных компаний, показал, что только 25% сотрудников докладывают о случаях утери флэш-накопителей USB. А вот о потерянных портативных компьютерах сообщают в свои подразделения уже 78% опрошенных.

Для большей безопасности портативного оборудования разработчики устройства Imation Atom Flash Drive снабдили его защитой по паролю и средствами разбиения на разделы. Эти инструменты поддерживают операционную систему Microsoft Windows Vista и совместимы с технологией Windows Vista ReadyBoost, которая позволяет использовать флэш-накопитель с интерфейсом USB в качестве дополнительной памяти, доступной операционной системе.

Компания AssistiveWare представила обновленную версию программного обеспечения экранной клавиатуры KeyStrokes 4.1, работающего под управлением операционной системы Mac OS X. Цена KeyStrokes составляет 299 долл., но зарегистрированные пользователи четвертой версии получают обновление бесплатно.

В AssistiveWare адресуют KeyStrokes, в первую очередь, тем из пользователей компьютеров Macintosh, которые обладают определенными физическими недостатками. Экранная клавиатура поддерживает функцию многоязычной подсказки слов, помогающей пользователям осуществлять ускоренный ввод информации. Кроме того, программа может понравиться графическим дизайнерам, которые вместо использования традиционной клавиатуры зачастую предпочитают набирать текст при помощи пера и сенсорного планшета. Пригодится она и разработчикам сенсорных экранных киосков.

Версия 4.1 выполнена как приложение Universal Binary (то есть может исполняться на компьютерах как с процессорами Intel x86, так и PowerPC) и имеет встроенную поддержку функции Spaces -- виртуального рабочего стола операционной системы Mac OS X 10.5 Leopard. Меню Mac OS X Input позволяет автоматически переключать раскладку клавиатуры.

Сюда же включена и новая версия редактора раскладки клавиатуры LayoutKitchen 2.1.1, предназначенного для самостоятельного создания своих собственных экранных клавиатур.

Приложение KeyStrokes 4.1 работает под управлением операционной системы Mac OS X 10.4 или более поздних ее версий.

Представьте себе робота, который подает вам пиво, а затем убирает кухню и гостиную и выполняет еще массу домашней работы. Созданием такого непростого механизма занимаются сейчас в Willow Garage. Впрочем, компания не собирается проделывать все в одиночку: Willow Garage -- это проект с открытым кодом, к реализации которого можно привлечь неограниченное число участников.

Одна из первоочередных задач заключается в том, чтобы сконструировать десять экземпляров робота и разослать их исследователям из университетов в качестве общей платформы, которая в последующем будет модернизироваться и улучшаться. "Мы намерены предложить платформу, интегрированную с самым лучшим инструментарием программирования роботов с открытым кодом", -- пояснил директор Willow Garage Стив Казенс.

Казенс продемонстрировал видеосъемку первого прототипа Willow Garage, который передвигается на колесах и отличается "невероятной прочностью". Он способен перемещаться по любому зданию, оборудованному в соответствии с требованиями американского законодательства о людях с ограниченными возможностями, и выполнять самые разные полезные функции.

В Willow Garage поддерживают тесные контакты с участниками проекта Стенфордского университета STAIR (Stanford Artificial Intelligence Robot). Компания выделила 850 тыс. долл. На исследования лаборатории Stanford Computer Science Lab. Основана Willow Garage Скоттом Хассаном, в свое время помогавшим Ларри Пейджу и Сергею Брину разрабатывать технологию, которая легла в основание Google.

Располагающий частными инвестициями Казенс отметил, что извлечение прибыли не является первоочередной целью компании. Проект можно будет считать успешным, если он приведет к созданию полезной технологии. Пусть даже в конечном итоге заработает на нем кто-то другой.

В ходе видеопрезентации Казенс продемонстрировал умение робота пылесосить, собирать с пола игрушки, доставать посуду из посудомоечной машины, а также кадры, на которых он открывает бутылку холодного, освежающего пива.

В то время как разработчики других роботов стремятся придать своему детищу образ человека, передвигающегося на ногах, а не на колесах, машина Willow Garage напоминает несколько кусков металла, неуклюже скрепленных друг с другом. Однако внешний вид и функциональность -- разные вещи. При современном развитии технологий роботы с похожими на человеческие ногами оказываются далеко не так полезны, а значит, с этим Willow Garage может и подождать. Когда же инженеры сумеют эффективно решить эту задачу, можно будет подумать и о том, как приделать роботу ноги.

"Наша цель заключается в том, чтобы уже сегодня представить полезного робота, -- пояснил Казенс. -- Из научно-исследовательских лабораторий мы хотим как можно быстрее переместить такие машины в дома".

Робот Willow Garage, показанный в видеоролике, еще не способен действовать автономно. Скорее это демонстрация аппаратных возможностей. А вот второй вариант, который должен появиться в конце текущего года, уже будет направлен на изучение исследователям.

Робот сможет одновременно определять свое местоположение и составлять карту местности. Технология SLAM (simultaneous localization and mapping) позволит ему формировать карту неизвестной среды и безопасно перемещаться в новой области. Камеры и лазерные сканеры в сочетании с базой данных изображений помогут роботу распознавать объекты перед вступлением с ними в контакт. Собирая с пола игрушки, он должен уметь различать элементы конструктора Lego и знать, куда их следует складывать.

"Роботу нужно иметь понятие о том, что представляет собой Lego, -- пояснил Казенс. -- Мы подходим к моменту, за которым открывается возможность обучения визуальной системы робота".

Казенс вспомнил время, когда молодые люди весь день проводили в гараже, возясь со своим автомобилем. Ужесточение правил автомобильной безопасности сделало подобную практику более рискованной, что же касается Willow Garage, любой достаточно подготовленный человек может без какого-либо ущерба для себя осваивать эту платформу и искать новые пути ее использования. Аналогичным образом разработчики программного обеспечения постоянно находят новые способы использования персонального компьютера.

Все привыкли к космическим роботам, роботам-пылесосам и даже знают о роботах, исполняющих роли друзей и спутников жизни. Но роботы-змеи?

Это реальность. Норвежская исследовательская организация Sintef Group объявила о начале разработки роботов, внешне очень напоминающих этих пресмыкающихся.

Роботы-змеи выполнены из алюминия, имеют длину полтора метра и предназначены для обследования и прочистки сложных трубопроводов, которые для человека слишком узки и недоступны. Подобные "железные змеи" с корпусом на шарнирах, позволяющих им изгибаться и пролезать через трубы, способны обнаруживать течи воды, проверять нефтепроводы и чистить вентиляционные системы.

«При помощи разработанных нами алгоритмов робот будет способен определять свое местоположение и двигаться самостоятельно, - сообщил глава Sintef Йенс Тилеманн. - Он будет знать, когда нужно сделать поворот, и кроме того, у него будет встроенное описание маршрута, определяющее, что он должен делать в различных ситуациях».

В настоящее время в Sintef работают над прототипом робота с длинным узким корпусом, состоящим из десяти-одиннадцати сегментов. Каждый сегмент снабжен пластмассовыми колесиками. Роботы будут способны карабкаться по трубам сечением от 20 см, ориентироваться на пересечениях труб и знать свое местоположение.

На каждом роботе будет закреплена камера, и он будет передвигаться по заранее запланированному маршруту внутри трубопровода. Кроме того, в Sintef разрабатывают систему машинного зрения, которая поможет роботу ориентироваться в лабиринте труб.

«При работе в горизонтальном положении робот действует по принципу поезда, - отмечает Тилеманн. - Такого рода роботы уже существуют, а мы намерены создать робота, который бы мог еще и карабкаться вертикально».

При входе в вертикальный отрезок трубы робот начинает поднимать голову, пока она не коснется стенки трубы. Затем робот продолжает движение, прижимаясь «брюшком» к трубе и изгибаясь вверх. Кроме того, он может прикрепиться к стенке трубы и поехать вверх.

К концу года в Sintef Group планируют изготовить рабочую модель и приступить к испытаниям.

Тридцать лет назад, 8 июня 1978 года, под амбициозным лозунгом "предвестника зари новой эпохи" корпорация Intel представила свой первый 16-разрядный микропроцессор 8086. Чересчур напыщенно? Пожалуй, но в даре предвидения Intel не откажешь. Восхождение 8086 начиналось довольно медленно, однако архитектура, положенная в основу этого процессора, -- позднее она приобрела известность под именем x86 -- в конечном итоге сумела добиться одного из наиболее впечатляющих успехов в истории компьютерных технологий.

Под архитектурой x86 понимается набор машинных команд, используемых микропроцессорами, которые выпускаются Intel и рядом других компаний. Конструкторы процессоров x86, начиная от первого образца 8086, двигаясь далее в направлении моделей 80186, 80286, 80386, 80486 и различных вариантов Pentium и, заканчивая современными многоядерными процессорами и процессорами для мобильных приложений, постепенно расширяли первоначальный набор инструкций x86, но всякий раз сохраняли обратную совместимость с предыдущими членами семейства. На протяжении трех десятилетий с момента появления процессора 8086 архитектура x86 непрерывно развивалась, освоив помимо настольных ПК сферу серверов, портативных компьютеров и суперкомпьютеров. На этом пути инженеры Intel сумели одолеть и отодвинуть на обочину целый ряд конкурирующих архитектур. Даже на тех рынках, где традиционно правили бал конкуренты (к примеру, в Apple Macintosh долгое время устанавливались процессоры Motorola PowerPC), позиции x86 в последние годы заметно укрепились.

Каким же образом архитектуре Intel удалось завоевать компьютерный мир? Обратимся к истории.

Первые шаги

Первым микропроцессором Intel была 4-разрядная модель 4004, созданная в 1971 году для японского калькулятора. Вслед за ней довольно быстро был разработан 8-разрядный чип 8008, а в 1975 году и 8-разрядный чип 8080. Процессоры 8080 устанавливались в ПК Altair 8800, которые можно было заказать по почте.

Тремя годами позже дебютировал 16-разрядный процессор 8086. Выбор корпорации IBM, решившей заняться производством персональных компьютеров, пал на 8088 -- один из вариантов 8086. Появление в начале 80-х годов ПК на базе этих процессоров придало архитектуре x86 колоссальный импульс и помогло ей превратиться в отраслевой стандарт, коим она является и сегодня.

Инженер-электротехник, конструктор микросхем, а теперь еще и исполнительный вице-президент Intel Патрик Гелсингер поворотной точкой в истории отрасли ПК -- моментом, который действительно способствовал заметному ее ускорению развития, -- считает появление в 1985 году 32-разрядной архитектуры 80386. В то время целесообразность отказа от 16-разрядной адресации, которая применялась в выпускавшихся ранее моделях, представлялась вовсе не очевидной. "Зачем нам 32-разрядная адресация? -- раздавались отовсюду возгласы. -- Это удел мини-компьютеров и мэйнфреймов". В тот период разработчики Intel подвергались острой критике за "ненужную расточительность".

Примерно в это же время компания Compaq Computer анонсировала ПК с процессором 386, ослабив тем самым гегемонию корпорации IBM на рынке персональных компьютеров. IBM же выпускала только компьютеры с 16-разрядными процессорами 80286, которые работали в три раза медленнее.

Говорят, в IBM отвергли новые процессоры 386, потому что в мире тогда просто не было 32-разрядных программ, позволявших извлечь заметную выгоду из расширенной адресации. Кроме того, IBM продвигала собственную 16-разрядную операционную систему OS/2.

"IBM тогда владела архитектурой сверху донизу и контролировала ее, -- вспоминает Гелсингер, один из участников команды разработчиков 386. -- Осуществив самостоятельный переход к следующему поколению, она могла бы приобрести монопольное положение единственной компании, предлагающей полномасштабное решение без каких-либо гарантий совместимости существующих поколений с последующими. Но с появлением процессора 386 ситуация кардинально изменилась. Из вертикальной отрасль превратилась в горизонтальную, и это открыло перед нами весь мир".

Следом в 1989 году был выпущен процессор 486. Затем, поняв, что цифр на торговую марку может и не хватить, представители Intel в 1993 году отказались от сложившейся традиции выбора имен и вместо 586 назвали процессор пятого поколения Pentium. Под маркой Pentium на свет появилось сразу несколько поколений процессоров (Pentium Pro, Pentium II, Pentium D и ряд других). В какой-то момент процессоры младшего класса с архитектурой x86 решено было назвать Celeron, а старшего - фигурируют сегодня под торговой маркой Core 2.

Несмотря на смену названий -- не говоря уже о совершенствовании конструкции, позволившем добиться огромного прогресса в части повышения быстродействия и эффективности, а также снижения энергопотребления -- все они созданы на базе набора инструкций x86, который впервые появился в процессоре 8086 и продолжает расширяться по сей день.

Составляющие рецепта успеха

Почему же архитектура x86 на протяжении столь долгого времени пользуется успехом, отодвигая в сторону, а в некоторых случаях и полностью вытесняя конкурирующие микропроцессорные архитектуры? Прежде всего, архитектура x86 появилась в очень удачное для дебюта время. К 1978 году отрасль уже в течение нескольких лет осуществляла переход от больших и дорогостоящих мэйнфреймов к маленьким и дешевым мини-компьютерам. Очередным логическим рубежом в этой цепи переходов и стали настольные компьютеры.

Далее, архитектура x86 подтвердила правило, сформулированное в 1965 году Гордоном Муром, который впоследствии занял пост председателя совета директоров корпорации Intel. Суть его высказывания заключалась в том, что производительность микропроцессоров будет удваиваться через каждые полтора-два года при неизменной стоимости. Прогноз, который позже окрестили законом Мура, и впрямь оказался верным, а архитектура x86 получила повсеместное распространение, начиная от центров обработки данных и заканчивая рабочими местами сотрудников организаций и жилищами конечных пользователей.

Процессор 8086 и его последователи продолжали укреплять отношения между двумя главными первопроходцами отрасли настольных ПК. В 1972 году юные Билл Гейтс и Пол Аллен без особого успеха пытались разрабатывать интерпретатор языка Basic для процессора 8008. Завершить эту работу им удалось уже для более мощного процессора 8080, на базе которого в 1975 году был построен микрокомпьютер Altair.

С этого фактически и началось сотрудничество между Intel и Microsoft, на основе которого со временем была создана гигантская база программного обеспечения, продолжающая диктовать направления развития отрасли. Из всех факторов, обеспечивших успех архитектуры x86, пожалуй, ни один не играет такой важной роли, как имеющиеся запасы программного обеспечения. Лучшим подтверждением справедливости этого утверждения является нынешний упадок RISC-процессоров.

Риски, связанные с RISC-архитектурой

В конце 80-х и начале 90-х годов серьезной угрозой для архитектуры x86 стало наступление процессоров RISC (Reduced Instruction Set Computing) с сокращенным набором инструкций, к числу которых относились продукты Sun SPARC, IBM/Apple/Motorola PowerPC, а также процессоры MIPS. Идея заключалась в том, что при выполнении простых инструкций, занимающих один цикл процессора, компьютер начинает работать гораздо быстрее, чем при обработке инструкций процессоров со сложным набором команд (Complex Instruction Set Computing, CISC). А именно к категории CISC и принадлежали все представители архитектуры x86.

Технические эксперты, пресса и конкуренты Intel в один голос утверждали, что со временем процессоры CISC утратят свое положение. "Для нас это было трудное время, -- признает Гелсингер. -- Инженеры Intel приступили даже к разработке своего собственного RISC-процессора. Но ни i860, ни какой-то иной RISC-процессор так и не сумели приблизиться к безраздельной гегемонии архитектуры x86".

И вот как это объясняет Гелсингер, ведущий архитектор 80486: "За день до официальной презентации процессора 486, которая состоялась 10 апреля 1989 года, его уже поджидали программы на миллиарды долларов. И хотя CISC-архитектура x86 по скорости несколько уступала RISC-процессорам, к тому времени, как программное обеспечение для RISC-машин наконец появилось, мы сумели заметно увеличить производительность машин x86. У нас было колоссальное экономическое преимущество, связанное с обладанием огромной базой уже установленного программного обеспечения и большим числом разработчиков. RISC-машины так никогда и не смогли добиться аналогичных результатов".

По иронии судьбы, нехватка программного обеспечения для RISC-систем, а также быстрый рост производительности процессоров 80486 и Pentium привели к тому, что i860 разделил судьбу других RISC-процессоров. Попытка создания альтернативной полномасштабной микропроцессорной архитектуры была ошибкой, и позже в Intel это признали.

"Вместе с тем разработка RISC-архитектуры породила множество инноваций, -- отметил профессор Калифорнийского университета в Беркли Дэвид Паттерсон, который в 80-е годы был одним из самых ярких "проводников" таких новаторских решений. -- К примеру, в архитектуре VAX корпорации Digital Equipment не было ничего от RISC, и она постепенно исчерпала себя. Что же касается Intel, она сумела впитать популярные идеи RISC, поддерживая при этом свою старую архитектуру, для которой уже была создана огромная база программного обеспечения. И часть этих идей впоследствии нашла отражение в превосходной организации производства Intel".

"Катастрофа с плавающей запятой"

Пожалуй, не меньшую угрозу, чем RISC, таил в себе кризис, разразившийся летом 1994 года, когда инженеры Intel, занимавшиеся тестированием, выявили недочет в схеме вычислений с плавающей запятой нового процессора Pentium. Ошибки возникали так редко, а их влияние было столь незначительным, что в Intel решили просто исправить их и запустить процессор обратно в производство, не отзывая уже готовые дефектные чипы.

Однако несколько месяцев спустя профессор математики Томас Найсли обнаружил в своем ПК дефект. Как признавали позже в Intel, он просто не смог найти в корпорации человека, который хотя бы выслушал его жалобы. Тогда Найсли разместил результаты своего исследования в Internet. Спустя короткое время на корпорацию обрушилась сильнейшая волна критики, которая серьезно навредила репутации Intel и заставила ее отозвать уже выпущенные процессоры. В результате убытки Intel составили почти полмиллиарда долларов.

"Это был весьма болезненный удар, но в конечном итоге мы научились вести себя так, как это положено компании, выпускающей товары для потребительского рынка", -- вспоминает бывший старший вице-президент Intel Альберт Ю.

Смешивание и подгонка

Следующий определяющий момент в истории архитектуры x86, по свидетельству профессора Университета Карнеги-Меллона и научного консультанта Intel Тода Маури, наступил в 1995 году. Корпорация Intel представила микропроцессор Pentium Pro, в котором появился целый ряд радикальных усовершенствований. В процессор была заложена возможность предварительной выборки потока инструкций, определения того, какие из них понадобятся в дальнейшем, и выполнения их в более удобной для себя последовательности. В результате полезная нагрузка на процессор увеличилась, а в сочетании с новой, очень быстрой кэш-памятью, многим приложениям это сулило существенное повышение производительности.

"Принципиальная разница заключалась в том, что разработчики использовали преимущества RISC-архитектуры, не внося изменений в сам набор инструкций, -- отметил Маури. -- Они проделали это, преобразовав инструкции x86 в набор микроопераций. В результате пользователи получили RISC-машину внутри машины x86, и в один прекрасный день это помогло Intel ликвидировать отставание в производительности".

Pentium Pro разрабатывался путем нисходящего проектирования. "Сначала конструкторы приступили к созданию проекта быстрой машины, а уже потом задумались о том, как втиснуть в ее рамки архитектуру x86", -- пояснил Маури.

"Подобный подход -- поиск хороших идей вне рамок архитектуры x86 и возврат к этим идеям впоследствии -- в конечном итоге сработал, -- заметил Гелсингер. -- Появление Pentium стало заметным шагом вперед в части развития архитектуры. Мы взяли лучшие идеи, заложенные в мини-компьютеры и мэйнфреймы, и внедрили их у себя, творчески переосмыслив".

В отличие от мэйнфреймов, у которых вычислительные компоненты размещались на довольно большой площади, упаковывание их в рамках крошечного чипа, отличающегося очень высокой степенью интеграции, помогло их конструкторам получить дополнительную гибкость, повышая вычислительную мощность своих изделий. С годами производительность кремниевых микросхем росла в соответствии с законом Мура, в то время как системы взаимных связей компонентов совершенствовались не так быстро.

Возрастание конкуренции

Intel так и не удалось избавиться от конкуренции даже на своем домашнем поле x86. В 1987 году в Кремниевой долине была основана дислоцировавшаяся на Тайване компания VIA Technologies, которая начала продавать наборы микросхем с базовой логикой. Ее продукция, использовавшая в том числе и технологию x86, предназначалась для установки в материнские платы и другие электронные компоненты. Сегодня VIA выпускает достаточно широкий набор продуктов, позиционируя свои процессоры x86 на рынке мобильных и встроенных устройств с низким энергопотреблением.

Компания Advanced Micro Devices, занимающая сегодня второе место в мировом рейтинге производителей микропроцессоров, стала составлять серьезную конкуренцию Intel, начиная примерно с 2000 года. На протяжении 80-х и 90-х годов AMD выступала скорее в качестве подражателя и не доставляла Intel серьезного беспокойства. (Сегодня, по оценкам аналитиков Mercury Research, AMD принадлежит примерно 15% рынка процессоров с архитектурой x86, предназначенных для установки в настольные и портативные компьютеры).

Технический прорыв AMD совершила в 2000 году, представив архитектуру x86-64 -- 64-разрядное расширение набора инструкций x86. Обеспечение полной совместимости означало, что пользователи новых машин x86-64 могли без проблем запускать на своих компьютерах и старые 32-разрядные программы.

Примерно в это же время корпорация Intel представила 64-разрядный процессор Itanium, разработанный специалистами Intel и HP для организации суперскалярных вычислений. Этот процессор не обеспечивал прямой совместимости с 32-разрядным программным обеспечением, предназначенным для архитектуры x86. На вызов AMD инженеры Intel ответили созданием собственного 64-разрядного расширения набора инструкций x86, получившего название EM64T, только в 2004 году. Активность маркетинговой службы AMD и прессы, утверждавшей, что Intel потерпела поражение на рынке 64-разрядных вычислений, в конечном итоге сослужили AMD службу.

"Мы стали свидетелями того, как гибкость набора инструкций x86 была направлена против Intel, -- заметил Паттерсон. -- Даже в условиях доминирования Intel на рынке другая компания сумела задать новое направление развития архитектуры x86".

Экстремальные опыты

Сегодня архитектура x86 осваивает и экстремальные области. В апреле Intel подписала соглашение с компанией Cray о совместной разработке новых суперкомпьютеров на основе процессоров Intel x86. (К этому моменту инженеры Cray уже использовали в своих компьютерах 64-разрядные процессоры AMD Opteron с архитектурой x86.)

На форуме разработчиков IDF, прошедшем в начале апреля в Шанхае, Intel анонсировала процессор Atom, самый маленький чип с архитектурой x86. Его потребляемая мощность не превышает 2,5 ватт, в то время как типичный процессор для портативного компьютера потребляет порядка 35 ватт. Поставки Atom для небольших портативных и настольных компьютеров уже начались. Что же нужно сделать разработчикам архитектуры x86, для того чтобы обеспечить ее процветание или хотя бы выживание в течение последующих 30 лет? Существуют силы, которые уже в ближайшем будущем принципиально изменят конструкцию микропроцессоров (см. "Архитектура x86: что дальше"). Но мало кто думает, что представители почтенной и уважаемой архитектуры x86 полностью исчезнут с рынка. "Я не вижу причин, которые сопутствовали бы такому же громкому успеху какого-то другого набора инструкций, потому что на платформе x86 работает слишком много ценного программного обеспечения", -- отметил Маури.

Ретроспектива: краткая история x86

Давайте бросим взгляд на события и технологии, способствовавшие развитию архитектуры Intel x86, и вспомним основные вехи ее 30-летнего царствования.

1947: В лаборатории Bell Labs изобретен транзистор.

1965: Гордон Мур из компании Fairchild Semiconductor публикует в журнале Electronics статью, в которой утверждает, что число транзисторов в полупроводниковых микросхемах будет удваиваться через каждые два года. Применительно к микропроцессорам, количество транзисторов удваивается через каждые полтора-два года на протяжении вот уже трех десятков лет.

1968: Мур, Роберт Нойс и Энди Гроув основали компанию Intel, с тем чтобы развивать бизнес INTegrated ELectronics.

1969: Intel анонсирует свой первый продукт, первую в мире микросхему статической памяти RAM 1101 на основе структуры "металл-оксид-полупроводник" (МОП). Это событие знаменует собой окончание эры памяти на магнитных сердечниках.

1971: Intel выпускает первый в мире микропроцессор, 4-разрядный 4004, разработанный инженером Федерико Фэджином. Чип, состоявший из 2 тыс. транзисторов, предназначался для японского калькулятора, но в дальновидной рекламе Intel это устройство называлось "микропрограммным компьютером на одном кристалле".

1972: Intel анонсирует 8-разрядный процессор 8008. Юные Билл Гейтс и Пол Аллен пытаются разрабатывать для него язык программирования, но он оказывается недостаточно мощным.

1974: Intel представляет 8-разрядный процессор 8080, который содержит 4500 транзисторов и по производительности десятикратно превосходит своего предшественника.

1975: 8080 обретает свой первый компьютер. Появление модели Altair 8800 становится началом революции ПК. Гейтс и Аллен разрабатывают для процессора 8080 интерпретатор Altair Basic, который впоследствии получит название Microsoft Basic.

1976: Архитектура x86 вынуждена отступить, после того как Стив Джобс и Стив Возняк представили компьютер Apple II на базе 8-разрядного процессора Motorola 6502. Процессоры конкурента Intel использовал также производитель ПК Commodore.

1978: Intel представляет 16-разрядный микропроцессор 8086.

1979: Разработчики Intel выпускают более дешевую версию 8086 -- процессор 8088 с 8-разрядной шиной.

1980: Intel представляет математический сопроцессор 8087.

1981: Корпорация IBM выбирает для своего ПК процессор Intel 8088. Впоследствии в Intel назвали это "величайшей победой за все время существования своей компании".

1982: Intel выпускает 16-разрядный процессор 80286 на 134 тыс. транзисторах.

1984: IBM проектирует на базе процессора 80286 ПК второго поколения PC-AT. Компьютер, работающий под управлением операционной системы MS-DOS, на ближайшие десять лет становится фактическим стандартом в мире ПК.

1985: Intel отказывается от выпуска памяти DRAM, решив полностью сосредоточиться на микропроцессорах, и представляет 32-разрядный процессор 80386. Новый процессор содержит 275 тыс. транзисторов и способен одновременно выполнять сразу несколько программ.

1986: Компания Compaq Computer опережает IBM, выпуская ПК на основе процессора 80386.

1987: Основана компания VIA Technologies, планирующая поставлять наборы микросхем базовой логики для архитектуры x86.

1989: Intel выпускает процессор 80486, содержащий 1,2 млн транзисторов, со встроенным математическим сопроцессором. Согласно прогнозам Intel, после 2000 года на рынке должны появиться многоядерные процессоры.

Конец 80-х годов: Архитектура x86, относящаяся к категории CISC, подвергается атаке со стороны конкурирующих архитектур RISC, среди которых выделяются процессоры Sun SPARC, IBM/Apple/Motorola PowerPC и MIPS. Intel отвечает созданием собственного RISC-процессора i860.

1990: Compaq выпускает первый сервер на базе ПК с процессором 80486.

1993: Intel представляет процессор Pentium, выполненный по суперскалярной технологии, работающий на частоте 66 МГц и имеющий 3,1 млн. транзисторов.

1994: AMD и Compaq формируют альянс, цель которого заключается в оснащении компьютеров Compaq микропроцессорами Am486.

1995: На рынке появляется "могильщик" RISC-архитектуры, процессор Pentium Pro, обладающий принципиально новыми возможностями. Он поддерживает функции прогнозирования выборки инструкций и выполнения их в удобной для себя последовательности. Все это в сочетании с невероятно быстрой кэш-памятью и двойными независимыми шинами позволяет существенно повысить производительность ряда приложений.

1997: Intel представляет 64-разрядную процессорную технологию Epic. На рынке появляется чип Pentium MMX, поддерживающий функции обработки графики, аудиоинформации и голоса и предназначенный для приложений цифрового сигнального процессора.

1998: Intel представляет недорогой процессор Celeron.

1999: VIA приобретает компании Cyrix и Centaur Technology.

2000: На рынке дебютирует процессор Pentium 4, содержащий 42 млн транзисторов.

2003: Компания AMD представляет x86-64, 64-разрядное расширение набора инструкций x86.

2004: AMD демонстрирует двухъядерный процессор.

2005: Intel поставляет свой первый двухъядерный процессор.

2005: Apple анонсирует перевод компьютеров Macintosh с процессоров PowerPC, поставляемых компаниями Freescale (бывшее полупроводниковое подразделение Motorola) и IBM, на семейство процессоров Intel x86.

2005: AMD инициирует антимонопольное разбирательство, обвиняя Intel в использовании своего положения и нарушении свободной конкуренции. (В 2008 году судебный процесс входит в новую фазу.)

2006: Dell объявляет о выпуске систем на базе процессоров AMD.

Глядя на семейство микропроцессоров x86, время от времени у многих из нас возникает вопрос: неужели после трех десятилетий безраздельного доминирования эта архитектура исчерпает свои возможности? В Intel, естественно, утверждают, что x86 прочно стоит на ногах, спеша добавить, что битва с конкурирующими архитектурами еще далека от своего завершения.

Директор по технологиям корпорации Intel Джастин Раттнер считает гибкость архитектуры x86 ключевым условием ее прошлых и будущих успехов. Хотя зачастую люди ссылаются на неизменность набора инструкций x86, Раттнер убежден, что как сама система команд, так и реализующая их архитектура прошла за минувшие годы очень долгий эволюционный путь.

К примеру, в 90-е годы разработчики архитектуры x86 успешно отразили атаку со стороны специализированных мультимедийных процессоров, предложив расширенный набор встроенных инструкций MMX и SSE, который позволил заметно ускорить организацию вычислений при выполнении мультимедийных и телекоммуникационных приложений. Нельзя не вспомнить и расширения чипа, которые улучшались на протяжении многих лет, в частности, аппаратную поддержку виртуализации и механизмов управления памятью.

Не менее важным представляется и то, что в Intel заботились о поддержке обратной совместимости семейства x86 на всех этапах эволюции. Совершенствование набора инструкций вкупе с обеспечением внутренней совместимости позволило архитектуре x86 занять очень широкую нишу на рынке как однопользовательских, так и корпоративных компьютеров, начиная от портативных и заканчивая суперкомпьютерами.

"Важно понимать, что архитектура x86 не является какой-то замороженной конструкцией, -- отметил профессор Калифорнийского университета в Беркли Дэвид Паттерсон. -- На протяжении трех десятилетий ее разработчики добавляли по крайней мере одну инструкцию в месяц к уже имеющимся. Сегодня набор команд процессора x86 включает в себя около 500 инструкций, а в каждом следующем поколении появляется еще от 20 до 100 или даже больше новых команд. Обратная совместимость по-прежнему ставится во главу угла, но вместе с тем мы видим постоянное добавление каких-то новшеств".

Смена стратегии

Впрочем, даже и без специфических усовершенствований многолетнее увеличение производительности в соответствии с законом Мура можно считать одной из самых удивительных тенденций в истории успеха информационных технологий. Процессор 8086, представленный в 1978 году, работал на частоте 10 МГц и имел 29 тыс. транзисторов (в действительности, в 1978 году процессор 8086 работал на частоте 5 МГц и вдвое более высокой частоты достиг спустя несколько лет. - Прим. ред.) Современный четырехъядерный процессор Intel для настольных компьютеров опережает его по частоте в 300 раз, а число транзисторов в нем увеличилось в 28 тыс. раз и доведено до 820 млн. При этом габариты и стоимость микросхем остались примерно на том же уровне.

"Дальнейшее уменьшение размеров транзисторов требует решения сложнейших технических задач, и Intel вкладывает в это немалые деньги, -- отметил профессор Университета Карнеги-Меллона и одновременно научный консультант Intel Тод Маури. -- Попытки обойти одно из возникших на пути разработчиков препятствий привели к тому, что в компании называют 'правым поворотом'. При дальнейшем уменьшении размеров электрических схем тепловыделение вырастает настолько, что теперь повышение производительности возможно лишь за счет увеличения числа процессорных ядер, а не тактовой частоты процессора. А это в свою очередь перекладывает ответственность за дальнейший рост производительности с аппаратного на программное обеспечение. Цель научного сообщества сегодня заключается не столько в построении одного хорошего ядра, сколько в извлечении максимума возможного из множества ядер".

Одним из наиболее многообещающих подходов использования параллелизма в многоядерных процессорах является так называемая "программная транзакционная память". Такое решение позволяет сохранить информацию, совместно используемую в параллельных потоках, от разрушения, не прибегая к блокировке доступа к данным. Здесь применяется алгоритмический подход -- большая часть задач возлагается на программное обеспечение -- однако механизмы поддержки данной технологии можно встроить и в оборудование x86.

По словам Маури, единственное ограничение на пути дальнейшего увеличения процессорных ядер связано со способностью разработчиков программного обеспечения эффективно использовать их возможности. "Наиболее серьезное препятствие заключается в необходимости перехода от последовательного к параллельному мышлению", -- подчеркнул он.

Раттнер полагает, что через пять-семь лет количество ядер в одном чипе будет исчисляться уже сотнями. А поскольку каждое ядро обладает возможностью многопоточной обработки, количество параллельных потоков, поддерживаемых этими чипами, может достигать тысячи или даже более. Правда, сегодня на планете вряд ли найдется много людей, знающих, как использовать эту тысячу потоков.

Новые разработки

По словам Раттнера, в лабораториях Intel исследуются и другие интересные решения. Речь, в частности, идет о чипах x86, оснащенных новыми средствами обеспечения безопасности, которые заметно повышают устойчивость работы процессоров в условиях усиления агрессивности атак.

Кроме того, готовится к выпуску графический процессор Larrabee, который построен на базе архитектуры x86 и должен составить конкуренцию специализированным графическим процессорам компании nVidia и ATI, подразделения AMD. В Larrabee появится "целый новый класс инструкций, ориентированных на выполнение визуальных расчетов". Преимущество Lurrabee перед специализированными графическими процессорами конкурентов заключается в том, что он представляет собой расширение архитектуры общего назначения x86.

"Устойчивость и надежность архитектуры нам удалось перенести в те сферы, которые, казалось, лежали за гранью ее возможностей", -- подчеркивает Раттнер.

Аналогичные планы вынашивает и AMD. В январе появилась информация о подготовке гибридного варианта центрального и графического процессора Fusion, который будет представлять собой расширение существующего процессорного семейства Phenom. Первые поставки планируется начать в 2009 году, когда на рынке появится двухъядерный чип для ноутбуков.

VIA Technologies анонсировала процессоры Nano (ранее они фигурировали под кодовым наименованием Isaiah) для рынка мини-ноутбуков. Компания намерена и дальше предлагать процессоры семейства x86 с низким уровнем энергопотребления на рынке мобильных устройств, но помимо этого она начнет осваивать и сферу настольных компьютеров.

На вопрос о возможности вытеснения архитектуры x86 какими-то новыми микропроцессорными решениями Раттнер ответил, что она надежно защищена повсеместно распространенными программно-аппаратными технологиями Wintel. Именно союз Intel с Microsoft помог производителям процессоров x86 отразить в конце 80-х годов атаку со стороны поставщиков RISC-процессоров.

"До тех пор, пока не появится решение с альтернативным набором инструкций, обеспечивающее в пять раз более высокую производительность, у клиентов не будет стимула что-либо менять, -- утверждает Раттнер. -- Именно эти трудности и приходится сегодня преодолевать разработчикам более мощной архитектуры Intel Itanium".

Выше только звезды?

Впрочем, нельзя утверждать, что набор инструкций x86 не получит какое-то совершенно новое материальное воплощение, потому что кремниевые транзисторы уже фактически исчерпали свой физический потенциал. На протяжении 40 лет транзисторы располагались под слоем кремниевой подложки. Сегодня имеющийся технический арсенал позволяет размещать их непосредственно на ее поверхности.

В результате появилась возможность изготавливать транзисторы не из кремния, а, например, из арсенида галлия, который обещает улучшить характеристики производительности и энергосбережения оборудования.

"Наверное, в ближайшем и следующем поколении (в течение двух-четырех лет) вряд ли стоит ждать каких-то существенных изменений, -- полагает Раттнер. -- Но через десять лет мы наверняка станем свидетелями применения новых материалов".

"Конечно, сфера использования архитектуры x86 ограничена определенным сегментом, -- отметил президент инжинирингового подразделения VIA Centaur Гленн Хенри. -- Вряд ли такие процессоры подходят для изготовления тостеров или топливных инжекторов автомобиля. Естественно, существует и верхнее ограничение, если вы собираетесь, например, смоделировать взрыв атомных бомб. Что же касается среднего сегмента, здесь архитектура x86 уже давно доказала свою способность адаптироваться к самым разным потребностям".

Intel весьма активно работает над созданием нового электронного оборудования на базе транзисторов, но не проявляет особого усердия при решении задач, ориентированных на далекую перспективу и связанных с проектированием квантовых процессоров и моделированием ДНК.

"Реализация подобных проектов предполагает изменение фундаментальных математических основ функционирования вычислительной техники, а следовательно, сопряжена с серьезным риском, -- пояснил Раттнер. -- Кроме того, сферы применения таких технологий ограничены достаточно узкими областями, они не претендуют на решение задач общего назначения".

По мнению Маури, появления подобных эзотерических технологий следует ждать не раньше, чем через 20 лет.

"Я полагаю, что этого не произойдет до тех пор, пока люди не исчерпают резервы привычных технологий, -- отметил он. -- Только тогда они всерьез задумаются об этом. При попытке свить провод из отдельных атомов начинают происходить весьма странные вещи, и у разработчиков нет точного рецепта относительно того, что в таких случаях следует делать".

Ученые Университета им. Пердью создали миниатюрную систему охлаждения, которая уже через пару лет может появиться на ноутбуках и настольных компьютерах.

По размеру она напоминает центральный процессор компьютера. Применение такой системы позволит не только снизить температуру нынешних машин, но и создать компьютеры гораздо меньшего размера, полагает профессор кафедры машиностроения Университета им. Пердью Шуреш Гаримелла.

«Как правило, вентилятор гонит на охлаждаемую микросхему воздух комнатной температуры, - пояснил Гаримелла. - Если же обдувать ее охлажденным воздухом, результат будет гораздо лучше».

В традиционных системах охлаждения вентилятор продувает воздух через ребристые радиаторы, прикрепленные к микросхемам. «Новые миниатюрные охлаждающие устройства способны значительно увеличить количество тепла, отводимого от компьютера», - отметил Гаримелла.

Разработка новой системы идет уже третий год. В ней применены миниатюрные компрессоры и трубки, через которые прокачивается охлаждающий агент. «Слово "миниатюрный" в данном случае означает, что охлаждающие трубки умещаются на микросхеме, - пояснил Гаримелла. - Системы размером с микросхему можно встроить в процессор или заменить ими обычные охлаждаемые воздухом радиаторы в компьютере».

От игровых консолей до суперкомпьютеров

«Вряд ли такая система появится через пару лет в серийных ноутбуках. Скорее всего, первыми будут мощные игровые компьютеры, а потом, спустя некоторое время, уже и все остальные, - считает Гаримелла. - Года через два, может быть, она появится в ноутбуках верхнего уровня».

Улучшение охлаждения для ноутбуков и настольных компьютеров означает уменьшение затрат энергии. Кроме того, улучшение контроля за выделением тепла позволяет снизить размеры компьютеров.

Главный аналитик фирмы Gabriel Consulting Group Дэн Олдс полагает, что это исследование может иметь большую важность, особенно для рынка ноутбуков.

«Снижение нагрева исключительно важно для микросхем, особенно для изготовленных по 45-нанометровой технологии: они могут вообще расплавиться без соответствующего охлаждения, - подчеркнул он. - Не следует забывать, что вентиляторы и радиаторы занимают много места, следовательно, улучшение охлаждения схем позволяет снизить размеры оборудования и увеличить производительность. Это очень важно, и производителям приходится решать такие проблемы на всех уровнях, вплоть до суперкомпьютеров».

Работу научной лаборатории Университета им. Пердью финансирует несколько крупных ИТ-компаний, в том числе Apple, Honeywell, Intel, Sony, и Sun Microsystems.

Компания Wow Technology объявила о начале продаж Wow-Pen Joy, "вертикальной" мышки, которая, как утверждается, позволит снизить утомление запястья. Стоит такая мышка будет 30 долл. и появится в магазинах США в июле.

Wow-Pen позволяет удерживать запястье в более вертикальном положении, что, по мнению производителя, менее утомительно для пользователя. Мышь, которая работает с операционными системами Mac OS X, Windows и Linux, имеет пять кнопок (в том числе нажимной ролик), поддерживает оптическое разрешение 800 точек на дюйм и весит 130 грамм. Компания будет выпускать такие мыши в корпусах разных цветов.

Необычный вертикальный дизайн был разработан для того, чтобы уменьшить эффект канального синдрома, поскольку рука пользователя, держащего такую мышку, находится в более естественном положении – примерно так же человек держит ручку. Компания разработала этот продукт с учетом опыта создания Wow-Pen Eco Traveler, портативной мышки необычной формы в виде ручки, прикрепленной к более широкому основанию.