Итоги 2015 года: центральные процессоры

⇡#Взгляд в будущее: чего ждать от процессоров в 2016

В отсутствие явного прогресса на процессорном рынке многие предпочитают не заниматься обновлением своих систем, а просто ждать. Ждать, когда кто-то из производителей CPU выпустит такой чип, который сможет привнести более заметные, чем традиционные несколько процентов, улучшения в производительности или же какие-то другие функции, решительно отправляющие все сделанные до этого процессоры на свалку истории. Возможно ли такое? В отсутствии настоящей конкуренции — вряд ли. Но ситуация вскоре может измениться. Чтобы убедиться в этом, достаточно немного поговорить о том, каких событий на процессорном рынке мы ждём в наступившем 2016 году.

Самым интересным, самым важным для всего рынка в целом и даже в чём-то вожделенным событием наступившего года должен, безусловно, стать дебют новой микропроцессорной архитектуры AMD Zen. Ведь, как ожидается, появление процессоров, построенных на этой микроархитектуре, сможет вернуть компанию AMD в число поставщиков высокопроизводительных решений для десктопного, серверного и мобильного рынка. И более того, от успешности Zen без всякого преувеличения зависит будущее AMD как производителя x86-процессоров, так что ставки на самом деле очень высоки.

Совершенно неудивительно, что при работе над своей перспективной микроархитектурой AMD делала всё от неё зависящее для того, чтобы история Bulldozer не повторилась. Все предыдущие наработки были отметены, и Zen разрабатывалась с чистого листа. Более того, к созданию новой микроархитектуры был даже привлечён Джим Келлер – легендарный инженер, в послужном списке которого стоит разработка удачных архитектур AMD K8, Apple A4 и A5, а также соавторство в таких изменивших всю процессорную индустрию проектах, как x86-64 и HyperTransport. Поэтому ждать Zen определённо стоит. Сама AMD говорит, что процессоры поколения Zen смогут обрабатывать на 40 процентов больше инструкций за такт, чем их предшественники поколения Bulldozer, и это значит, что новая микроархитектура должна быть способна вернуть былую конкуренцию между AMD и Intel как в среднем, так и в верхнем ценовом сегменте.

На это же указывают и технические детали, которые известны о микроархитектуре Zen. AMD решила отказаться от своего CMT-дизайна (Clustered Multi-Threading), когда вычислительные ядра попарно группируются в модули, некоторые функциональные блоки внутри которых используются ядрами сообща. Такой подход признан вредным, так как он приводил к тому, что 8-ядерные процессоры FX с трудом могли конкурировать с четырёхъядерниками Intel, и поэтому в Zen реализуется прямо противоположная парадигма – SMT (Simultaneous Multi-Threading). Она предполагает, что каждое ядро не только обладает полным набором собственных блоков, но и способно при этом работать с несколькими вычислительными потоками одновременно примерно так же, как это делают интеловские процессоры с технологией Hyper-Threading. Поскольку же в будущих высокопроизводительных процессорах Summit Ridge, которые будут воплощать микроархитектуру Zen в среде настольных компьютеров, число ядер может доходить до восьми, с перспективными процессорами AMD станут возможны 16-поточные вычисления. А это, между прочим, может быть интересно не только для тяжёлых вычислительных задач, но и для перспективных игр, заточенных под использование DirectX 12 или Vulkan.

Надо сказать, что архитектурно Zen будет похож на текущие интеловские процессоры Core не только благодаря SMT. Судя по имеющимся данным, строение будущих процессоров AMD будет близко повторять принципы, заложенные в современные интеловские процессоры класса Core. Речь тут идёт, естественно, о верхнем уровне, а не о технических деталях, но тем не менее Zen будет располагать 512-килобайтным кешем второго уровня на каждое ядро и разделяемым L3-кешем с объёмом 8 Мбайт на каждые 4 ядра. Определённые параллели можно провести и на более низком уровне. Декодер инструкций в Zen спроектирован способным переваривать по четыре команды за такт, а исполнительный кластер содержит четыре арифметико-логических устройства, два устройства генерации адресов и четыре 128-битных блока для работы с числами с плавающей точкой. Всё это очень похоже на арсенал Intel Core, но следует понимать, что конечная производительность зависит не только и не столько от количественного набора компонентов в архитектуре ядра, сколько от их конкретной реализации и оптимизации. Интеловские процессоры располагают массой смежных технологий, повышающих удельное быстродействие, в частности, Micro-Ops и Macro-Ops Fusion, кешем декодированных инструкций и т.п. А вот как с этим будет обстоять дело в Zen, пока неизвестно.

Для выпуска процессоров поколения Zen компания AMD планирует задействовать 14-нм технологический процесс с FinFET-транзисторами, а производственным партнёром по выпуску этой категории продукции станет либо GlobalFoundries, либо Samsung (либо обе компании одновременно). Столь существенный прогресс в полупроводниковом техпроцессе по сравнению с применяемыми в настоящее время технологиями с 32-нм и 28-нм нормами должен придать будущим процессорам неплохой частотный потенциал, раскрываемый в рамках достаточно скромных тепловых пакетов. Речь идёт о техпроцессе 14LPP, который не только использует трёхмерные транзисторы, но и оптимизирован под высокую производительность при низком энергопотреблении.

Почти всё, что слышно в настоящее время про Zen, выглядит очень оптимистичным, за исключением одной детали – сроков. Традиционно AMD не отличается аккуратным соблюдением собственных планов в том, что касается дат выхода новых продуктов. Согласно официальному расписанию первые процессоры с микроархитектурой Zen, а это будут предназначенные для десктопов чипы Summit Ridge, должны появиться в четвёртом квартале наступившего года. Однако на встречах с инвесторами представители AMD всегда ссылаются на то, что на финансовые результаты компании процессоры поколения Zen начнут оказывать влияние только в 2017-м, что оставляет простор для переноса анонса Summit Ridge и на следующий, 2017 год. Впрочем, ничем страшным для AMD такая корректировка планов не грозит, ибо Intel продолжает испытывать проблемы с новейшими технологическими процессами и тоже постепенно сдвигает свои 10-нм новинки поколения Cannonlake ближе к концу 2017 года.

Несмотря на то, что, говоря об имеющихся планах AMD, мы в первую очередь подразумеваем основанные на Zen продукты, компания не намерена провести почти весь предстоящий год, лишь рассказывая про прекрасное далёко и не подкрепляя эти рассказы никакими конкретными инициативами. Во втором квартале должны будут дебютировать новые гибридные процессоры Bristol Ridge, которые, хоть и базируются на старой микроархитектуре класса Bulldozer, на самом деле представляют собой очень важный этап в деле подготовки к выходу Zen. Сами по себе Bristol Ridge не слишком интересны. Фактически речь идёт о приходе на рынок настольных систем аналогов Carrizo, которые можно встретить в мобильных системах уже в течение нескольких месяцев. То есть Bristol Ridge – это привычные APU, в составе которых может быть до четырёх ядер Excavator и графическое ядро GCN с 384 или 512 шейдерами. Важнее другое: Bristol Ridge должны стать первопроходцами в деле внедрения новой платформы Socket AM4 (и её мобильного эквивалента FP4), которая станет базой для всех CPU компании AMD на ближайшие несколько лет. И именно с платформой Socket AM4 будут работать перспективные процессоры Zen как в высокопроизводительном, так и в гибридном своём воплощении.

Ключевыми особенностями новой платформы станут поддержка двухканальной DDR4 SDRAM, графическая шина PCI Express 3.0, отдельный процессорный PCIe-линк для работы с M.2/U.2-накопителями и использование нового набора логики, известного под кодовым именем Promontory. Как ожидается, силами данного чипсета будет реализована, в частности, поддержка скоростных интерфейсов SATA Express и USB 3.1. Но самое интересное в Promontory то, что в его разработке принимает участие сторонняя фирма – ASMedia, которая, по всей видимости, и будет заниматься массовым производством наборов системной логики для Socket AM4/FP4-материнских плат.

Несмотря на то, что главной звездой в начавшемся году обещает стать именно компания AMD, нам есть что рассказать и о планах Intel. Правда, в них совершенно неожиданно ключевое место занимает не выход нового и ожидаемого продукта, а, напротив, его невыход. Процессоры Cannonlake, которые, согласно принятому в компании циклу разработки «тик-так», должны были следовать за Skylake и являть собой их перевод на новые 10-нм технологические рельсы, отложены и в 2016 году уже не появятся. И это – не результат какой-то непредвиденной задержки, а, по сути, целенаправленный демонтаж всей концепции «тик-так». Ещё в середине минувшего года Intel официально признала, что закон Мура, провозглашающий удвоение сложности полупроводниковых кристаллов каждые два года, больше не действует и его формулировка должна трансформироваться с учётом того, что освоение новых производственных технологий теперь занимает минимум по два с половиной года. Но даже и такое изменение оставляет место для сомнений: получится ли у Intel уложиться с переходом на 10-нм нормы хотя бы в такие сроки? Пока мы видим, что и с актуальной 14-нм технологией у микропроцессорного гиганта ладится далеко не всё. Следующий же, 10-нм техпроцесс ещё сложнее, ведь в нём Intel откажется от передовой EUV-литографии в пользу задействования старого оборудования, но планирует внедрить некие новые материалы.

В итоге всё это оборачивается полным перекраиванием «дорожной карты». Вместо ожидавшихся Cannonlake во второй половине этого года будут представлены совсем другие процессоры – Kaby Lake, которые будут производиться по отлаженной 14-нм технологии. Иными словами, в этом году нас ждёт третий после Broadwell и Skylake 14-нм процессор, в то время как выход Cannonlake откладывается на вторую половину 2017-го, а то и на 2018 год. И это – достаточно тревожный симптом, который может перерасти в то, что TSMC и Samsung перегонят Intel по технологичности производства. Ведь они собираются приступить к массовому выпуску 10-нм решений ещё до конца 2016.

Что же касается самих процессоров Kaby Lake, то от них не стоит ожидать никаких заметных микроархитектурных усовершенствований – их там не будет. В этом году Intel собирается отделаться акцией, которую можно охарактеризовать как Skylake Refresh – все улучшения, которые найдут своё место в Kaby Lake, будут проведены исключительно экстенсивным путём. Главное же, что следует знать о перспективной новинке, – это то, что вместе с ней будет обновлена платформа LGA1151 и на рынок придут наборы логики двухсотой серии. Впрочем, особых изменений не стоит ждать и на этом направлении: единственная интересная строка в их предварительных спецификациях говорит о поддержке Optane Technology – систем хранения данных, построенных на перспективной памяти 3D XPoint. Долгожданного же интерфейса USB 3.1 в этом списке, например, почему-то нет.

Сами же процессоры Kaby Lake, возможно, смогут сильно порадовать лишь тех пользователей, которые следят за развитием встроенного в процессоры Intel графического ядра. Среди представителей этого поколения число моделей, оборудованных дополнительной eDRAM-памятью и графикой класса Iris Pro, будет увеличено, а само встроенное графическое ядро приобретёт ряд дополнительных функций для работы с 5K-мониторами и для качественного ускорения 4K-видео, в том числе закодированного кодеками VP9 и HVEC с 10-битной глубиной цвета.

Но не стоит думать, что Intel сможет порадовать в наступившем году лишь небольшую долю пользователей персональных компьютеров. Kaby Lake – это не единственная новинка Intel, запланированная на этот период. Очередную веху в своём развитии должна миновать и премиальная платформа LGA2011-3, для которой во втором квартале ожидаются процессоры Broadwell-E. Эта платформа с четырёхканальной DDR4 SDRAM, нацеленная на энтузиастов высокой производительности, ещё в позапрошлом году взяла курс на многоядерность, и процессоры Broadwell-E продолжат движение по этой траектории. В то время как имеющиеся на сегодняшний день десктопные процессоры Haswell-E для LGA2011-3 могут иметь в своём распоряжении до восьми вычислительных ядер, дополнительно усиленных технологией Hyper-Threading, в семействе Broadwell-E появятся ещё более впечатляющие модификации, располагающие массивом из десяти ядер и кеш-памятью третьего уровня объёмом до 25 Мбайт. Однако, как говорят слухи, такие радикально многоядерные конфигурации будут иметь не слишком гуманную цену в $1 500. Конечно, звучит это несколько необычно, но, учитывая перспективу появления AMD Zen, желание Intel перестраховаться и застолбить позиции в премиальном сегменте, понять можно.

С точки же зрения внутреннего строения Broadwell-E вряд ли можно считать чем-то новым. В этих процессорах, которые будут выпускаться по всё тому же обкатанному 14-нм техпроцессу, будут использоваться ядра с микроархитектурой Broadwell, которые, наконец, получат достойное представительство в десктопном сегменте. Благодаря этому Broadwell-E сохранят полную совместимость с теми же самыми LGA2011-3-платформами на базе наборов логики X99, в которых сегодня трудятся процессоры Haswell-E. И всё это в сумме делает перспективное семейство достаточно интересной новинкой, которая, возможно, будет иметь лишь одну неприятную проблему – не слишком продолжительное время жизни. Ведь следующее поколение высокопроизводительных процессоров, Skylake-E, может появиться уже в 2017 году.

AMD Bristol Ridge и Summit Ridge, Intel Kaby Lake и Broadwell-E – это те запланированные на наступивший год новинки, которые мы ожидаем с большим нетерпением. Именно они наиболее значительно будут влиять на то, как в 2016 году изменятся привычные персональные компьютеры. Однако список запланированных на этот год анонсов одними лишь этими процессорами не ограничивается. Помимо них Intel должна выпустить процессоры с кодовым именем Apollo Lake, а AMD – Stoney Ridge. Удостоим своего абзаца текста и их.

Intel Apollo Lake – это недорогие и не слишком производительные системы-на-чипе, которые сменят на своём посту Braswell. Такие CPU сейчас находят своё место в бюджетных компьютерах, которые пользуются популярностью во многих азиатских и развивающихся странах. Как и предшественники, Apollo Lake будут предлагать два или четыре вычислительных ядра, но получат более современную архитектуру Goldmont и обновлённую графическую подсистему девятого поколения, а также поддержку DDR4 SDRAM, USB 3.1 и EMMC 5.0. Для производства этих решений, как и всех остальных интеловских CPU образца 2016 года, также будет применяться 14-нм технология. Выход Apollo Lake запланирован на осень.

Stoney Ridge компании AMD занимает примерно такое же положение в структуре её предложений, как и Apollo Lake у Intel. Процессоры Stoney Ridge придут на рынок одновременно с Bristol Ridge и заменят основанные на микроархитектуре Puma+ процессоры Carrizo-L. В отличие от предшественников в них будет использоваться не специальная усечённая микроархитектура, а вполне полноценные ядра Excavator, число которых с учётом позиционирования будет ограничено парой штук. Как и старшие собратья, Stoney Ridge получат GCN-графику и поддержку DDR4 SDRAM и будут применяться в дешёвых вариантах мобильной платформы Socket FP4.

⇡#Вместо заключения

Уже который год подряд аналитики с грустью констатируют падение продаж традиционных персональных компьютеров. Например, за прошедший год этот рынок сократился на целых 15 процентов, причём результат мог бы быть ещё хуже, если бы не подоспевший релиз операционной системы Windows 10, немного простимулировавший спрос на новое оборудование. Кажется, что эра «пост-ПК» если ещё не наступила, то вот-вот наступит. И это навевает на адептов привычных настольных систем глубокую печаль, ведь сокращение спроса рано или поздно должно привести к тому, что производители и разработчики потеряют интерес к этому рыночному сегменту.

Однако наша сегодняшняя статья мало похожа на эпитафию. И более того, из неё следует, что привычные многим десктопные x86-процессоры продолжат активно развиваться, а замедление темпов прогресса если и происходит, то отнюдь не по рыночным причинам, а из-за вполне понятных производственных проблем, возникающих при внедрении новых полупроводниковых технологических процессов.

Спасает положение то, что на фоне общего падения интереса к ПК их отдельные виды, напротив, наращивают свою популярность, что даёт возможность производителям не терять прибыль. Например, особенно устойчивым спросом продолжают пользоваться высокопроизводительные и игровые системы. И более того, в результате изменения приоритетов покупателей к верхнему ценовому сегменту на данный момент можно уже отнести до 43 процентов всего рынка в денежном выражении. Помимо этого, пользовательский интерес растёт и по отношению к мобильным системам класса «два в одном», а также к их настольной разновидности – моноблокам.

Если же говорить об основных позитивных тенденциях рынка настольных систем, то в наступившем году ожидается весьма впечатляющий рост продаж компонентов для игровых компьютеров, величина которого по предварительным оценкам составит до 26 процентов. Вместе с тем на 30 процентов должны будут вырасти продажи компактных систем класса NUC и Compute Stick, сравнительно небольшой, 12-процентный прирост испытают и продажи моноблоков.

И всё это позволяет надеяться, что разработчики x86-процессоров будут продолжать стремиться выпускать более быстрые компоненты. В настоящее время основными драйверами роста выступают начинающийся массовый переход пользователей на мониторы с 4K/Ultra HD-разрешениями и предстоящее появление общедоступных устройств виртуальной реальности, таких как Oculus Rift или HTC Vive. Их обслуживание требует более мощных систем, CPU в которых выступает одним из основных столпов. Именно поэтому мы ожидаем, что x86-процессоры будут эволюционировать и дальше. Более того, конкуренцию должно подстегнуть и предстоящее возвращение на рынок быстродействующих процессоров компании AMD, в результате чего наш итоговый материал про процессоры, который вы будете читать через год, наверняка окажется насыщенней и интересней.