Чи спектакль, криза означає смерть закону Мура?

Чи спектакль, криза означає смерть закону Мура?

Spectre і Meltdown - це два з найважливіших проблем безпеки, які піддаються поверхні з початку цього тисячоліття. Specter, зокрема, буде важко пом'якшити. Обидва AMD і Intel доведеться переробити, як функціонують процесори, щоб повністю вирішити проблему. Навіть якщо санкції за ефективність найчастіше падають на старих процесорних процесах або робочих навантаженнях сервера, замість робочої станції, ігор та загального обчислення, стануть випадки, коли певні клієнти повинні з'їсти продуктивний хіт, щоб закрити розрив у сфері безпеки. Все це правда. Але внаслідок цих одкровень ми бачили різних людей, які вважають, що недоліки означають кінець архітектури x86 або, тепер, що це остання смертельний кнол закону Мура.

Це думка Реєстру, який похмуро заявив, що ці недоліки є не меншим, ніж закінчення поліпшення продуктивності обчислювальної апаратури загального призначення. Марк Песс пише: "[F] або основою IT, обчислення загального призначення, в минулому місяці може бути так добре, як він коли-небудь отримує".

Гарантовано короткострокове зниження продуктивності принаймні в деяких випадках. Але більш довгостроковий випадок є більш оптимістичним, я б стверджував, що Песс звучить.

Заточення аргументу

Перш ніж ми зможемо піти далі, будь ласка, потрібно щось прояснити. Песс називає цей потенційний кінець загальних покращень ефективності обчислень, як кінець закону Мура, але це неправда. Закон Мура передбачає, що щільність транзисторів подвоїться кожні 18-24 місяці. Відповідний "закон", який поставив поліпшення продуктивності, яке йшло рука об руку з Законом Мура, отримало назву Dennard Scaling, і він припинив роботу в 2005 році. Не випадково, коли масштабування частоти сповільнюється і до сканування.

Навіть у якості метрики для вимірювання щільності поліпшення, Закон Мура був винайдений багаторазово напівпровідникової промисловості. У 1970-х і 1980-х роках високі густини транзисторів означали, що більша кількість функцій може бути інтегрована в єдиний процесор.

Щільність, тактова частота, TDP та масштабування IPC за часом.
Щільність, тактова частота, TDP та масштабування IPC за часом.

Закон Мура 2.0 зосередився на збільшенні продуктивності, відправляючи тактову частоту, що впадала в стратосферу. З 1978 по 1993 рік тактові частоти збільшилися з 5 МГц (8086) до 66 МГц (оригінальний Pentium), приріст 13,2х за 15 років. З 1993 по 2003 рр. Тактові частоти збільшилися з 66 МГц до 3,2 ГГц, що становило 48,5x за дев'ять років. Хоча Pentium 4 Northwood не був настільки ефективним, як годинник на годинник, як старший Intel Pentium 3, він містив безліч архітектурних вдосконалень та вдосконалень у порівнянні з оригінальним Pentium, включаючи підтримку інструкцій SIMD, повнофункціональну кеш-пам'ять L2 , і виконання поза замовленням. Ця версія Закону Мура суттєво закінчилася в 2005 році.

Закон Мура 3.0 зосереджений на інтеграції інших компонентів. Спочатку це означало додаткові ядра процесора, принаймні на настільному та ноутбучному просторах. Пізніше, коли соціокуляри стали загальними, це означає такі функції, як бортові графічні процесори, стільникові та Wi-Fi радіо, блоки введення / виводу та лінії PCI Express. Такий тип інтеграції та покращення рівня щільності в СОК в цілому продовжує стрімко розвиватися і, принаймні, не закінчиться в будь-який момент протягом наступних кількох років. Можливість розгортання пам'яті, як HBM2 на пакет CPU, є ще одним прикладом того, як вдосконалення технології інтеграції покращило загальну продуктивність системи.

Коротше кажучи, це неточне посилання на "Meltdown and Spectre", що закінчується "Закон Мура". Але оскільки посилання на Закон Мура як і раніше зазвичай використовуються як скорочення для "покращення продуктивності комп'ютера", це зрозуміле використання, і ми будемо займатися більшим питанням.

Чому Meltdown, Spectre, не закінчує покращення продуктивності ЦП

Це не перший раз, коли інженери процесора вважають глибокі зміни у тому, як процесори працюють, щоб вимкнути прогалини безпеки або підвищити продуктивність. Процесори CISC (Computational Instruction Set Computing) 1960-х-1980-х рр. Спиралися на окремі вказівки, які могли б виконувати багатоетапну операцію частково, оскільки обидва оперативної пам'яті та зберігання були надзвичайно дорогими навіть у порівнянні з ціною самого процесора.

Оскільки оперативна пам'ять та витрати на зберігання знизилися, а тактові частоти збільшилися, конструктивні обмеження змінилися. Замість того, щоб зосереджуватися на щільності коду та інструкціях, які можуть виконувати багато циклів годин, інженери виявили, що вигідніше будувати процесори з більш загальними регістрами, архітектурою завантаження / зберігання та простими інструкціями, які можуть виконуватися за один цикл. Хоча x86 офіційно розглядається як архітектура CISC, усі процесори x86 перетворюють інструкції x86 у спрощені, як RISC-подібні мікро-операції всередині. Пройшло багато років, але, зрештою, RISC "виграв" комп'ютерний ринок і перетворив його у процес.

Історія обчислень, безумовно, є історією змін. Spectre і Meltdown - це не перші патчі безпеки, які можуть вплинути на продуктивність; коли з метою запобігання виконанню даних за допомогою Windows XP SP2 та AMD Athlon 64 з'явилися випадки, коли користувачам довелося відключити його, щоб додатки виконувалися належним чином або з бажаною швидкістю. Зокрема, Spectre може представляти більшу проблему, але це не настільки велике, щоб виправдати висновок, що в майбутньому існує декілька способів підвищення продуктивності.

Крім того, ідея, що обчислення загального призначення зупинилася, є неточною. Це правда, що темп поліпшень сповільнився, і, зокрема, ігри не обов'язково працюють швидше на Core i7-8700K, ніж на Core i7-2600K, незважаючи на п'ять років між ними. Але якщо порівнювати процесори з іншими показниками, прогалини різні.

Нижче наведено дані з сайту Anandtech Bench, що дозволяє користувачам порівнювати результати між різними центральними процесорами. У цьому випадку ми порівнюємо Ivy Bridge Core i7-3770K (Ivy Bridge) з Core i7-6700 (Skylake). 3770К мав 3,5 ГГц базу і 3,9 ГГц, годинник підвищення, в той час як 6700 має 3,4 ГГц базу і 4 ГГц підсилення. Це настільки ж близьке, як ми збираємось, коли порівнюємо продуктивність годин на годинник між двома архітектурами (мікроархітектура Ivy Bridge була ідентичною Sandy Bridge, і практично немає різниці в продуктивності між ними).

Морський плющ у блакитному, Skylake в апельсині. Кредит: Anandtech
Морський плющ у блакитному, Skylake в апельсині. Кредит: Anandtech

Є більше результатів на Anandtech, включаючи дані про Linux та ігри (які показують значно менші відмінності). Ми обрали репрезентативну вибірку цих результатів, щоб визначити середнє підвищення продуктивності між Ivy Bridge та Skylake на основі Handbrake, Agisoft, Dolphin, WinRAR, кодування x265, Cinebench, x264 та POV-Ray.

Середній приріст продуктивності для Skylake був на 1,18x вище IVB у тих восьми додатках, починаючи з 1,07x у WinRAR до 1,38x у першому проході в Handbay x264. Існують тести, в яких два процесори виконують однаково, але вони не є нормою поза конкретними категоріями, такими як ігри.

Середній поліпшення на 18 відсотків протягом декількох років - це далеко від користі, яку ми бачили, але це також не є нічим. І немає жодних ознак того, що ці типи прибутку будуть припинені в майбутніх архітектурах процесорів. Це може зайняти кілька років, щоб потрясти ці помилки, особливо якщо врахувати, що нові архітектури ЦП потребують часу для проектування, але довгострокове майбутнє загальних обчислень яскравіше, ніж може здатися. Удосконалення процесора може сповільнитися, але в баку все ще є гази.

Закон Мура цілком може перейти в історію, коли пристрої CMOS підходять до наномасштабів. Звичайно, є люди, які думають, що це буде, зокрема, колишній головний архітектор Intel та сам Гордон Мур. Але якщо історія є будь-яким вказівником, то значення фрази, швидше за все, ще раз зазвучить, щоб відобразити різні тенденції, які досі рухаються з тією ж метою - довгострокове покращення результатів обчислень.

Читати далі

Чиплети - це майбутнє, але вони не замінять Закон Мура

AMD та Intel обидва рухаються до "chiplet" конфігурацій того чи іншого, але довгострокові проблеми масштабування, з якими стикаються обидва, не зникають.