Home » Media / Tech »Sinteze » Citesti:

Razboiul procesoarelor. Unora le place RISC-ul

Mihai Badici octombrie 12, 2013 Media / Tech, Sinteze
15 comentarii 1,962 Vizualizari

Dincolo de războiul sistemelor de operare care s-a relansat o dată cu apariția portabilelor (incluzând aici tablete, smartphone-uri, netbook-uri ) în spatele scenei se desfăsoară o bătalie a microprocesoarelor, piață dominată autoritar pana acum ceva vreme de Intel, dominație contestată până acum, timid, doar de AMD.

O dată cu avântul dispozitivele care funcționează pe baterii, s-a deschis o piață dominată de cerințe tehnice diferite: consumul de curent electric este esențial în alegerea procesorului – si a circuitelor anexe, asta dacă nu vrei ca bateria să se descarce în cincisprezece minute. O cu totul altă abordare față de ce se întâmplase până aici.

Între Intel si AMD există o “cursă a gigahertzilor” care durează de ani buni. În această cursă a contat un singur lucru: viteza. Cât mai repede, spre mulțumirea generațiilor de gameri.

Viteza însă înseamnă, tehnic vorbind, să muți niște electroni. Operația asta consumă curent ( de fapt curentul este o mișcare de electroni) iar ca rezultat al acestei mișcări se produce căldura. În final, viteza de lucru a procesorului este limitată de capacitatea de disipare a căldurii.

Pentru depăsirea pragului termic s-a mai recurs la un factor. Cu cât componentele integrate sunt mai mici, cu atât numarul de electroni puși in mișcare e mai mic. Curentul consumat e mai mic, iar căldura produsă scade proporțional.

In 2007 Intel producea în tehnologia de 45 nm (AMD în 2008) acum produce în 22nm și are planuri anunțate pentru 14nm ( e vorba aproximativ de distanța în nanometri intre  celulele  de memorie pe chip).

Această cursă a devenit un pic absurdă pentru că a mutat accentul din zona arhitecturii microprocesorului către zona tehnologiei de fabricație. Desigur, între timp unele inovații au apărut și în arhitectură, s-a trecut și la 64 de biți, însă, la design comparabil totdeauna a câștigat cel care și-a permis tehnologia de fabricație  mai bună.

Intel, firma care dealtfel a inventat microprocesorul, a adoptat pentru primele produse din familia 8086 o arhitectură numita CISC. Acronimul înseamnă Complex Instruction Set Computing și se referă la faptul că o singură instrucțiune la nivel logic poate fi executată printr-un șir de microinstrucțiuni interne ( la care programatorul nu are acces) permițând astfel integrarea de operații complexe. Pentru a fi mai intuitiv, unitatea aritmetico-logică a procesorului nu știe sa execute înmulțiri; totuși, prin microprogramare se poate implementa operația de înmulțire prin adunări repetate astfel încât aparent microprocesorul “știe” să facă înmulțiri.

Acest artificiu a permis realizarea de procesoare puternice pe baza unei unități aritmetico-logice simple dar completată de logica aferentă de microprogramare.

Soluția însă are un preț: datorită microprogramării, instrucțiunile nu mai sunt executate într-un singur tact de microprocesor, ci în mai mulți, pași în care se execută respectivul microcod.

Pe vremea microprocesorului 8080, cel pe opt biți, vreme de care îmi amintesc cu nostalgie pentru ca e vremea studenției mele, firma Zilog lansase celebrul Z80. Z80 avea o unitate aritmetico-logică mult mai puternică și nu necesita microprogramare, executând o instrucțiune într-un singur tact de procesor. A fost un mare succes în lumea aplicațiilor pe opt biți însă nu a reușit tranziția la 16 biți tocmai datorită complexitații necesare. Îmi amintesc ca doamna Irina Athanasiu, regretata noastră profesoară de “Construcția ©alculatoarelor”  ne spunea la curs ca procesorul lor pe 16 biți nu a putut fi niciodata complet testat din acest motiv.

Deci Intel a câstigat bazându-se pe o arhitectură simplă și robustă.  Acum însă modelul începe să își arate limitele.

Alternativa , procesoarele RISC ( reduced instruction set computing) a fost dintotdeauna în piață, însă până acum s-a limitat la aplicații de automatizare, la sistemele cu microprocesor din jurul nostru – de la telecomenzi la imprimante șau telefoane mobile. Insă până si Apple renunțase a le mai folosi din 2006 ( pâna atunci folosiseră procesoarele powerPC de la IBM), deci calea lor spre lumea computerelor  părea închisă. Unul din motive fiind și acela ca Microsoft nu producea Windows decât pentru sisteme cu x86.

Iată însă că o dată cu apariția noilor sisteme, situația pare relansată. Procesoarele ARM sunt și ele de ceva timp pe piață, însă acum avem de-a face cu o adevărată explozie.

Arhitectura RISC înseamnă viteză reală mai mare la aceeași viteză de tact ( pentru că execută o instrucțiune la fiecare tact) deci ne putem permite viteze mai mici, deci consum de energie mai mic și căldură mai puțină produsă .

Povestea companiei ARM Holding probabil că ar merita un text separat.  Ei nici măcar nu produc acest procesor ci doar îl proiectează si licențiază producerea lui către terți. Par exemplul perfect a ceea ce poate face o companie mică, cu posibilități limitate (la început) dar bine orientată tehnologic.

Ai informatii despre tema de mai sus? Poti contribui la o mai buna intelegere a subiectului? Scrie articolul tau si trimite-l la editor[at]contributors.ro



Currently there are "15 comments" on this Article:

  1. adib spune:

    Apropo de Z80…..eu am invatat cum functioneaza un microprocesor citit o carte foarte buna, “Totul despre microprocesorul Z80″ de Miklós Patrubány. Daca nu ma insel cartea a aparut in 1989 in doua volume. O recomand si acum oricui vrea sa invete limbaj de asamblare. Asamblarea pe Z80 e diferita de asamblarea pe 8086, dar principiile de baza se pot invata din aceasta carte.

    • Mihai Badici Mihai Badici spune:

      Cred ca mai am aceasta carte in biblioteca de la țară, ca si niste listinguri cu programe Fortran pe cartela. O, tempora!

  2. Huitzilopochtli spune:

    Oops: ati omis, nepermis, consolele de jocuri. Wii singura a vandut 100.000.000 de exemplare echipate cu PowerPC. Noua iteratie a modelului Nintendo – WiiU e tot cu procesor PowerPC. Din pacate PS4 si XB1 au trecut la arhitectura x86. Bottom line: exista probabil o jumatate de miliard de dispozitive cu procesoare RISC in casele noastre. Si nu sunt telecomenzi.

  3. Student masterand calculatorist spune:

    Cine doreste sa invete temeinic aceste concepte despre microprocesoare are la dispozitie cursurile si articolele fostului meu profesor, d. Lucian Vintan, specialist de talie mondiala. Ele sunt accesibile pe internet:

    http://webspace.ulbsibiu.ro/lucian.vintan/html/#10

    • Virgil Iordache Virgil Iordache spune:

      Multumesc pentru link, mi-a placut foarte mult proful, scrisoarea lui catre potentialii doctoranzi e formidabila :)

  4. Harald spune:

    Modelul Intel mai are până să-și arate limitele, iar cursa gigahertzilor despre care vorbiți dvs. a încetat cam în urmă cu 7-8 ani. Niciun procesor nu e mai bun decât două, am învățat asta pe cont propriu, pe vremea când o placă echipată cu două PIII la 500MHz dădea clasă unui Barton 2500+ . Și Intel știa deja asta, așa au apărut arhitecturile dual-core, quad-core etc. Urmând să vedem 16-core destul de curând, probabil.

    Arhitectura RISC înseamnă o viteză mai mare, dar o coloană nesfârșită de BMW-uri mergând cu 250 km/h nu va reuși niciodată să transporte în partea cealaltă a planetei încărcătura unei nave transoceanice care merge poate doar cu 12-15 noduri (20-15 km/h).

    Poate că Microsoft nu producea Windows decât pentru platformele x86, dar ne puteți explica de ce comunitatea Linux se mulțumea și ea cu platformele x86? Dacă tot era arhitectura RISC așa de performantă și de disponibilă?

    Piața este într-adevăr invadată de dispozitive mobile, pentru care consumul redus de energie este principala preocupare. Dar acelea nu sunt computere, acelea sunt un fel de console de jocuri și atât. Un telefon cu Android nu e decât o consolă pe care rulează un joc în Java (și încă o versiune nestandard de Java) însă acel joc în Java vă permite să vorbiți la telefon. Dar de-aici și până la a declara acel telefon drept computer, e un pas mult prea mare.

    Procesoarele RISC rămân ceea ce-au fost întotdeauna, capabile doar de aplicații relativ simple, iar răspândirea uriașă a dispozitivelor mobile de astăzi nu schimbă cu nimic lucrurile.

    • Mihai Badici Mihai Badici spune:

      Pentru ca nimeni nu e profet in țara lui, nu aș vrea să intru într-o polemică privind viitorul. Vom muri si vom vedea, vorba lui Nichita Stanescu…
      Comunitatea Linux s-a multumit cu ce a gasit pe piață, adica PC-uri. Dacă ar fi avut alternative probabil că situația era mai diversificată. Dar stiu că există instalări pe console de jocuri, transformate astfel în desktop linux.

      In ceea ce privește arhitectura multiprocesor, ea n-a fost inventată de Intel. Intel a integrat doua, patru procesoare pe un chip – cu unele avantaje privind accesul pe bus-ul intern la resursele comune, însă arhitecturi multiprocesor se proiectau și cand eram eu student, adica pe vremea lui Z80. Nu vad de ce nu s-ar putea integra mai multe ARM-uri pe un chip…
      Cred însă ( e o opinie personală) că evolutia va fi în altă directie, si anume a specializării procesoarelor. Deja GPU, despre care am omis sa amintesc de dragul simplității, aduce un al doilea procesor, specializat însă, cel grafic. Asta permite de exemplu ca un raspberry Pi sa aiba performanțe video bune cu un procesor mediocru.
      Telefoanele mobile nu sunt computere, dar deja incep să apară netbook-uri, tablete puternice care chiar sunt computere. Până și Windows 8 are versiune de ARM… deci nu-i de joacă :)

      • Harald spune:

        Domnul meu, nu știu când erați dvs. student, dar sigur Intel exista dinainte. Și concepuse deja acel procesor pentru clientul japonez, procesor de la care a început totul. Este mai degrabă meritul lui IBM că a impus PC-ul x86 în detrimentul celorlalte arhitecturi disponibile pe piață la momentul respectiv, când un anume domn Sinclair realizase într-adevăr lucruri remarcabile, dar nu competitive cu nevoile industriei, ci doar cu aplicațiile ”casnice”, la fel ca și dispozitivele mobile de azi.

        Ăsta e ”medievalism”, cum îl numea Asimov. Nostalgia după ”vremurile bune de altădată”, când în realitate, pentru un Z80, accesarea unui hard-disk era o adevărată aventură. Tentația asta de a ne plasa de partea celui învins e din aceeași categorie cu admirația pentru Rusia, China sau Iran, e românism în forma lui cea mai pură.

        Procesoarele RISC au existat în toată perioada în care Intel a dus procesoarele unde se află astăzi. Au mai dat-o și ei în bară cu Itanium și cu RAMBUS, dar per ansamblu au mers în direcția corectă. O tabletă n-o să fie niciodată comparabilă cu un desktop din aceeași generație. Tocmai pentru compromisurile pe care tableta le face în vederea reducerii consumului de energie.

        Tehnologia în care producea Intel procesoare era licențiată de la Motorola, ultima dată când m-a interesat subiectul. Pentru că Motorola are cam 5 ani avans tot timpul, datorită aplicațiilor de RF pentru produsele proprii. Și ar fi lipsit de sens să producă și azi procesoare pe 90nm, când tehnologia de 22nm e disponibilă. Chiar dacă n-au inventat-o ei.

        • Mihai Badici Mihai Badici spune:

          Desigur ca Intel a existat dintotdeauna pe piața asta, din moment ce ei au inventat procesorul.
          Ceea ce spuneam e ca arhitectura multiprocesor nu e monopolul lor, daca doriti masini cu multe procesoare (RISC) puteti cumpara un Sparc, acum de la Oracle. Deci faptul ca Intel a integrat pe un chip mai multe procesoare nu e un avantaj competitiv atât de greu de contracarat.
          Până acum, ce e drept, Intel a avut mereu un as în mânecă, de asta nu ma hazardez sa fac profeții. Dar deocamdată astrele par să se alinieze pentru ARM: avem sisteme de operare, avem toate tool-urile de dezvoltare la dispoziție, avem o piață ( a mobilelor) care să susțină financiar dezvoltarea tehnologiei. Condițiile astea nu existau în anii ’80 și niciodată de atunci până acum. Eu zic doar că merită urmărit fenomenul. Sunt convins ca Intel nu va contempla pasiv ce se întâmplă.
          În ceea ce privește nostalgia trecutului, în afară de faptul că au fost anii studenției, nu prea am ce regreta. Anii comunismului au fost doar ani de mizerie și de distrugere a energiilor pe care cel puțin generația mea le avea din plin…Iar tehnologic, au fost ani pierduți, am lipsit exact la apariția acestei industrii.

          • Harald spune:

            Perfect de-acord în ce privește anii comunismului, i-am trăit din plin, la fel ca și dvs. Însă în ce privește procesoarele, e loc sub soare pentru toată lumea. Așa cum BMW-urile și DAF-urile încap pe aceleași autostrăzi, deși au roluri și utilități complet diferite, tot așa procesoarele ARM au aplicațiile lor și nu vrea nimeni să le lase șomere.

  5. Radu spune:

    Spuneti ca telefoanele mobile nu-s computere dar netbookurile si tabletele da.
    Ciudata afirmatie din moment ce toate cele citate ruleaza acelasi sistem de operare adica Android, care nu e in nici un caz un banal joc in java asa cum se afirma.

    • Harald spune:

      E nerelevant că au același sistem de operare. Pentru comparație, poți rula Windows 7 și pe un Pentium 4 Northwood , dar și pe un Core i7 Gulftown. Cu performanțe diferite, evident. Deși e ”același” sistem de operare :)

      Android nu e un joc în Java, jocul în Java e aplicația prin care vorbești la telefon, așa cum Winamp sau VLC player sunt aplicațiile cu care asculți muzică sau vezi filme în Windows.

      Android e un Linux alterat până la nivelul la care îl păștea soarta Symbian-ului, atât de tare s-a îndepărtat de Linux-ul autentic. Noroc că bunul simț a învins, au avut loc discuții cu comunitatea Linux și în vreo 5 ani Android-ul se va întoarce în mainstream-ul Linux. Dar chiar și așa, Android-ul nu e destinat să te lase să recompilezi kernel-ul după nevoile proprii, așa cum poți face în Linux. Android-ul a încercat să folosească munca Linux-iștilor, pentru că era disponibilă gratis, numai că nicio firmă nu poate ține pasul cu realizările unora care scriu cod din pasiune, nu pe bani.

      • Radu spune:

        @Harald: am impresia ca faceti o confuzie fundamentala in afirmatia “E nerelevant că au același sistem de operare. Pentru comparație, poți rula Windows 7 și pe un Pentium 4 Northwood , dar și pe un Core i7 Gulftown. Cu performanțe diferite, evident. Deși e ”același” sistem de operare”
        ce legatura are puterea de calcul a procesorului cu ceea ce scriam eu?

  6. iosiP spune:

    “Viteza însă înseamnă, tehnic vorbind, să muți niște electroni. Operația asta consumă curent ( de fapt curentul este o mișcare de electroni) iar ca rezultat al acestei mișcări se produce căldura.”

    Inteleg ca faceti, pana la un punct, vulgarizare, dar va sugerez sa ramaneti in cadrul realitatii.
    (HINT: viteza de grup vs. viteza de faza, local depletion, teoria potentialului etc.)

    • Petru Moldovan spune:

      “Microsoft nu producea Windows decât pentru sisteme cu x86″ este un neadevar. NT3.1, 3.5,si 4 mergeau si pe 3 platforme RISC (Digital Alpha, Motorola/IBM PowerPC si MIPS), si WIndows 2000 a continut si el cele 3 platforme pana la nivel de RC2. Compaq (care a cumparat Digital) a renuntat la procesorul Alpha, Apple a renuntat la PowerPC astfel incat Motorola a mai produs PowerPC doar pentru IBM si concernul MIPS a decis sa se concentreze pe masini de spalat si sa iasa de pe piata de servere, astfel incat versiunea finala de Windows 2000 a fost distribuita doar in varianta x86. Microsoft a pastrat arhitectura bazata pe Hardware Abstraction Layer astfel incat a introdus in WIndows 8 arhitectura ARM V4 fara mari eforturi.



Comenteaza:







Do NOT fill this !

Autor

Mihai Badici


Mihai Badici

Absolvent al Facultății de Electronică si Telecomunicații București ( 1991) si doctorand al aceleiași facultăți. Administrator de sistem cu peste zece ani de experienț... Citeste mai departe


MIHAI MACI – Cel de-al doilea volum din Colectia Contributors.ro

"Atunci când abdică de la menirea ei, școala nu e o simplă instituție inerțială, ci una deformatoare. Și nu deformează doar spatele copiilor, ci, în primul rând, sufletele lor. Elevul care învață că poate obține note mari cu referate de pe internet e adultul de mâine care va plagia fără remușcări, cel care-și copiază temele în pauză va alege întotdeauna scurtătura, iar cel care promovează cu intervenții va ști că la baza reușitei stă nu cunoașterea, ci cunoștințele. Luate indi­vidual, lucrurile acestea pot părea mărunte, însă cumulate, ele dau măsura deformării lumii în care trăim și aruncă o umbră grea asupra viitorului pe care ni-l dorim altfel." - Mihai Maci

E randul tau

cu ani in urma un prieten cambodgian mi-a povestit cum a fost omorat pe taica-sau pe vremea khmerilo...

de: r2

la "Ce-ar fi să vorbim cu-adevărat corect politic despre Fidel Castro?"

Cauta articole

decembrie 2016
Lu Ma Mi Jo Vi Du
« Noi    
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031  

Valentin Naumescu – Marile schimbari. Crize si perspective in politica internationala. Editie bibliofila

contributors.ro

Contributors.ro este intr-o permanenta cautare de autori care pot da valoare adaugata dezbaterii publice. Semnaturile noi sunt binevenite cata vreme respecta regulile de baza ale site-ului. Incurajam dezbaterea relaxata, bazata pe forta argumentelor.
Contact: editor[at]contributors.ro

(An essay by Vladimir Tismaneanu and Marius Stan)