Содержание |
Британское издание The Register не имеет аналогов – оно весьма квалифицировано комментирует новые технологии, но делает это, в отличие от всех остальных, со специфической английской язвительностью. Подчеркивая свою особую позицию, The Register выходит под девизом «Bite the hand that feeds IT», утверждающем, что клюет руку, кормящую ИТ, а, говоря по-русски, не стесняется плевать в рекламный колодец. В нем в 2016 году вышел материал «IBM lifts lid, unleashes Linux-based x86 killer on unsuspecting world», название которого можно перевести примерно так: «IBM представляет ничего не подозревающему миру убийцу на базе Linux». Заголовок намекает на разворачивающуюся войну процессоров "core war".
Из истории вопроса
Вне зависимости от того, действительно ли ведется такая война или нет и, если да, то каковы возможные исходы, необходимо признать, что не стоит сомневаться в неограниченном запасе жизненных сил х86 ни сейчас, ни впредь. Кроме того, нужно понимать, что процессоры Power и инициатива OpenPower, используемые в этой битве на стороне IBM, не относятся к оружию летального действия. И все же появление еще одной процессорной экосистемы в дополнение к двум существующим - х86 и ARM - скорее всего окажет влияние на расстановку сил на компьютерном рынке, а может быть задаст новый вектор развития компьютинга на годы вперед.
Противоборство началось в 2013 году. Стороны, выступающие в роли противников в процессорной войне, находятся в разных условиях. В то время как OpenPower создается практически с чистого листа и с учетом самых последних тенденций, экосистемы х86 и ARM остаются результатом эволюционного развития и за годы своего существования успели обрести отягощающий груз наследия.
Первые шаги в истории платформы x86 датируются 1982 годом одновременно с появлением IBM PC. Ни один человек в здравом разуме не мог тогда и предположить, что они вытеснят RISC-процессоры и займут нынешнее положений. Сегодня они служат платформой для более чем более 95% серверов, но следы ПК-шного прошлого в них все еще просматриваются. Эволюция в развитии российских средств защиты от сетевых угроз: как Kaspersky NGFW меняет расстановку сил на рынке 
Платформа ARM почти на десять лет моложе, но и она не лишена отягощающего наследства, поскольку задумывалась как низко энергоемкая основа для мобильных устройств и благодаря лицензионной политике под разными именами почти монопольно занимает рынок гаджетов и встроенных систем.
Разумеется обе экосистемы заметно видоизменились на долгом эволюционном пути, но полностью отделаться от своей родословной им не удается, за что приходится платить, чаще всего, избыточной системной сложностью.
Что же касается экосистемы, создаваемой IBM, то справедливости ради, стоит сказать, что и она тоже создается не совсем «с нуля», ее прямой предок PowerPC. Это семейство процессоров было совместным начинанием IBM, Apple и Motorola конца восьмидесятых годов, оно задумывалось в качестве альтернативы продуктам Intel. В свою очередь PowerPC родственен процессору IBM 801, созданному Джоном Коком еще в 1975 году. Увы, несмотря на обещания и огромные инвестиции, попытка триединого альянса встать на пути Wintel с треском провалилась, в результате чего Motorola вообще ушла с компьютерного рынка, Apple в конечном итоге перешел на процессоры Intel, а IBM превратила PowerPC в процессор с архитектурой POWER ISA, который был выпущен в 1990 и предназначался для семейства серверов RS/6000.
Экономика Закона Мура и три составляющие экосистемы IBM
И вот перед нами очередная попытка IBM создать собственную экосистему. Ее специфика определяется тем, что она предпринимается во втором девятилетии XXI веке, когда, с одной стороны, что плохо, нарушается привычная многолетняя закономерность снижения соотношения цена/производительность процессоров, но с другой стороны, и это хорошо, появились средства сохранить эту закономерность.
Иногда соотношение цена/производительность называют Законом Мура, что, строго говоря, неверно. В каноническом виде Закон постулирует регулярное удвоение плотности размещения транзисторов на подложке с периодом 1,5-2 года и только. Весьма часто его еще трактуют как удвоение производительности. О законе Мура говорят много и по-разному правы и те, кто убежден в неизбежной кончине закона Мура, и те, кто верит в его бессмертие, — вопрос в том, как этот закон понимать.
Если отбросить риторику, то подлинный интерес представляет не сам Закон. Значение имеет цена вопроса, то есть упомянутое выше соотношение цена/производительность, являющееся его следствием, поскольку оно определяет ускоренное моральное старение компьютерного оборудования. На протяжении десятилетий этот показатель линейно падал синхронно с Законом, но после 2008 года линейный коэффициент изменился и возникла колоссальная угроза для всего компьютерного бизнеса. Что же будет, если отпадет необходимость в постоянном обновлении? Трудно представить себе, что случится, если компьютеры, как станки в машиностроении, можно будет эксплуатировать десятилетиями.
Первой реакцией производителей на изменение существовавшей до последнего времени парадигмы стало появление многоядерных процессоров. Однако собрать на одной подложке большое число ядер мало, их еще нужно загрузить. Но здесь возникает препятствие в виде закона Амдала об ограничении роста производительности при распараллеливании вычислений. Он гласит: «В случае, когда задача разделяется на несколько частей, суммарное время ее выполнения на параллельной системе не может быть меньше времени выполнения самого длинного фрагмента».
Возможно, о будущем прозорливее других высказался директор DARPA по микросистемному направлению Роберт Колвелл: «Скорее всего, мы подошли к концу закона Мура как пределу производительности одного чипа, но о пределе роста производительности систем говорить еще рано. В то время как CPU и GPU действительно приближаются к своему пределу, есть множество иных способов сделать компьютеры более быстрыми. Вряд ли когда-нибудь рост по закону Мура прекратится — разработчики найдут альтернативные способы того, как сделать их быстрее и эффективнее».
Вывод очевиден - новые чипы должны быть и компактнее, и быстрее, и дешевле, а главное лучше адаптированы к задачам, тогда с системной и с коммерческой точек зрения закон Мура сможет сохранить свою справедливость. Судя по всему именно такими соображениями о сохранении действенности Закона Мура на системном уровне руководствовались в IBM при формировании стратегических направлений в развитии новой экосистемы.
Их три:
- Новые решения для повышения производительности
- Готовность для работы с большими данными и к высокопроизводительным вычислениям
- Открытость для участия
Реализация этой комплексной программы позволит сохранить привычную «экономическую эффективность» Закона Мура за счет избавления его от жесткой признанности к полупроводниковым технологиям. Формируется единый общий аппаратно-программный системный стек, включающий полупроводниковые технологии, процессоры, встроенное ПО, операционные системы, гипервизоры, ускорители, средства для системного управления и управления облаками, приложения и сервисы.
Тот факт, что предлагаемая IBM парадигма «выпрямляет» график падения показателя цена/производительность и восстанавливает действие Закона Мура, позволяет предположить, что мы имеем дело не просто с альтернативной экосистемой, а с качественно новым подходом к фундаментальным основам компьютинга, сохраняющим экономические основы компьютерного бизнеса.
Несколько слов об архитектуре Power сегодня и завтра
Перечисленные выше экономические достоинства экосистемы IBM обеспечиваются за счет архитектуры процессоров Power8, а в будущем ее преемника Power9, выпуск которого ожидается в 2017 году, и Power10, намеченного на 2020 год. Очевидно, чтобы производство было рентабельными, процессоры необходимо выпускать большими тиражами, следовательно они должны быть универсальными. В то же время универсальность ограничивает производительность.
Высокая производительность на приложениях требует специализации. Следовательно процессорная архитектура, создаваемая в рамках OpenPower, должна удовлетворить разным и нередко противоречивым требованиям. Скажем, с одной стороны она должна поддерживать системы с неограниченным масштабированием (гипермасштабируемые). С другой - позволять создавать на своей основе специализированные и гибридные высокопроизводительные системы, особенно востребованные в связи с распространением машинного обучения. А с учетом открытости, с третьей стороны, она должна обеспечивать свободу выбора и действий членам общественной организации OpenPOWER Consortium, насчитывающей по состоянию на 2017 год более 250 членов.
Логика подсказывает, что необходимо на новом уровне повторить нечто такое, что было сделано при создании архитектуры Industry Standard Architecture (ISA), которая открыла возможность для появления IBM-PC-совместимых компьютеров и всего того гигантского рынка устройств, который нас окружает. Однако на этот раз совместимость обеспечивается не на уровне шины на материнской плате, а в самом процессоре.
Компромисс между универсальностью и специализацией может быть реализован за счет использования ускорителей. Идея ускорения работы основного универсального процессора за счет вспомогательных процессоров не нова. В Power8 для целей интеграции чипов разных производителей с разной архитектурой служит Coherent Accelerator Processor Interface (CAPI). Он позволяет процессору и ускорителям, таким как GPU или схемы на с основе программируемых массивов FPGA, взаимодействовать напрямую через память. В 2016 году был организован промышленный консорциум OpenCAPI Consortium.
Учитывая особое значение графических процессоров Nvidia в качестве ускорителей, Power8 снабжаются портами для связи с новой высокопроизводительной шиной NVLink.
Если верить прогнозам, то CAPI и NVLink на уровне Power8 – это первые шаги в создании новой процессорной архитектуры Power. В Power9 CAPI и NVLink получат новое развитие и появится технология оптимизации работы в ЦОДе (Datacenter TCO Optimization), а в Power10 - технологии, поддерживающие аналитику (Extreme Analytic Optimization).
