Vícejádrová mánie

Tento článek je částí 1 dvoudílné série; 2. díl se objeví v pátek 16. prosince.

Když nemůžete zrychlit mikroprocesor, co uděláte? Samozřejmě kombinujete dvě nebo více jader mikroprocesoru.

Intel a AMD, přední průmysloví rivalové, již představili dvoujádrové čipy pro stolní počítače. A to je jen začátek trendu, který by mohl do PC přinést důležitou změnu: vícejádrové zpracování. Oba tito přední výrobci čipů doufají, že do roku 2007 zabalí čtyři jádra do čipů pro stolní počítače. A výzkumníci společnosti Intel zkoumají, jak vložit desítky nebo dokonce stovky jader na jeden čip.

Výrobci čipů i výrobci počítačů potřebují vícejádrové čipy z důležitého důvodu: u stávajících návrhů jim došel prostor pro výkon. (Po celá léta výrobci čipů přidávali tranzistory a zvyšovali takt, aby procesory běžely rychleji. Ale takt lze zvýšit jen o tolik, než čip vyzařuje příliš mnoho tepla uvnitř skříně PC.)

Proč ale průměrný uživatel PC potřebuje dvě, čtyři nebo osm jader na čipu? Pro začátek myslete na multitasking. Multitaskingu říkám tichá „zabijácká aplikace“, říká Shane Rau, programový manažer pro výzkum polovodičů ve firmě IDC zabývající se výzkumem trhu. Dnes všechny aplikace, které používáme, niklují a stmívají procesor k smrti.

Většina jednotlivých aplikací již běží dobře – sama o sobě. Ale jak každý uživatel Windows ví, spuštění několika programů současně, řekněme textový procesor, audio přehrávač a antivirový software, nakonec způsobí, že se nechtěné přesýpací hodiny objeví. Vícejádrové zpracování by mohlo tuto čekací dobu ukončit.

Navíc vzhledem k dnešním neustále se měnícím bezpečnostním hrozbám budou požadavky na multitasking jen stoupat, říkají pozorovatelé z oboru. Většina lidí bude i nadále používat více aplikací současně, zatímco počítače budou muset spouštět více bezpečnostních programů na pozadí, aby se chránily.

Zejména úlohy streamování zvuku a videa mohou zatěžovat zdroje mikroprocesoru. Intel věří, že více jader bude mnohem lepší v úkolech, jako je stahování videa z PC do osobního přehrávače médií. A připravované vícejádrové procesory Intel běží chladněji než originály – což by mohlo vést k inovativnímu designu skříní pro notebooky a stolní počítače. Dvoujádrový čip společnosti, přezdívaný Yonah, má debutovat na začátku roku 2006.

Na mezinárodní výstavě spotřební elektroniky v Las Vegas příští měsíc plánuje tchajwanský výrobce počítačů AOpen předvést stroj s pohonem Yonah o velikosti ministolního počítače Mac společnosti Apple, který měří 17 centimetrů na šířku, 17 centimetrů do hloubky a 5 centimetrů na výšku. Podle Kevina Krewella, šéfredaktora In-Stat’s, hrál Yonah velkou roli v nedávném rozhodnutí Applu koupit čipy Intel. Zpráva o mikroprocesoru , protože Yonah umožní rychlejší notebooky Powerbook.

Chyby v prvním kole

Rané dvoujádrové čipy, jako je Intel Pentium D, získaly smíšené recenze – hlavně proto, že jejich nárůst výkonu byl nevýrazný při používání softwaru určeného pro tradiční jednojádrové procesory. Aby bylo možné skutečně využít sílu dvoujádrových nebo vícejádrových čipů, je třeba softwarové aplikace napsat nebo přepsat tak, aby využívaly výhod dvou nebo více jader, což je proces zvaný multithreading.

Programátoři již zabudovali multithreading do operačních systémů Windows XP, Linux a Mac OS X, takže mohou vrhnout výkon jednoho CPU na úlohy na pozadí systému a druhý CPU například na náročnou aplikaci, jako je zobrazování videa. Na druhou stranu mnoho dodavatelů aplikací, včetně tvůrců her, své aplikace ještě nerevidovalo.

Dnes máme vícevláknový software ve škálovatelných serverových aplikacích, ale v klientských aplikacích pro stolní počítače je vzácnější, říká Krewell. Adobe přijalo multithreading pro software pro tvorbu obsahu, včetně Adobe Photoshop; ale většina ostatních společností zabývajících se aplikačním softwarem tak ještě neučinila.

Také toto první kolo čipů – včetně AMD Athlon 64 X2 Dual-Core a Intel Pentium D – stále produkuje více tepla, než by si designéři přáli. To nutí dvoujádra, aby se občas srazila dolů a běžela na nižších frekvencích, než je jejich potenciální maximální takt. Takže ve skutečnosti je pro hráče a další uživatele aplikací s vysokou intenzitou často moudré používat počítač založený na výkonném jednojádrovém čipu, jako je AMD Athlon 64 FX.

Větší vlna vícevláknových aplikací dorazí, až bude na podzim roku 2006 uveden na trh operační systém Microsoft Windows Vista, říká Rau z IDC.

Neméně důležité je, že příští generace dvoujádrových čipů Intel bude spotřebovávat méně energie – bez kompromisů si zachová chladnou hlavu. Tyto čipy s kódovým označením Conroe pro stolní počítače, Merom pro notebooky a Woodcrest pro servery by měly také debutovat na podzim roku 2006.

Osm je dost?

Podle Intelu i AMD budou vícejádrové návrhy dominantním trendem mikroprocesorů pro toto desetiletí a dále. Do roku 2007 plánují obě společnosti nabízet čtyřjádrové mikroprocesory pro spotřebitelské stolní počítače. A Intel by mohl představit osmijádrové čipy již v roce 2008, předpovídají někteří analytici.

Musíte načasovat představení hardwaru se softwarem, říká Phil Hester, technologický ředitel AMD. Přechod na dvě jádra je dnes pro mnoho aplikací docela dobrá odpověď.

Jelikož AMD plánuje své budoucí čipy, včetně čtyřjádrových, musí vyvážit náklady na výrobu čipů a softwarové výhody. Například čip se třemi jádry a velkým množstvím vyrovnávací paměti může přinést více peněz než čtyřjádrový čip, říká Hester. Je to proto, že mnoho aplikací, včetně těch náročných, jako je Adobe Photoshop, využívá vyrovnávací paměť k urychlení úkolů. Pro nás může být smysluplnější utrácet za méně jader a zahrnout více mezipaměti, říká Hester.

Další možností, která může uživatelům vícejádrových strojů přinést velkou návratnost výkonu, jsou specializovaná jádra navržená tak, aby vynikala v určitých úlohách, řekněme v grafice, procházení webu nebo bezpečnostních úlohách. Můžete mít jedno jádro běžící na vašem XML streamu, zatímco jiné dělá standardní PC práci, říká Hester a zmiňuje, že AMD vyšetřuje tento druh designu.

Osazení více jader do mikroprocesoru je však jen začátkem konstrukčních výzev, kterým budou hardwarové a softwarové společnosti čelit v éře multithreadingu. Nejrychlejší procesor na světě bude stále čekat, pokud s ním hlavní paměť systému neudrží krok. A tento problém poroste, pokud má čip stovky jader.

Zítra: Podíváme se blíže na hardwarové a softwarové výzvy s více jádry. Jaké překážky je třeba překonat, než může vícejádrové zpracování splnit svůj slib?

Laurianne McLaughlin je technologická spisovatelka sídlící v oblasti Bostonu.

skrýt