ТЕХНОЛОГИИ: Intel 2006

Автор: Сергей Озеров

В 2005 году рыночная судьба складывалась для Intel не слишком благополучно. Несмотря на то что корпорация удерживает большую часть рынка x86-процессоров, а также остается технологическим лидером в области полупроводниковых производств, целая серия не очень удачных решений на фоне чрезвычайно успешной продуктовой линейки конкурента привела к тому, что в некоторых сегментах на первые роли вышла AMD.

К концу 2004 года, по данным Mercury Research, компания AMD контролировала 14,7% мирового рынка x86-совместимых процессоров. К концу 2005 года — 16,6%. К концу 2006 года — 21,4%. При этом, если рассматривать наименее консервативные сегменты рынка, то окажется, что, к примеру, в США доля проданных настольных компьютеров с процессорами AMD уже в сентябре превысила 52% при чувствительном падении доли ритейлового рынка Intel с 68 до 46%. В октябре доля AMD дошла до 67,7%, и Intel в розничной продаже перестали спасать даже ноутбуки. Эти цифры могли быть и больше, если б не дефицит недорогих процессоров Advanced Micro Devices, вынужденной выпускать всю свою процессорную продукцию (причем с разными технологическими процессами) на одной-единственной фабрике Fab 30, работающей со старыми 200-мм пластинами. Но увы, история не терпит сослагательного наклонения. AMD, прекрасно понимая это, наконец-то запускает современный завод Fab 36 в Дрездене, работающий с 300-мм пластинами, и готовится передать часть производства процессоров компании Chartered Semiconductors. Пока — только изготавливаемых по 90-нм техпроцессу, однако даже это должно снизить остроту проблемы недостаточных мощностей. Сумеет ли компания занять через год-два треть мирового рынка — покажет время, но, в общем-то, все основания к тому у нее имеются.

Впрочем, беспокоиться за судьбу Intel с ее десятимиллиардными доходами пока рановато -корпорация успешно выбиралась и из куда более глубоких ям. Располагая одним из крупнейших и дорогостоящих R&D[Research and Development]-подразделений и колоссальными производственными мощностями[Одиннадцать полупроводниковых фабрик в США, Израиле и Ирландии, семь заводов по корпусировке и тестированию микросхем в Азии, причем наполовину переведенных на работу с 300-мм пластинами], полупроводниковый гигант, упорно придерживавшийся «генеральной линии партии» под названием архитектуры NetBurst/Pentium 4 и продвигавший свои решения (вроде IA-64/Itanium) на фоне более удачных находок конкурента, наконец дрогнул и сделал переоценку рыночных перспектив различных процессоров. Итогом этого шага стало множество событий: отмена разрабатывавшегося следующего поколения процессоров Intel (кодовое название Tejas), отмена процессоров с тактовыми частотами выше 3,8 ГГц (за что CEO Intel Крейг Баррет прилюдно извинился), введение поддержки технологии x86-64 под названием EM64T и поддержки XD-бита. Но что еще важнее — корректируя текущую линейку продуктов и борясь с конкурентом путем существенного снижения цен на свою продукцию, Intel весь прошлый год активно готовилась к большим переменам. И похоже, подготовительный период уже завершен — поскольку минувшей зимой корпорация обрушила на нас лавину самых фантастических новостей и анонсов.

Самым заметным и впечатляющим явлением происходящих в Intel перемен, безусловно, стал полный ребрэндинг ее знаменитой торговой марки. Скажите «до свидания» продержавшемуся шестнадцать лет слогану Intel Inside и маленькой букве "e" в слове Intel, сохранившейся с конца 60-х, когда компания называлась Integrated Electronics. Отныне Intel становится просто Intel и не столько Inside, сколько Leap Ahead — то есть «на шаг впереди». Я, конечно, не дизайнер и не маркетолог, так что спорить с утверждением, что новые логотипы смотрятся красивее и современнее, пожалуй, не буду: в конце концов, с 70-х и даже с 90-х годов многое успело измениться. Но стоимость брэнда Intel с его неизменным «инсайдом» все-таки составляла в прошлом году 35 млрд. долларов[Пятое по стоимости в мире — после Coca-Cola, Microsoft, IBM и General Electric], и к нему все уже так привыкли, что, боюсь, далеко не все смогут по достоинству оценить новации и за «лип ахедом», диковато звучащим для российского уха, уже не пойдут с той же охотой, как за «интел инсайдом». «Пентиумы», кстати, через некоторое время тоже исчезнут — их заменят другие названия, вроде Core Solo (для одноядерных процессоров) и Core Duo (для двухъядерных). Привычка — страшная сила, и Intel Inside пополам с Pentium на многих действовало как заклинание. Но то ли доверие к этой марке из-за неудачных 90-нм Pentium 4 и Pentium D было подорвано, то ли покупатели перестали пугаться аббревиатуры AMD, то ли маркетологи, посмотрев на то, как все хорошо у Intel получается, решили сделать еще лучше… кто знает?

Впрочем, бог с ним, с логотипом: помучаемся годик и привыкнем. Гораздо интереснее, как изменяется с его появлением позиционирование брэнда. Если раньше марка Intel Inside ассоциировалась в массовом сознании с быстродействием и надежностью, то в новом брэнде упор делается на… эмоциональность. Проще говоря, маркетологи постараются, чтобы новые процессоры Intel считались модными, а продукты на их основе — культовыми, благо ассортимент продукции у Intel широкий (так и представляю себе эту картину маслом, когда зимой модно покупать процессоры Pentium D, летом — Pentium 4, а осенью и весной — Pentium M и Core Duo). Впрочем, «Пентиумов» к тому моменту может и не быть, — но маркетинговый отдел Intel наверняка изобретет что-нибудь взамен. Разумеется, я утрирую, но если честно, подобный способ продажи продукции меня слегка пугает: неужели мы до такой степени перестали думать и рассуждать? Хорошо еще, что волна «iPod-мании», которую Intel называет отличным примером создания и раскрутки «эмоционального брэнда», до России пока не докатилась.

Но хватит о современных методах рекламы. Желающие могут заглянуть на преобразившийся www.intel.com, еще недавно столь похожий на www.amd.com. Пора переходить от способов продажи процессоров к заложенным в их основу технологиям.

После отмены проекта Tejas, в рамках которого планировалось разработать процессор архитектуры NetBurst с баснословно длинным 51-стадийным конвейером, перехватившим бы у сегодняшних Pentium 4 эстафету «гонки частот» на рубеже 5—6 ГГц, весь мир замер в ожидании — что же будет анонсировано взамен? Полный цикл разработки принципиально новой процессорной архитектуры занимает до пяти-шести лет, а этого времени у Intel уже не было. Так что единственным подходящим кандидатом, годившимся на роль «основы» для будущего CPU, могла послужить только «предыдущая» архитектура, известная как P6, впервые представленная еще в древних Pentium Pro и в доработанном виде использовавшаяся в мобильных Pentium M. Правда, невзирая на высокую производительность P6 на единицу тактовой частоты и довольно скромное энергопотребление, на роль спасителя Intel эта архитектура в ее изначальном мобильном варианте не годилась[Не просто же так вместо нее NetBurst внедряли], хотя бы из-за относительно низкой FP-производительности (вычислений с плавающей точкой). Ходили также слухи, что Intel не устраивала перспектива отказа от раскрученной технологии Hyper-Threading (которой в P6 не было и быть не могло)[Де-факто же получилось, что от Hyper-Threading в Intel потихоньку отказались в пользу многоядерности: новые Pentium D 8xx и 9xx, за редкими исключениями, эту технологию уже не поддерживают]. Словом, P6 и Pentium M требовалось как-то «доработать», создав если не принципиально новую архитектуру, то хотя бы заимствующую наиболее удачные разработки Pentium M и лишенную ее основных недостатков. И, как ни странно, подобная архитектура (под кодовым названием Merom) в недрах R&D-отдела нашлась — ею на тот момент занималось «второстепенное» исследовательское подразделение Intel в Израиле.

Все-таки глобализация — великое изобретение человечества. Все основные достижения Intel («тонкие» техпроцессы, процессорные архитектуры от i8086 до i486, Pentium, P6, и NetBurst) до сих пор были сделаны американцами, но оказалось, что израильские разработчики умеют делать процессоры ничуть не хуже своих заокеанских коллег, а во многих отношениях — и гораздо лучше. Срочно переориентированный из сугубо мобильной ниши в «общезначимую», Merom получил еще две инкарнации — «настольный» Conroe[Строго говоря, ядром Conroe будет наделен только двухъядерный процессор с 4 Мбайт кэш-памяти L2. Тот же двухъядерник с урезанной до 2 Мбайт кэш-памятью будет основан на ядре Allendale; построенный на той же архитектуре одноядерник с 1 Мбайт кэш-памяти — на ядре Milville, но, дабы не запутать читателя десятками кодовых имен, для всей этой троицы, а заодно и для ядер Merom и Woodcrest я буду использовать «собирательное» обозначение Conroe] и серверный Woodcrest. Все они будут многоядерными, с одной и той же архитектурой и на первых порах будут изготавливаться по 65-нм техпроцессу.

Обычно Intel трудно обвинить в разговорчивости: техническая информация, касающаяся ее будущей продукции, подается микроскопическими дозами. Однако Merom-Conroe-Woodcrest (или, для краткости, просто Conroe) сейчас так нужен Intel, что порой кажется, будто эти процессоры начнут продаваться уже завтра — столь детально определены их спецификации. Основных изменений в архитектуре P6 по сравнению с Pentium M будет три:

Во-первых, будет сильно переделан главный конвейер. Сохранив некоторые черты конвейера P6 (в частности, Reservation Station), Conroe сможет выполнять не две, а четыре инструкции за такт, причем, в отличие от Pentium 4 (также способного выполнять до четырех инструкций за такт), — в «устоявшемся» режиме и для большего числа x86-инструкций.

Во-вторых, обещают улучшить одно из узких мест P6 — относительно слабый (по сравнению с Pentium 4 и AMD Athlon) блок вычислений с плавающей точкой. К сожалению, информации на сей счет пока маловато, что косвенно свидетельствует о том, что революции здесь не случится.

В-третьих, многоядерные процессоры будут основываться на технологии, общей для всех ядер кэш-памяти второго уровня. Собственно, эта новинка уже «отрабатывается» на новых мобильных процессорах Yonah (Core Duo/Core Solo), но об этом мы подробнее поговорим в другой статье номера, посвященной ноутбукам.

В-четвертых, в ядро введут технологию виртуализации Intel VT, поддержку EM64T и наверняка что-то еще из грядущей LaGrande.

Каждое из трех первых новшеств, взятое по отдельности, способно обеспечить небольшой, но уверенный прирост производительности на мегагерц хотя бы 10—15%; взятые же вместе и дополненные четвертым пунктом, они потенциально могут стать тем самым Vergeltungswaffen["Оружие возмездия" (нем.)], которое нужно Intel для отвоевывания утерянных позиций. Тем более что по многочисленным «утечкам» информации известны и тактовые частоты грядущих семейств. Для Conroe обещают двухъядерные процессоры, работающие на частоте 1,86 ГГц (E6300, $209) и 2,13 ГГц (E6400, $240), с кэш-памятью 2 Мбайт и на частоте 2,40 ГГц (E6600, $316) и 2,67 ГГц (E6700, $530) с кэш-памятью 4 Мбайт. Все они будут использовать быструю 1066-МГц шину QPB, которая сегодня встречается только в самых дорогих процессорах Pentium Extreme Edition. Наверняка будут и «промежуточные» модели, а также удешевленные модификации с меньшим объемом кэш-памяти и меньшей частотой. Серверные Woodcrest получат частоты 1,60 ГГц (Xeon 5110, 230$), 1,86 ГГц (5120, 270$), 2,00 ГГц (5130, 330$), 2,33 ГГц (5140, 470$), 2,66 ГГц (5150, 700$) и 3,00 ГГц (5160, 850$), кэш-память L2 объемом 4 Мбайт и совершенно фантастическую шину на 1333 МГц. Кроме того, в январе ходили слухи о моделях Conroe и на частоты 2,93 и 3,2 ГГц с кэш-памятью 2 Мбайт, а также о некоем Conroe Extreme Edition с частотой 3,33 ГГц, с кэшем L2 в 4 Мбайт, хотя в их появление в третьем квартале этого года верится с трудом. Спору нет, даже «простой» Pentium M, разогнанный до 3,33 ГГц, представляет собой чрезвычайно производительное решение, и что сможет показать на этих частотах улучшенный Conroe с быстрой шиной, даже представить страшно. Но вспомним историю — поначалу (а порой и весьма длительное время) процессоры новых семейств почти всегда не обгоняли, а то и вовсе уступали своим «устаревшим», но хорошо отлаженным родственникам. Сегодня Intel хладнокровно обещает в своих кристаллах обеспечить преимущество над «процессорами конкурента» не менее 30% (а стало быть, еще большее — над своими), но к чему относится это расплывчатое обещание и будет ли оно выполнено, покажет только время.

Intel, с ее многочисленными фабриками и колоссальными доходами, всегда славилась инженерами-технологами. «Тонкие» техпроцессы, новые материалы, усовершенствованные степпинги появлялись у нее и раньше, и быстрее, чем у конкурентов, и корпорация своим преимуществом активно пользовалась. Текущий год не стал исключением — и пока в AMD осторожно заявляют о начале поставок 65-нм процессоров в начале 2007 года, Intel демонстрирует сэмплы изготовленных по 45-нм технологическому процессу модулей SRAM, продает полный спектр 65-нм процессоров и сворачивает «устаревшее» 90-нм производство.

Новый техпроцесс получил вполне привычное название — P1264 (до того использовался 90-нм P1262, а еще раньше — 130-нм P1260), привычные производственные материалы и привычное производственное оборудование — ультрафиолетовые литографические инструменты на основе 193-нм лазеров. Даже в 90-нм P1262 разнообразных технологических новшеств было больше (что уж говорить о принципиально новом P1260) — однако в P1264 удалось обойтись без особых ухищрений, ограничившись лишь небольшими улучшениями и усовершенствованными фазосдвигающими масками. Среди улучшений — переход к использованию в качестве электропроводящего материала силицида никеля (NiSi) и слегка доработанная технология «напряженного кремния», позволяющие снизить (в первом случае — за счет уменьшения электрического сопротивления, а во втором — за счет большего рабочего тока при тех же токах утечки) тепловыделение кристалла. А вот толщину изолирующего оксидного слоя в новом техпроцессе изменять, как это делалось раньше, не стали, сохранив ее на уровне 1,2 нм. Кроме того, в кристалл, ранее насчитывавший семь слоев, добавлен восьмой слой[В свое время AMD за счет этого дополнительного слоя сделала из неудачного, горячего и плохо масштабировавшегося по частоте 130-нм Throughbred-A отличный 130-нм Throughbred-B], позволяющий повысить плотность электрических контактов, скорость распространения электрических сигналов и снизить «межконтактную» емкость. Собрав эти «мелочи» вместе, технологам удалось совершить маленькое чудо: сохранив все преимущества «тонкого» технологического процесса — уменьшить токи утечки кристалла почти вчетверо! И это еще не все: рабочий ток затвора возрос на 10—15%, а электрическая емкость уменьшилась на 20%, что, по словам представителей Intel, обеспечивает почти 30—40-процентный прирост тактовых частот! Заодно всюду, где только можно, внедрили технологию «спящих транзисторов», отключающихся от питания, когда они не используются. Жестокие уроки непрерывно[В продаже успели побывать степпинги C0, D0, E0 и N0, а теперь вот и R0 подоспел…] оптимизировавшегося по тепловыделению сложнейшего ядра Prescott, очевидно, не прошли даром.

Тем не менее, заполучив в свое распоряжение прогрессивный техпроцесс, сильно изменять ядро Pentium 4 Prescott в связи с «похоронами» NetBurst разработчики не стали. Новые ядра (кодовое название CedarMill) «официально» получили кэш-память объемом 2 Мбайт, технологию виртуализации Intel Virtualization Technology (VT-x, aka Vanderpool) и сниженный с 14 до 12 минимальный множитель. Причем (сюрприз, сюрприз!) в степпингах E0 и R0 «старичка» Prescott мы все это уже видели. Даже тактовые частоты, несмотря на явный задел, поднимать не стали: для одноядерных CedarMill верхним пределом сегодня стала частота 3,6 ГГц (понижена с прежних 3,8 ГГц Prescott), а для двухъядерных Presler — 3,55 ГГц (повышена с 3,20 ГГц Smithfield). По сути, почти весь созданный новым технологическим процессом задел для повышения тактовой частоты (а если слова о 40% увеличения быстродействия транзисторов правдивы, то новые Pentium 4 могли бы постепенно достичь 5 ГГц) так и остался неиспользованным (хотя оверклокеры будут счастливы) — Intel улучшила лишь результаты откровенно провального Pentium D 3,20 ГГц. Отчасти это вызвано желанием снизить тепловыделение (в первом приближении оно пропорционально частоте), а отчасти «политическими» мотивами: все-таки NetBurst, при всех своих недостатках, была невероятно прогрессивной архитектурой, и грядущий «суперпроцессор» Conroe мог бы и не догнать «второй Northwood», неожиданно преодолевший технологические проблемы[А вот в Conroe, похоже, из 65-нм выжмут все, что только можно. И похоже, что ценой традиционно немаленького тепловыделения изначально «мобильного» чипа]. Вдобавок, похоже, что увеличенный до 4 Мбайт (2+2) кэш двухъядерников сыграл-таки негативную роль, поскольку снижения TDP для двухъядерных процессоров так и не произошло: оно по-прежнему составляет 130 Вт у старших моделей. Правда, измерения показывают, что новый 955-й Pentium Extreme Edition значительно экономичней прежнего лидера — 840-го (возможно, оценка в 130 Вт для предыдущего поколения была «слегка» оптимистична?), хотя и рассеивает тепла раза в полтора больше, чем сопоставимое по производительности решение конкурента. Так или иначе, на 10—20% тепловыделение новых процессоров снизили — и прекрасно.

Еще один немаловажный момент, связанный с новым технологическим процессом, -заметно возросшая производительность (в смысле — количественные возможности по выпуску процессоров с одной пластины) и пропорционально снизившаяся себестоимость производства. Площадь одноядерного CedarMill (с двухмегабайтным кэшем!) уменьшилась до скромнейших 81 кв. мм, мало того — новые двухъядерники, в отличие от ядра Smithfield, «собираются» из двух независимых ядер CedarMill в одном корпусе. В принципе, Smithfield и так был не более чем объединением двух ядер Prescott, но их приходилось делать в виде единого кристалла. Ну а теперь, похоже, нашелся удобный способ независимой упаковки двух кристаллов в один процессор. Кстати, Presler (это не отдельное ядро, а два CedarMill) станет не единственным процессором, использующий эту технологию: ближе к 2007 году похожим образом Intel собирается выпускать четырехъядерные процессоры, упаковывая по два двухъядерных кристалла. «Двойная упаковка» очень технологична (не нужно одновременно производить два типа кристаллов, меньше влияние возникающих дефектов, больше выход с одной пластины) и, в принципе, позволяет Intel легко перевести в 2006 году большую часть своих процессоров на использование двух ядер. Или, как вариант, сильно снизить цены на свою продукцию, и без того продающуюся недорого. «Продержаться» до выхода Conroe тоже как-то необходимо, а AMD, несмотря на сократившийся разрыв в производительности двухъядерных процессоров, пальму первенства по быстродействию и тепловыделению уступать в ближайшие полгода явно не намерена.