Обзоры
Микропроцессоры, которые нам нужны
0

Микропроцессоры, которые нам нужны

Уж так мы устроены, что не любим задумываться о вещах очевидных. Точнее, не столько очевидных, сколько постоянно находящихся в поле нашего зрения. Например о том, что мы живем во время "ну очень больших перемен", в первую очередь в глобальной модели технологического общества. Самое краткое, но отражающее суть этих перемен название — eEconomy, переводить которое на русский язык автор не берется.

Энергетика "киберпространства"

В качестве хорошего примера вышесказанного давайте попробуем взглянуть с несколько неожиданной стороны на то, что с легкой руки Гибсона получило модное название cyberspace. А именно — сколько… электроэнергии безвозвратно уходит в "кибернетическую пучину".

Увы, готового ответа в Сети найти не удалось, даже на сайтах организаций, непосредственно заинтересованных в оценках такого рода показателей (в частности, на сайте www.energystar.gov Министерства энергетики США). Поэтому попытаемся найти хотя бы оценочную цифру — согласитесь, что она представляет некоторый интерес.

Задача перед нами стоит не из простых, поэтому сразу ее ограничим: нас будет интересовать только самая многочисленная часть "кибернаселения", а именно — IBM PC-совместимые компьютеры. По ряду оценок, к концу 90-х годов во всем мире их было, ни много ни мало, более 500 млн. При этом прогнозируемые уважаемой в мире компьютинга корпорацией IDC объемы продаж новых ПК впечатляют: к концу 2000 г. они достигнут 140 млн. штук, в 2001 г. эта цифра увеличится на 10 млн., а в 2002 г. будет продано еще больше — 170 млн. Предположим, что часть новых компьютеров закупается для полной замены отслуживших свое старых, и так как на лавры серьезных исследователей мы не претендуем (но и надевать "розовые очки" не хотим), оценим количество "уходящих на свалку" компьютеров заранее завышенной цифрой. Скажем, — 20% от имеющихся во всем мире.

В результате элементарных расчетов получаем "веселые картинки" роста "всемирного парка ПК" — от 500 млн. в 1999 г. до 642 млн. в 2002 г. Фактически каждый современный ПК соответствует требованиям энергосбережения "Energy Star", но все равно потребляет в год при типовой умеренной эксплуатации минимум 350 кВт·ч (согласно результатам исследований канадских энергетиков).

Соответственно, все "ПК-совместимое киберпространство" на свое функционирование в течение года требует (и, естественно, получает) 170—220 млрд. кВт·ч. Вот мы и достигли "заветной цифры", осталось ответить на два самых интересных вопроса.

Во-первых, много это или мало? Хотя — у каждого свои критерии. Поэтому ограничимся некоторыми сведениями. Все атомные электростанции США в 1999 г. обеспечили потребителей 728 млрд. кВт·ч электроэнергии; 200 млрд. кВт·ч, выработанных на тепловых электростанциях, сопровождаются выбросом в атмосферу приблизительно 1,5 млн. т двуокиси серы, 0,5 млн. т окиси азота и 50 млн. т углерода.

Во-вторых, зачем такие расходы? Ну, здесь вообще находится "запретная зона" личных пристрастий и взглядов. Но все же, приблизительно треть всей энергии уходит на "подпитку" домашних компьютеров, две трети "съедаются бизнесом". Дальше, как говорится, "думайте сами, решайте сами"…


"Долой паровозы!"

Время паровозов прошло, но им на смену пришли… "другие паровозы" — процессоры, потребляющие чуть ли не сотни ватт и использующиеся для "созидания" растущего со скоростью снежной лавины вороха бумаг. И не важно, какое мудреное название получит весь этот процесс "безбумажного производства бумаги" (да хоть и "eEconomy"), — умерить "вычислительные" аппетиты все равно придется. Но очень уж не хочется, чтобы умеренность перешла в аскетизм…

Итак, грозит ли нам "вычислительный аскетизм" или же электронная промышленность найдет способы существенно снизить энергопотребление компьютеров (и не только — микропроцессоры давно стали неотъемлемой частью почти всех бытовых и промышленных устройств) без существенного снижения производительности?

Начнем, пожалуй, с абсолютных рекордсменов — "малышей", без которых уже никак нельзя обойтись. Это обширнейший класс встраиваемых (embedded) процессоров и контроллеров (чипов, интегрирующих центральный процессор, оперативную и долговременную энергонезависимую память, различные периферийные устройства). Несмотря на невысокую разрядность CPU (обычно 8 или 16 бит), в мире "малышей" тоже есть свои рекорды по соотношению потребляемой мощности и быстродействия. И, что характерно, производители этих "чемпионов" достаточно далеки от "паровозного мира ПК". А жаль! Многие разработки знаменитой Texas Instruments (TI) и практически неизвестной швейцарской Xemics пригодились бы и в современных десктопах и ноутбуках.

Микроконтроллеры MSP430 производства TI при очень неплохих показателях (16-разрядный CPU RISC-архитектуры с достаточными для многих embedded-приложений быстродействием и объемом встроенной flash-памяти) потребляют всего… 1 мВт (тактовая частота — 1 MHz). Казалось бы, смешная цифра — 1 MHz, но это почти 1 млн. 16-битовых операций в секунду! Еще недавно о таких "больших" компьютерах можно было только мечтать. И вот, когда экономным конструкторам встраиваемых устройств производительность MSP430 кажется "избыточной", а потребление энергии недопустимо высоким, на помощь приходят чипы от Xemics.

Эти контроллеры вообще уникальны и потребляют всего… 200 мкВт при той же тактовой частоте 1 MHz. Если вы думаете, что речь идет об игрушках, то глубоко заблуждаетесь: чипы Xemics "вооружены до зубов" — даже аппаратным умножителем чисел разрядностью 8 бит. А уж показатели производительности их заслуживают отдельного обсуждения — ведь Xemics являются единственными "настолько чистыми" RISC-процессорами, что при тактовой частоте N MHz они "честно" выдают N MIPS. Потому что при разрядности данных 8 бит разрядность слова команды этих чипов составляет… 22 бита. Такое соотношение позволяет в одно командное слово "упаковать" или непосредственные данные (литералы), или адрес (для команд перехода и вызова подпрограмм) и реализовать выполнение всех команд за один такт. Восемь килослов памяти команд, оперативная память емкостью 512 байт, встроенный 16-битовый АЦП (аналого-цифровой преобразователь), аппаратный однотактный умножитель — все это даже при производительности "один честный MIPS" можно очень неплохо использовать где угодно.

А как быть, если "мощности малышей" не хватает? Здесь на помощь приходят лидеры рынка встраиваемых процессоров — ARM. Буквально несколько дней назад анонсированное компанией LSI Logic новое, пригодное к синтезу с помощью 0,18-микронной технологии описание ядра процессора ARM966E-S позволяет добиться невиданной в мире ARM тактовой частоты — 200 MHz при характерном для всех CPU этого семейства очень малом энергопотреблении (десятки и сотни милливатт). "Старший брат" ARM — процессор StrongARM — уже приближается к 1 GHz тактовой частоты при потреблении нескольких ватт и очень высокой производительности.

В мире MIPS, представители которого всегда славились очень хорошими вычислительными способностями, новые 64-битовые чипы при потреблении 1—3 Вт обеспечивают производительность на уровне 80—100 MFLOPS и 350—400 MIPS, что соответствует требованиям весьма взыскательных приложений и пользователей. Но для тех, кому и возможностей MIPS мало, Motorola приготовила настоящий подарок — "встраиваемую" версию мощных PowerPC G4, отличающуюся от своих "настольных" собратьев только низкой ценой (в пределах $90—150) и потребляемой мощностью — 6 Вт.

В завершение этого краткого и не претендующего на полноту обзора автор оставляет читателям последний, заслуживающий серьезного обдумывания, вопрос. Низкопотребляющие процессоры производятся, стоят недорого (обычно дешевле представителей "младшего класса" семейства x86), обладают высокими техническими характеристиками (более чем достаточными для решения практически любых вычислительных задач), они уже давно 64-разрядные, для них существуют операционные системы, инструментальное ПО и даже прикладные программы… Так почему мы упорно продолжаем говорить о грядущем энергетическом кризисе в перерывах между "вычислительным обогревом" помещений с помощью "стоваттных монстров"?


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: