О прогрессе в микропроцессорной технике
И вот на дворе 2019 год. Нашу планету во всю бороздят самолёты с композитным крылом и фюзеляжем, на орбите тысячи спутников, более половины населения планеты имеют доступ к сети Интернет. Но самый заметный рывок в технологиях за последние 50 лет совершила полупроводниковая электроника - от огромных комнат и даже зданий, которые в условной производительности уступили бы даже дешёвым нынешним сотовым телефонам, до микропроцессоров размером со спичечный коробок, содержащих миллиарды транзисторов. Но как идёт прогресс в области микропроцессорной техники в последнее время? В самое последнее - 5-10 лет. Кто-нибудь из вас задавался этим вопросом?
1999 год. Компания Intel начинает выпуск процессора Pentium III на ядре Katmai с частотой 450 мегагерц. Полупроводниковый кристалл изготавливался с техпроцессом 250 нанометров (сейчас практически всё выпускается по нормам 14 нанометров) и содержал 9,5 млн транзисторов. У конкурирующей AMD в том же году появляются "атлоны" на архитектуре К7 с частотой от 500 мегагерц, которые, кстати, превосходили интеловские "пентиумы" по производительности. Да-да, AMD когда-то была впереди, причём это продолжалось вплоть до появления у Intel микроархитектуры Core в 2006 году, но это уже другая история. Теперь давайте перенесёмся на 10 лет вперёд и посмотрим, что было тогда.
Летом 2009 в продажу поступает Core i7 975Extreme Edition на сокете LGA 1366. Процессор имел 4 ядра, 8 потоков и частоту 3,33 гигагерца. Структура процессора была основана на самой совершенной на то время архитектуре Nehalem, а полупроводниковый кристалл изготавливался по нормам 45 нанометров и имел 731 миллион транзисторов. Компания AMD в то время переживала не лучшие свои времена, и её процессоры практически во всём, за исключением цены, уступали продукции конкурента. Теперь давайте сравним i7 975 с Pentium III. Конечно, сравнения по части производительности получатся весьма условными в силу разной производительности памяти, отсутствия многих инструкций у старого процессора и многого другого, но тем не менее. Сначала о кристалле. Техпроцесс "уменьшился" с 250 нанометров до 45, то есть в пять с половиной раз. Количество транзисторов возросло в 80 раз! Частоты увеличились в 7 с лишним раз. Производительность в различных типах вычислений выросла в большинстве случаев во много сотен раз, в худшем случае - в несколько десятков. Всё это очень условно, конечно, но представление о том, какой прогресс был за десятилетие, это даёт. А теперь ещё на десяток лет вперёд - уже в наше время.
Итак, май 2019 года. Что мы имеем? Во-первых, в эпоху серьёзной конкуренции вернулась AMD. Во-вторых, ситуация с платформами (сокетами) уже не такая однозначная, как раньше, и существует как определённо массовый сегмент (сокеты 1151 от Intel и AM4 от AMD), так и так называемый квази-серверный (LGA 2011, LGA 2066 от Intel и TR4 от AMD), и из какого сегмента лучше рассмотреть процессоры для сравнения, не совсем ясно. Но сразу можно отметить, что даже процессоры с очень большим по нынешним меркам количеством ядер (18-20 и более) не отличаются принципиально в производительности, так как частоты их ниже из-за сильного энергопотребления и о разнице в разы и, тем более, в десятки раз в сравнении с дорогими процессорами из массового сегмента у них нет. Поэтому для сравнения с самым мощным процессором десятилетней давности возьмём самый мощный "мейнстримовый" процессор для сокета 1151v2 - Core i9 9900k от компании Intel. Производится он по нормам 14 нанометров, имеет в своём распоряжении 8 ядер, 16 потоков и частоты от 3,6 до 5 гигагерц в зависимости от нагрузки. Основой является практически не изменённая архитектура Skylake, представленная компанией в 2015 году. Каждое ядро процессора состоит приблизительно из 350 миллионов транзисторов, значит, всего 9900k имеет "на борту" порядка 2,8 млрд транзисторов. Да, это много! Но давайте сравним с Core i7 975. Техпроцесс изменился с 45 до 14 нанометров - всего в три раза! Да, летом должны поступить в продажу 7-нанометровые процессоры AMD, но они пока не вышли, да и эффективность заявленного нового техпроцесса может оказаться не намного лучше уже отлаженного 14-нанометрового. Количество транзисторов увеличилось менее чем в пять раз, конечно, существуют модели с большим количеством ядер, но даже там нет такой разницы, как между i7 975 и старыми "пентиумами". Ну и самое главное - производительность. Конечно, она значительно выше. Архитектура Skylake превосходит старый добрый Nehalem, а процессор имеет в два раза больше ядер и большие частоты. Но, в лучшем случае, речь идёт о разнице в несколько раз, о десятках и сотнях, как в сравнении i7 975 и Pentium III не может быть и речи. Вы не найдёте ни одного теста, ни одного показателя, по которому i9 9900k превосходит i7 975 в десять раз. А ведь прошли те же 10 лет! Вот бы нам сейчас процессоры, "уделывающие" i7 975 в сотню раз, но их нет. Да, прогресс замедлился - частоты держатся на уровне 3-4 гигагерц, как и десять лет назад. Архитектура улучшается по чайной ложке с каждым новым поколением. Что будет с полупроводниковой индустрией? Время покажет. А о компьютерах и всём с ними связанном я буду писать с следующих статьях.
