Будущее процессоров уже наступило?

Несмотря на пандемию, нехватку чипов и другие проблемы индустрии, технологии продолжают развиваться, а IBM только что разработала первый в мире 2-нанометровый процессор, AMD работает над 5-нанометровым техпроцессом, а Intel продолжает полагаться на 10 нанометров.

Но, как указывает Anandtech, ситуация обстоит немного сложнее, чем звучит в прессе, так как технология 3D FinFET требует более детального рассмотрения. Правильно было бы сказать, что она эквивалентна тому 2-нанометровому техпроцессу, но не является им. По сути, это значит, что IBM смогла создать действительно маленькие транзисторы, увеличив их плотность, что сулит повышение производительности и эффективности.

И, по всей видимости, повышение эффективности составит 75%, хотя мы сомневаемся, что готовы продукты достигнут этого показателя. И дело всё в том, что фактический размер производственного процесса – это лишь часть истории.

(Изображение предоставлено: Shutterstock)

ТАКТОВАЯ ЧАСТОТА ПОЧТИ НЕ МЕНЯЕТСЯ

Если вы рассмотрите процессоры последнего десятилетия, в течении которого мы ушли от 32-нанометрового Intel Sandy Bridge с такими процессорами, как Intel Core i5-2500K, к 7-нанометровому техпроцессу с легендарным AMD Ryzen 5900X, тактовые частоты практически не выросли. Например, Intel Core i7-2700K работал с Boost-частотами 3,9 ГГц, и только сейчас мы видим Boost-частоты от Синей Команды в 5,1 ГГц. То есть за 10 лет тактовая частота выросла менее чем на треть.

Это потому, что производитель может увеличить частоты лишь на определенную величину, желая сохранить энергопотребление и температуру на приемлемом уровне. Intel и AMD могли бы перейти на 2-нанометровый техпроцесс, но это решение, скорее всего, практически не изменит тактовые частоты. Что в действительности потребители получают с уменьшением производственного процесса, так это увеличение плотности транзисторов.

По сути, транзисторы – это именно то, что создает всё на кристалле ЦП, из обычно миллиарды на одном процессоре. Одна из самых важных вещей, случившихся в последние несколько лет благодаря огромному прогрессу плотности транзисторов – рост числа параллельных вычислений и многоядерных процессоров.

(Изображение предоставлено: AMD)

НУЖНО БОЛЬШЕ ЯДЕР!

Переход AMD на 7-нанометровый техпроцесс позволили компании выпускать некоторые из самых «плотных» потребительских процессоров, среди которых 16-ядерные AMD Ryzen 9 3950X и 5950X способны работать в 32 потока, и это достижение в основном продиктовано сокращением производственного техпроцесса. Оба процессора имеют схожие тактовые частоты, до 4,7 ГГц и 4,8 ГГц.

Однако повышение плотности транзисторов означает, что AMD может заполнить каждое ядро большим количеством транзисторов, что повышает энергетическую эффективность и производительность IPC (количество инструкций в такт), то есть процессор может делать больше на частоте 4,8 ГГц, чем старший процессор на той же частоте.

Есть ещё одно решение, которое повышает производительность процессоров – спекулятивное исполнение, которое полагается на алгоритм для прогнозирования того, какие инструкции получит ЦП, чтобы тот получил фору, даже если эта технология привела к некоторым серьезным проблемам безопасности в последнюю пару лет. Это пример параллельных вычислений, а также одно из главных преимуществ маленького производственного процесса.

Если и когда 2-нанометровые процессоры отправятся на рынок, они предложат не только лучшую производительность IPC, но и больше ядер, то есть ещё больше инструкций можно будет выполнять параллельно – что, по сути, позволит им работать гораздо быстрее. А ещё для этого потребуется гораздо меньше энергии.

Только представьте себе мир, в котором вы сможете использовать, например, AMD Ryzen 9 10950X с 32 ядрами и 64 потоками на обычной материнской плате. Определенно, на данный момент такая идея выходит даже за сферу слухов, мы просто мечтаем, но идея забавная.

(Изображение предоставлено: Future)

НЕ ЖДИТЕ 2-НМ ПРОЦЕССОРЫ СКОРО

И пока это невероятно круто, что IBM удалось произвести 2-нанометровый процессор, вероятно, пройдет немало времени, прежде чем AMD, Intel, Nvidia и Apple создадут 2-нанометровый процессор для потребительского рынка.

AMD всё ещё работает над собственной 5-нанометровой архитектурой Zen 4, и последние слухи о ней обещают новинку в конце 2022 года. Мы ещё даже не слышали о том, чтобы AMD работала в направлении 2-нм.

В данный момент самый маленький производственный процесс, используемый в процессорах, ориентированных на потребителя – это 5-нанометровый техпроцесс, уступающий процессору Apple M1. Как результат, даже самый маленький производственный процесс в компьютерах, которые вы действительно можете купить, значительно отстает от нового чипа IBM.

Вы можете рассмотреть 7-нанометровые процессоры, если хотите получить представление о временной шкале, которую мы здесь обсуждаем. Так совпало, что IBM была первой компанией, выпустившей рабочий 7-нанометровый чип, а произошло это в январе 2015 года. Только в июле 2019 года AMD выпустила 7-нанометровый техпроцесс на массовый рынок.

Вероятно, вы не сможете купить процессор, изготовленный по 2-нанометровому техпроцессу, по крайней мере, до 2025 года. И пока такое длительное ожидание может разочаровать, процессоры, которые сегодня доступны на рынке, более чем хороши для нынешних рабочих нагрузок.

И пока в ближайшее время не приходится ждать 2-нанометровые процессоры в лучших игровых ПК или ноутбуках, мы всё же можем развлечься, представляя, что это станет возможным. И если IBM уже выпустила такой процессор, это лишь вопрос времени, когда достижение повторят остальные.