Безымянный.png

Процессоры стали неотъемлемой частью нашей жизни, ибо они находятся во всей окружающей нас электронике — от стиральных машин и умных часов до смартфонов, компьютеров и даже самолетов. И, разумеется, их развитие достаточно серьезно влияет на нашу жизнь: ведь еще лет 10-15 назад никто и мечтать не мог, что маленькая коробочка, именуемая смартфоном, будет способна воспроизводить 4К видео и работать в шлемах виртуальной реальности, а ноутбуки будут не гробами весом под 5 килограмм с автономностью в пару часов, а тонкими устройствами с весом зачастую меньше пары кило и автономностью ближе к десяти часам. Так что давайте подумаем (и помечтаем), что же случится с десктопными процессорами спустя пять лет.

Частота процессора — прогресса не будет

Картинки по запросу Core i9-9900k

Если мы посмотрим на максимальные частоты процессоров в разгоне без дополнительных ухищрений типа жидкого азота за последние лет 15, то хорошо видно, что Pentium 4 первыми «пробили» планку в 3 ГГц и остановились где-то на 3.3-3.5 ГГц. Последующие за ними Core Duo и Quad были уже двух- и четырехъядерными, и тут частоты пришлось снизить, дабы они не перегревались, и вплоть до 2008 года их снова смогли довести до уровня в 3-3.5 ГГц. Вышедшие в 2008-2009 годах Core i7 смогли поднять эту планку почти до 4 ГГц, а Core i7 второго поколения в 2011 году почти «взяли» магические 5 ГГц. И с тех пор особого прогресса нет — при переходе на новый техпроцесс частоты несколько падали, после его доработки — снова росли, и сейчас 8-ое и 9-ое поколение процессоров Intel имеет максимальные частоты на уровне 5-5.2 ГГц только из-за того, что Intel «выжимает все соки» из 14 нм техпроцесса уже на протяжении 4ех (!) поколений. Однако новое поколение процессоров будет на 10 нм техпроцессе, и с учетом того, что у Intel с ним все плохо — скорее всего частоты снова придется снизить, и в лучшем случае через поколение мы снова увидим 5 ГГц в разгоне. А дальше — переход на 7 нм и снова снижение частоты, и т.д.

Так же в одной из предыдущих статей я дал ответ на вопрос, почему частоты процессоров не растут выше нескольких гигагерц, так что можно предположить, что скорее всего максимальные частоты останутся в районе 5-5.5 ГГц. Что касается AMD, то они, прибавляя где-то по 200-300 МГц частоты в год, как раз лет через 5 дойдут до этой же планки в 5-5.5 ГГц.

Количество ядер — увеличение будет, но не скоро

Картинки по запросу amd epyc inside

Снова обратимся к истории. 2005 год — выходят первые десктопные двухядерные процессоры, Athlon X2 и Pentium D. 2007 — первый четырехъядерный, Core 2 Quad. 2010 — первый шестиядерный, Phenom II X6. И лишь в 2017 — первый восьмиядерный, Ryzen 7. Получается, что между 2 и 4-ядерными CPU прошло 2 года, между 4 и 6-ядерными уже 3 года, а между 6 и 8-ядерными — целых 7 лет, то есть явно видно замедление роста числа ядер.

Почему? Во-первых, пользовательский софт зачастую не очень хорошо распараллеливается на большое число ядер, то есть больше важна производительность на ядро. Во-вторых, это все же не сервера и не Hi-End PC, поэтому тепловыделение CPU не должно превышать где-то 100-120 Вт, а с учетом того, что уменьшать техпроцесс становится все труднее, аналогичным образом становится все труднее «впихивать» большее число ядер в тот же теплопакет без особого уменьшения частоты.

Последнее очень хорошо видно и на примере AMD, и на примере Intel: первые с выпуском Ryzen 2700X вынуждены были поднять теплопакет с 95 (у Ryzen 1800X) до 105 Вт, чтобы всего лишь повысить частоту на 300 МГц (менее 10%), и это с учетом перехода на более тонкий техпроцесс в 12 нм (14 у Ryzen первого поколения). Intel же вообще пошли в откровенный «мухлеж», сказав, что даже топовый 8-ядерный Core i9-9900K будет иметь TDP в 95 Вт — да-да, как и 6-ядерный Core i7-8700K на той же архитектуре и с меньшей частотой. Как так? Спасибо припою под крышкой — он гораздо эффективнее термопасты, которая использовалась ранее, поэтому при одинаковой частоте новый 8-ядерный CPU будет греться так же, как и старый 6-ядерный, но при этом разумеется будет выделять больше тепла — но кому это важно, если температуры не изменились, верно?

Поэтому, как видите, ждать серьезного увеличения числа ядер даже спустя 5 лет — не стоит. Конечно, AMD может взять свои модули CCX, которые сейчас имеют по 4 ядра (и все Ryzen без дискретной графики имеют по 2 таких модуля), и увеличить число ядер в них, допустим, до 6 — однако, как я писал выше, даже банальное увеличение частоты менее чем на 10% уже повлекло за собой увеличение теплопакета больше чем на 10%, а тут его увеличивать придется раза в полтора — ведь частоты «красные» снижать не могут, они и так в этом от «синих» отстают. C переходом на 7 нм в следующем году цель AMD — приблизиться к Intel по однопоточной производительности и еще нарастить частоты, так что увеличить число ядер не получится. Скорее всего на 7 нм придется посидеть пару лет, ибо с 5 нм все плохо. Поэтому в лучшем случае переход на 5 нм случится через 4-5 лет, и лишь тогда, возможно, получится нарастить число ядер в CCX без существенного уменьшения частоты.

Что касается Intel, то они все же придерживаются монолитных кристаллов, где все ядра находятся в одном кристалле — это, с одной стороны, серьезно уменьшает задержки между ними, что положительно сказывается на производительности, с другой стороны — цена таких кристаллов оказывается крайне высока: так, новый 8-ядерный Core i9 едва ли не покорил планку в 500 долларов, когда 8-ядерный Ryzen 7 2700X можно найти и за 350. А вот 10-ядерные процессоры Intel для высокопроизводительных устройств (HEDT) стоят уже от 900 долларов, то есть почти вдвое дороже 8-ядерных — разумеется, выпускать процессор с такой ценой в пользовательском сегменте смысла нет, нужно оптимизировать производство, дабы снизить цену вдвое — а это процесс небыстрый.

Так что в итоге — да, рост числа ядер разумеется будет, и поддержку софта «подтянут», но будет это очень не скоро — скорее всего, лет через 5, и ждать такого рывка, как сделала AMD с Ryzen, нарастив число ядер сразу вдвое, точно не стоит — скорее всего их число увеличится процентов на 20-25%.

Кэш — ждем массовое использование L4
Безымянный.png
Снова обратимся к истории. Intel 80486, вышедший в 1989 году, имел кэш L1, непосредственно встроенный в процессор, и кэш L2 на материнской плате. В будущем и L2 поместили в процессор, но третий уровень кэша появился только в 2008 году в Phenom II. С L4 особо тянуть не стали — впервые он появился в 2014 году в процессорах Intel Core 5-ого поколения (Broadwell), однако уже в 6-ом его из десктопных CPU убрали, оставив только в мобильных решениях с интегрированной графикой Iris.

Почему? Все просто — по факту в 4-ядерных монолитных решениях несколько мегабайт кэша третьего уровня вполне хватало для вычислений — так, L4 в Broadwell ускорил вычисления лишь в единичных случаях, и в основном он был нужен для мощной интегрированной графики, дабы сгладить последствия использования ею медленной ОЗУ. Однако теперь на рынке есть уже 8-ядерные решения, причем половина из них уже не монолитные, а сама ОЗУ стала иметь задержки выше (16-18 тактов процессора у DDR4 против 9-11 у DDR3), так что сейчас L4 может уже более серьезно увеличить производительность процессора.

Интегрированная графика — качественный скачок, рост производительности в разы



Про производительность интегрированной графики от Intel еще лет 10 назад слагали легенды, увы — нехорошие: артефакты даже в самых простых играх, отсутствие поддержки Aero, тормоза даже при воспроизведении 480р видео. С тех пор компания исправилась — современная Intel HD Graphics является хорошей заменой видеокартам-затычкам за пару тысяч рублей: она на ура отрисовывает графический интерфейс системы, способна воспроизводить даже 8К видео и помочь скоротать вечера в Dota 2. 

У AMD же традиционно таких проблем не было, ибо ее интегрированная графика отличалась от десктопной лишь количеством вычислительных блоков и частотой, и по сути «красные» поставили для нее простую планку — иметь возможность тянуть все современные игры, пусть и с минимальными настройками графики при минимальных разрешениях.

Разумеется, Intel пыталась догнать AMD — так, начиная с 4-ого поколения процессоров Core i (Haswell) она выпускает процессоры с графикой Iris, которая отличается от HD Graphics увеличенным в 2 раза числом вычислительных блоков. Однако достаточно быстро стало ясно, что простым «Ctrl+C — Ctrl+V» производительность сильно не нарастить: так, по тестам Iris оказывалась быстрее HDG от силы на 30-40%, а не вдвое. И это с учетом того, что начиная с 5-ого поколения процессоров решения с Iris имели 64-128 МБ кэша L4.

Конечно, Intel это не устраивает, и они решили к 2020 году выйти на рынок дестопных видеокарт впервые с 90-ых — и, разумеется, это же заденет и интегрированные решения: так, по утечкам, мобильные процессоры нового поколения на 10 нм техпроцессе будут иметь HDG (не Iris) с 64 вычислительными блоками, когда сейчас — 24, плюс новую архитектуру, так что можно ждать прироста производительность около 2 раз — а это уже выведет HDG на уровень Vega 3 — младшей интегрированной графики в процессоры Ryzen. Что касается Iris — скорее всего, она тоже нарастит число ядер в разы, что сделает ее конкурентом уже Vega 8 — то есть, Intel должна догнать AMD по интегрированной графике.

Что же в итоге — какие (возможно) будут топовые десктопные процессоры через 5 лет? Они будут иметь 10-12 ядер с частотой в 5-5.5 ГГц, кэш L4 и мощную интегрированную графику, способную справиться с современными на тот момент играми. А насколько это верно — будущее покажет.