Когда разговор заходит о процессорах, мы в основном вспоминаем про Intel. В последние годы AMD также стала популярной, да и создатели ARM-чипов не отстают. Однако остальные производители со своими диковинными архитектурами обычно находятся в тени для обычного пользователя, и о них мы и поговорим в этой статье.
Поднебесная является «вкусным» рынком для многих производителей компьютерной техники, однако местные законы достаточно суровы к заокеанским гаджетам, поэтому многие компании открывают местное производство. AMD так и сделала в 2016 году, скооперировавшись с китайской компанией Hygon, дабы производить процессоры для местных дата-центров.
В итоге родились весьма необычные процессоры Hygon Dhyana. По сути они являются копиями AMD Ryzen и EPIC первого поколения на 14 нм архитектуре Zen, однако отличий все же хватает. Во-первых, внутрь добавлен китайский криптографический движок для защиты информации. Во-вторых, добавлены некоторые собственные инструкции и убраны некоторые сторонние (так, не поддерживается шифрование AES).
Что касается конкретных CPU, то на китайском рынке есть много моделей: топовым является серверный Dhyana Plus с 32 ядрами и частотой до 3.6 ГГц. А самой простой моделью можно назвать Hygon 3120 — у него всего 4 ядра с частотой в 1.8 ГГц и теплопакет в 40 Вт. Что интересно, в теории такие CPU используют типичные для AMD сокеты TR4 и AM4, однако на практике «десктопные» версии обычно припаиваются на плату, а серверные требуют собственных плат.
А что насчет производительности? В задачах с целочисленными вычислениями такие клоны выступают на уровне решений AMD, а вот производительность в задачах с плавающей запятой ощутимо ниже — и это ожидаемо, «красная» компания явно не горела желанием полностью отдавать архитектуру Zen китайцам. В итоге в многих криптографических тестах производительность просто удручающая, на пару порядков ниже, чем у обычных процессоров AMD. Но, с другой стороны, в тестах рендеринга пара 32-ядерных Hygon Plus показали вполне терпимые результаты на уровне 32-ядерного AMD Threadripper:
При этом, что интересно, наработки по новым архитектурам Zen 2 и Zen 3 компания AMD китайцам не отдала вообще, поэтому теперь процессоры Hygon будут развиваться самостоятельно — для этого было нанято порядка 500 инженеров и планируется переход на 7 нм техпроцесс. И это вполне ожидаемо, так как крупный китайский оператор China Telecom заинтересовался этими CPU.
POWER9 — да, IBM жива и продолжает делать процессоры
Расцвет архитектуры Power для пользовательских ПК пришелся на начало нулевых — именно тогда активно продавались так называемые Power Mac. Однако, как мы знаем, на конференции WWDC 2005 года Стив Джобс объявил, что компания Apple переходит на процессоры Intel, которые оказались и быстрее, и экономичнее.
Но даже после этого CPU IBM Power не исчезли из пользовательских устройств — не все знают, но консоль Xbox 360 работала на 3-ядерном 6-поточном PowerPC-процессоре. Так что полный уход архитектуры Power из пользовательского сегмента случился лишь в 2013-14 годах с выходом Xbox One. Однако IBM не перестала делать процессоры, она просто полностью переключилась на серверный сегмент.
Самым новым продающимся семейством процессоров IBM является POWER9, которое было анонсировано в 2016 году, а в 2017 поступило в продажу. Эти CPU базируются на 14 нм техпроцессе и интересны тем, что умеют работать с 8 потоками на одно ядро (SMT8), то есть 12-ядерное решение может обрабатывать 96 логических потоков. Для сравнения, процессоры Intel и AMD могут обрабатывать максимум 2 потока на 1 физическое ядро.
В левой руке девушки процессор POWER9, в правой — его кристалл.
Также есть версия с 24 ядрами и 96 потоками, и да, она также имеет смысл, так как виртуальные потоки могут быть гораздо менее эффективными, чем физические. Что касается частот, то они могут достигать внушительных 4 ГГц, также процессоры могут похвастаться 120 МБ кэша L3 и поддержкой PCIe 4.0 (которую Intel до сих пор реализовать в десктопах не может).
Разумеется, такие CPU используются не в домашних ПК и даже не в серверах — в основном они стоят в суперкомпьютерах, таких как Summit и Sierra (первый является самым мощным на момент 2019 года). Но, в общем и целом, на них можно запускать более-менее привычные ОС: так, ядро Linux поддерживает архитектуру POWER9 начиная с версии 4.6 от марта 2016 года.
Также в августе компания IBM анонсировала процессоры POWER10. Они могут похвастаться числом ядер от 15 до 30, есть поддержка SMT8 и базируются они на 7 нм техпроцессе. К тому же они поддерживают новейшую шину PCIe 5.0 и в задачах машинного обучения в разы быстрее решений на POWER9. Выход на рынок обещают в 2021 году.
Zhaoxin — VIA тоже жива
Возможно, олды помнят, что в нулевых компания VIA производила как процессоры (такие как C3 и C7), так и видеокарты, причем последние — вполне успешно: например, ее графический чип Savage входил в состав многих чипсетов и отлично подходил для офисных ПК из-за своей низкой цены. В итоге на пике видеокарты VIA S3 занимали аж 10% рынка. Компания даже сумела засветиться в нетбуках с процессорами Nano, которые были неплохими конкурентами для первых Atom.
Но все же выдержать конкуренцию со стороны Intel и AMD компания не смогла, и в итоге в 2013 году совместно с городской администрацией Шанхая организовала компанию Zhaoxin для производства CPU на внутренний рынок Китая. Первые решения были не особо интересными и малоизвестными в других странах, а вот KX-U6780A, попавший несколько месяцев назад в руки специалистов tom's HARDWARE, сумел удивить.
Так, сей «камень» имеет 8 ядер с частотой в 2.7 ГГц, 8 МБ кэша L2 и даже поддерживает инструкции SSE4.2 и AVX, что позволяет запускать на нем современный софт. Ах да, самое главное — он базируется на архитектуре x86, то есть на нем запускается и отлично работает Windows 10. Более того, он поддерживает обычную шину PCIe, что позволило подключить к нему в пару Nvidia RTX 2080 Ti. Что касается ОЗУ, то процессор работает с двухканальной DDR4-2666.
Все это выглядит достаточно внушительно, но тесты оказались не настолько радужными: в целом этот процессор выступает на уровне 2-ядерного 4-поточного Core i3-7100. Да, это не самый худший результат, такой производительности более чем хватит для офисной работы, но от 8-ядерного CPU хотелось бы увидеть большую производительность.
Однако в любом случае плату с этим процессором Zhaoxin может купить в Китае любой желающий — цена вопроса составляет $600. С учетом того, что VIA явно на этом не остановится, вполне возможно, что через пару лет на рынке появится полноценный конкурент AMD и Intel, пусть и в нижнем ценовом сегменте.
SPARC — да, Oracle развивает не только Java
Архитектура SPARC была разработана компанией Sun Microsystems еще в далеком 1985 году, и, что интересно, она является открытой. Это означает, что любой человек или компания могут использовать архитектуру команд SPARC для создания собственных процессоров — чем, собственно, и воспользовались как российский МЦСТ, так и американский Oracle.
Причем последние сделали процессор именно для своих нужд: так, SPARC M8 интересен тем, что он в кремнии поддерживает SQL, язык для создания баз данных. При этом сей камушек также поддерживает работу с основными криптографическими протоколами (AES, SHA, DES, MD5) и имеет аппаратную защиту памяти.
Что касается характеристик SPARC M8, то они весьма внушительны: 32 ядра и 256 потоков, частота до 5 ГГц, 64 МБ кэша L3 — все это привело к тому, что при работе с базами данных конкуренты от Intel и AMD тихо курят в стороне. В итоге в настоящее время M8 весьма популярны в серверах под управлением ОС Solaris.
Ну и, разумеется, говоря о SPARC нельзя не вспомнить про российские процессоры от МЦСТ — например, о R1000. Выбор такой архитектуры был вполне ожидаем с учетом ее открытости, но сама SoC характеристиками не блистала: 4 ядра по 1 ГГц, контроллер памяти DDR2, технопроцесс 90 нм — все это в 2015 году выглядело печально. Поэтому нет ничего удивительного в том, что МЦСТ решила почти полностью переключиться на Эльбрусы, и о них мы поговорим ниже.
МЦСТ Эльбрус — недооцененные российские процессоры
В спорах о том, какие они, российские CPU, сломано много копий: одни утверждают, что их производительность просто смешна (ведь GTA Vice City лагает!), другие говорят, что 8-ядерный Эльбрус-8С закапывает аналогичные 8-ядерные процессоры от Intel и AMD.
Правда, как обычно, где-то по середине. Все дело в том, что архитектура «Эльбрус» не совсем обычная — она базируется на архитектуре VLIW, особенность которой заключается в том, что одна инструкция процессора содержит несколько операций, которые должны выполняться параллельно. В итоге такая архитектура ближе к GPU, чем в CPU (и, к слову, у AMD были видеокарты на VLIW 5), что делает адаптацию софта для нее крайне непростым делом.
К слову, такая «длинная» архитектура (дословно Very Long Instruction Word — «очень длинная машинная команда») является очень гибкой, что позволило написать динамический двоичный транслятор x86, то есть на «Эльбрусах» можно запускать и привычный нам софт. Однако, разумеется, трансляция работает не идеально, поэтому и не удивительно, что x86-процессоры от Intel и AMD при прямом сравнении в задачах, написанных именно под них, оказываются быстрее.
Но, если поместить «Эльбрусы» в «родную среду обитания» — а именно запустить на них различные специально под них написанные дистрибутивы Linux, такие как ALT или Astra, все ощутимо меняется. Возьмем, например, процессор «Эльбрус-8С1», вышедший в 2016 году. Он имеет 8 ядер со скромной частотой в 1.2 ГГц, умеет работать с DDR3-1600 и обладает 16 МБ кэша L3. Техпроцесс при этом — 28 нм.
В итоге, если брать тест PostgreSQL 11.5, в котором создаются базы данных, то сей процессор показывает в нем результат на уровне 3500 транзакций в секунду. Много это или мало? Ну, 6-ядерный 12-поточный AMD Ryzen 5 2600X, имеющий частоту в 4 ГГц и базирующийся на 12 нм архитектуре Zen+, показал результат в 6200 транзакций в секунду. С учетом того, что решение от AMD имеет и больше потоков, и куда более высокую частоту, и на пару лет моложе — результаты «Эльбруса» уже не выглядят печальными.
Готовая рабочая станция на 8-ядерном «Эльбрусе» обойдется дороже 300 тысяч рублей. Увы, говорить о конкурентоспособности такой цены просто не приходится.
Есть ли потенциал развития архитектуры e2k (именно так называется в Linux архитектура «Эльбрус») в десктопных ПК? Все очень сильно зависит от оптимизации софта: x86 код ожидаемо работает медленно, а адаптация далеко не проста. С учетом того, что стоят ПК с такими процессорами немало, и их доля на рынке исчезающе мала — есть шанс, что «Эльбрусы» так и останутся диковинками для обычных людей, а ПК с ними будут работать лишь в госорганизациях.
Не на Intel едином стоит рынок процессоров
Как видите, различных процессорных архитектур на рынке много, и дело не заканчивается на x86 или ARM. Активно развиваются китайские процессоры, IBM и не думает умирать, и даже Oracle и МЦСТ представляют интересные решения. Разумеется, доля «диковинок» никогда не была и вряд ли когда-то будет большой, но все еще многообразие процессорных архитектур не может не удивлять.
