Procesory i ich przyszłość

Mimo dominującej pozycji Intela, trwa walka różnych platform, w którą zaangażowanych jest wiele firm.

Mimo dominującej pozycji Intela, trwa walka różnych platform, w którą zaangażowanych jest wiele firm.

Pojedynek między dwoma różnymi architekturami procesorów - CISC i RISC - trwa już od wielu lat. Na rynku komputerów PC dominują układy CISC o strukturze opracowanej głównie przez Intela. Domeną zastosowań układów RISC były dotąd serwery i wysoko wydajne komputery przeznaczone do zastosowań specjalnych.

Obecnie sytuacja stopniowo zmienia się - z jednej strony Intel atakuje rynek silnych systemów komputerowych, oferując coraz szybsze i bardziej wydajne układy, a z drugiej, procesory RISC są wykorzystywane w komputerachprzeznaczonych dla użytkowników indywidualnych, nawet w notebookach. W świecie RISC liczy się sześć głównych architektur - Alpha, ARM, HP-PA, MIPS, PowerPC i SPARC, a wśród znanych producentów procesorów CISC, oprócz Intela, należy wymienić firmy AMD i Cyrix.

Oferta Intela - od Pentium do P55

Rozwój masowego rynku procesorów rozpoczął się kilkanaście lat temu, gdy IBM postanowił wykorzystać układ Intela 8088 w konstrukcji komputera IBM PC. Był to początek udzielnego panowania architektury Intel x86 na rynku komputerów ogólnego zastosowania. Trzy lata temu Intel (http://www.intel.com) wszedł na rynek z procesorem Pentium 66 MHz. Wprowadzenie Pentium i jego kolejnych wersji umocniło dominację Intela na rynku komputerów PC. Niedawno, bo pod koniec ub.r. firma wprowadziła do sprzedaży procesor Pentium Pro przeznaczonydla silniejszych modeli komputerów - serwerów lub stacji roboczych, wykorzystywanych do intensywnych obliczeń, obsługi sieci lub uruchamiania aplikacji CAD.

Trzyletni rozwój układów Pentium to głownie wzrost częstotliwości procesorów. Obecnie dotępne są wersje Pentium 133, 166 i 200 MHz wykonane w technologii Bi-CMOS 0,35 mikrometra, zasilane napięciem 3,3 V, które korzystają z płytsystemowych o zegarze 66 MHz. Procesory Pentium 133 i 166 MHz pracują z układami powielającymi częstotliwość zegara zewnętrznego odpowiednio dwa oraz dwa i pół raza, najszybszy z rodziny - Pentium 200 MHz - potraja zewnętrzną częstotliwość. Mimo ogromnego postępu w dziedzinie technologii półprzewodnikowej, w ciągu trzech lat udało się potroić częstotliwość pracy procesorów - dane na płycie systemowej są nadal przesyłane o częstotliwości66 MHz lub niewiele większej.

Dlatego też użytkownik, który wymienił w komputerze procesor Pentium 133 MHz na Pentium 200 MHz, stwierdza, że rzeczywisty wzrost szybkości przetwarzania danych np. dla biurowych aplikacji wynosi nie 50%, a tylko ok. 20%. Niestety, stosunek cen układów jest zbliżony do stosunku ich częstotliwości wewnętrznych i nie jest bezpośrednio związany z rzeczywistym wzrostem wydajności komputera.

W styczniu przyszłego roku Intel ma zamiar zaprezentować trzecią generację procesorów Pentium (P55C) zasilanych napięciem 2,5 V, ze znacznie mniejszym zużyciem mocy (obecnie, zasilany napięciem 3,3 V Pentium 200 MHz pochłania aż 17 W - co można porównać z podobnym zużyciem mocy przez kilkakrotnie szybszy procesor Alpha 21164 366 MHz). Procesor P55C będzie również dysponował dwa razy większą zintegrowaną pamięcią podręczną i ma być wyposażony w rozszerzony zestaw instrukcji tzw. MMX (Matrix Manipulation eXtension), co pozwoli znacznie podnieść wydajność nowego Pentium przy współpracy z aplikacjami multimedialnymi i graficznymi.

Biorąc pod uwagę fakt, że upgrade procesora 133 MHz do Pentium 200 MHz przynosi niewiele ponad 20% polepszenia właściwości komputera, wydaje się, iż warto poczekać na P55C 200 MHz, pod warunkiem że płyta główna komputera jest dostosowana do instalacji tego procesora.

Najsilniejszą wersją Pentium przeznaczoną do stosowania w notebookach jest obecnie Pentium 150 MHz (technologia 0,35 mikrometra, napięcie 3,3 V, moc ok. 3,8 W).

Konkurenci dla Pentium

Procesory 6x86 "M1" firmy Cyrix (http://www.cyrix.com) już od dłuższego czasu są konkurentami Pentium. Wykorzystując w swej pracy wykonywanie poleceń "poza kolejnością" oraz "łącząc" przetworzony kod w pamięci podręcznej, procesor Cyrix 6x86 P166+ 133 MHz wyprzedza pod względem szybkości przetwarzania liczbcałkowitych Pentium 166 MHz (przy pracy obu układów z wykorzystaniem płyty 66 MHz). Także najnowszy Cyrix 6x86 P200+ o częstotliwości 150 MHz, który współpracuje z płytą systemową 75 MHz, przewyższa pod względem szybkości przetwarzania liczb całkowitych procesor Pentium 200 MHz. Warto dodać, że oferowana przez 6x86 szybkość przetwarzania liczb zmiennoprzecinkowych nie jest lepsza od oferowanej przez procesory rodziny x86.

Przekładając te dane na język zastosowań, można zauważyć, że nie wszystkie procesory Cyrix są dobre dla zaawansowanych analiz naukowych, wyrafinowanej grafiki 3-D lub obsługi najnowszych, interaktywnych gier 3-D jak np. Quake.

Komputery wyposażone w procesory Cyrix mogą jednakże być idealnym rozwiązaniem dla bardziej popularnych zastosowań. Z tego założenia wyszedł Compaq, który przy współpracy z FIC (producent płyt głównych) zamierza zpoczątkiem przyszłego roku wprowadzić na rynek popularny i tani (cena mniej niż 1000 USD) komputer dla Windows 95. Będzie on wyposażony w procesor Cyrix Gx86, 16 MB DRAM i wbudowany modem. Natomiast tajwańska firma Tatung zaprezentowała w Japonii prototyp komputera sieciowego TNC-1000 również wykorzystującego ten procesor. W skład układu Gx86 wchodzą, wbudowane w jeden kawałek krzemu, procesor 5x86 Cyrix 120 lub 133 MHz, 16 kB pamięci podręcznej L1, 64-bitowy kontroler RAM i podsystemy graficzne. Tatung będzie sprzedawał TNC-1000 począwszy od marca 1997 r. w cenie poniżej 500 USD (bez monitora i opcjonalnych podsystemów dla pamięci masowych jak FDD i HDD). Po dokupieniu dysków i monitora ten komputer sieciowy przeistacza się w komputer PC.

Następcą procesorów Cyrix 6x86 ma być układ M2. Firma zapowiedziała, że na początku roku 1997 pojawią się wersje M2 200 MHz (współpracuje z płytą 66 MHz) i M2 225 MHz (współpraca z płytą 75 MHz). Procesory te będą miały rozszerzone możliwości pracy w systemach z równoległym przetwarzaniem oraz nowe układy do obliczeń zmiennoprzecinkowych. Wbudowana w układ pamięć podręczna będzie zawierała 2 x 32 kB pamięci (oddzielnie dane i kod), a zestaw dodatkowych instrukcji multimedialnych ma być zgodny z MMX Technology Intela.

Jak oceniają eksperci, M2 ma być dwa razy szybszy niż układy 6x86 P166+ i 6x86 P200+. Jednocześnie procesor będzie miał wyprowadzenia zgodne z oprawkami dla układów Pentium.

O ile właściwości M2 będą takie, jak zapowiada Cyrix, to już wkrótce ukaże się układ o wydajności zbliżonej do Pentium Pro (bez pogorszenia pracy dla aplikacji Windows 95 lub 16-bitowych), który ma kosztować tyle co Pentium.

Właściwości Pentium Pro i cena Pentium - to ambitny cel Cyrixa przy projektowaniu M2.

Nowy procesor firmy AMD (http://www.amd.com) o nazwie 5k86 (nazywany roboczo K5) pojawił się na rynku - po kilkukrotnych zapowiedziach - w marcu br. Obecnie w oprawkę dla Pentium można włożyć procesor 5k86 PR-100 75 MHz, co powoduje powstanie systemu o wydajności przetwarzania liczb całkowitych, takiej jak dla Pentium 120 MHz. Wynika to z architektury K5, która procedury kodu źródłowego wykonuje poza "naturalną" kolejnością i korzysta przy tym z wewnętrznej, podobnej jak dla procesorów RISC, organizacji pracy. Podobnie jak w przypadku procesorów Cyrixa, przetwarzanie liczb zmiennoprzecinkowych jest gorsze niż dla Pentium 100 MHz.

Pod koniec października br. firma AMD wprowadziła na rynek układ PR-133. Pozwala on, przy fizycznej częstotliwości 100 MHz, uzyskać szybkość przetwarzania porównywalną z Pentium 133 MHz. W grudniu br. mają ukazać sięprocesory PR-166, odpowiadające wydajnością Pentium 166 MHz. Procesory K5 są wykonywane przy wykorzystaniu technologii CMOS 0,35 mikrometra.

AMD, po wykupieniu w ub.r. firmy NexGen, prowadzi także prace nad przeprojektowaniem układu NexGen 686. Procesory tego typu pod nazwą K6 będą zaprezentowane pod koniec br., a na rynku mają pojawić się w I połowieprzyszłego roku. Wszystkie modele rodziny K6 (6k86) będą wyposażone w zestaw multimedialnych funkcji MMX, oparty na licencji Intela.

Jak się wydaje, układy K6 będą procesorami klasy Pentium Pro dla systemów bazujących na procesorach Pentium. Procesor 6k86 200 MHz ma mieć wydajność podobną lub większą od Pentium Pro 200 MHz - przy niższej cenie i zgodności wyprowadzeń z gniazdem dla Pentium P54C. Po okresie opóźnień AMD wyraźnie akcentuje swój udział w wyścigu procesorów.

Mocna karta Intela

Procesor Pentium Pro, pod względem szybkości przetwarzania instrukcji x86 dla 32-bitowych aplikacji, zajmuje bezapelacyjnie pierwsze miejsce. Jednocześnie systemy wykorzystujące Pentium Pro są coraz tańsze - zarówno same CPU, jak i płyty systemowe. Przy wykorzystaniu zestawów układów wspomagających Natoma 82440FX lub Via Apollo Pro, wydajność Pentium Pro 200 MHz przy uruchamianiu aplikacji pracujących pod kontrolą 32-bitowych systemów operacyjnych (jak np. Windows NT) jest większa o ok. 50% w porównaniu z Pentium 200 MHz. Więcejinformacji o Pentium Pro można znaleźć w CW nr 25 i 32, gdzie układ ten opisano przy testowaniu, wykorzystujących go komputerów.

Warto zauważyć, że w wielu oferowanych obecnie komputerach wyposażonych w Pentium można będzie instalować multimedialne wersje tego procesora, gdy tymczasem praktycznie żadna z płyt systemowych dla Pentium Pro "nie pasuje" do zapowiadanej, multimedialnej wersji Klamath tego układu. Jedynym wyjątkiem jest opisywana w CW 38 modularna płyta główna firmy Asustek stosowana m.in. W komputerach oferowanych przez TCH. Korzysta ona z kart procesorowych, zawierających jeden lub dwa układy Pentium, Pentium Pro lub Klamath.

Zapowiadany na styczeń przyszłego roku procesor Klamath to nowa, multimedialna, ale jednocześnie zubożona wersja Pentium Pro. "Prawdziwe" Pentium Pro składa się z dwóch połączonych między sobą strukturpółprzewodnikowych (CPU, 64-bitowa, pracująca z pełną szybkością procesora magistrala i szybka pamięć podręczna), umieszczonych w jednej oprawce. Konstruktorzy Klamath zamontowali CPU na karcie obok zewnętrznego układu pamięci podręcznej. Usunięcie pamięci z wnętrza oprawki znacznie obniży cenę układu - szacuje się, że Klamath będzie kosztował tylko ok. 325 USD. Niestety, cena, jaką przyjdzie płacić za "odchudzenie" Pentium Pro, to przede wszystkim redukcja wydajności.

Aby częściowo skompensować obniżenie szybkości pracy układu wynikające z konieczności kontaktowania się procesora z zewnętrzną pamięcią podręczną L2, magistrala łącząca te elementy ma szerokość 128 bitów, Klamath zaś będzie wyposażony w zintegrowaną pamięć L1 o pojemności 2 x 16 kB. Pewną zaletą tej konstrukcji jest możliwość swobodnego konfigurowania pamięci - zależnie od obszaru zastosowania można instalować do 2 MB. Ostateczna wersja Klamath zapowiadana na połowę przyszłego roku ma mieć zegar o częstotliwości 266 MHz.

Pod koniec roku 1997 pojawić się ma pierwsza wersja Pentium Pro dla notebooków - nazwana roboczo Deschutes. Układ ten, wyposażony w MMX, będzie wykonany w technologii 0,25 mikrometra, co pozwoli na osiągnięcieczęstotliwości wewnętrznej 333 MHz. Kolejne wersje Pentium Pro to "Katmai" - jeszcze mniejsza wersja tego procesora, tak przekonstruowana, żeby przetwarzać więcej równoległych instrukcji, oraz "Willamette" (P68) taktowana częstotliwością do 400 MHz. Ten ostatni układ ma znaleźć się na rynku w połowie 1998 r. i prawdopodobnie będzie ostatnim z rodziny Pentium Pro.

Kolejny produkt, opracowywany wspólnie przez Intel i HP, to 64-bitowy procesor Merced (P7), który będzie taktowany zegarem 500 MHz. Ma on przetwarzać do siedmiu instrukcji w jednym cyklu, dysponując architekturą RISC i tłumacząc sprzętowo kody programów x86 i HP-PA.

Zgodnie z zamierzeniami, Merced ma wejść na rynek pod koniec 1998 r. Według ocen, Merced będzie miał wydajność porównywalną z prezentowanym już dzisiaj procesorem Alpha 21164 500 MHz.

Procesory Alpha

Pierwsze procesory Alpha weszły na rynek równocześnie z ukazaniem się systemu Microsoft Windows NT w 1992 r. Do dzisiaj 64-bitowa struktura tych procesorów jednocześnie jest najprostsza i oferuje najwyższą wydajność spośródwszystkich prezentowanych architektur.

Obecnie jedynym dostawcą procesorów Alpha jest Digital Equipment Corp. (http://www.digital.com), ale już w przyszłym roku także Mitsubishi i Samsung zamierzają rozpocząć produkcję tych układów. Podstawowy model to Alpha 21164 o częstotliwości 366-500 MHz, procesor stosowany zarówno w komputerach klasy desktop dla Windows NT, jak i w silnych serwerach. Mimo że układ korzysta z tak wysokich częstotliwości, dzięki niskiemu napięciu zasilania (zaledwie 2 V) procesor 21164 500 MHz zużywa poniżej 30 W mocy (dla porównania Pentium Pro 200 MHz - 35 W).

Alpha jest też jedynym obecnie układem dla komputerów PC, który dysponuje 128-bitową magistralą danych. Procesor wykonuje 4 instrukcje w jednym cyklu zegara i ma dwie pamięci podręczne (pierwotna - 2 x 8 kB i wtórna - 96 kB), wbudowane w jedną strukturę krzemową - inaczej niż konstrukcja rozdzielająca te elementy w Pentium Pro.

Obecnie system Windows NT nie może w pełni wykorzystać 64-bitowych możliwości tego procesora (chodzi głównie o 64-bitowe adresowanie). W momencie pojawienia się 64-bitowej wersji systemu Windows NT (a ma to mieć miejsce na pół roku przed wejściem na rynek procesora Merced) będzie to najprawdopodobniej jedyny układ zdolny do współpracy z nowym systemem.

Alians Digital-Mitsubishi będzie - począwszy od początku przyszłego roku - wytwarzał tanie wersje Alpha dla PC (21164PC), które mają zawierać zestaw instrukcji multimedialnych (podobny do MMX) oraz dodatkową, zewnętrzną pamięć podręczną, mającą zastąpić kosztowną, wbudowaną w procesor. Układy te mają kosztować ok. 500 USD. Pozwoli na ich zastosowanie w komputerach klasy PC kosztujących 2-3 tys. USD. Przy porównywalnej cenie mogą one być wydajniejsze od systemów podobnej klasy, wyposażonych w procesor Klamath.

Na jesieni br. Digital zaprezentował pierwsze procesory 21264. Ta nowa generacja układów oferuje dwa razy lepszą wydajność przy przetwarzaniu liczb całkowitych i zmiennoprzecinkowych. 21264 będą produkowane przez Digitala, Mitsubishi i Samsunga w wersjach o częstotliwości 500-600 MHz.

Producenci Alpha przygotowują się do przejścia od technologii 0,35 mikrometra do 0,25 (lub mniejszej). Wówczas na rynku pojawią się procesory 21264 o częstotliwości 700-800 MHz. Prawdopodobnie zbiegnie się to w czasie z premierą pierwszych procesorów Merced, co nastąpi na przełomie roku 1997/98.

Procesory Power PC

Wbrew szumnym zapowiedziom, trzej giganci rynku komputerowego, którzy zapowiadali zawojowanie rynku opanowanego przez Intela - Apple, IBM i Motorola (tzw. alians AIM) - jak dotychczas nie zaskoczyli nikogo swoimi produktami. Oferowane procesory (Power PC 601, 603, 604 i 620) nie mają tak rewelacyjnych właściwości i ceny, aby zagrozić platformie intelowskiej.

Jeden z najnowszych procesorów PowerPC - PPC 604e 225 MHz jest niewiele szybszy od Pentium Pro 200 MHz i ma możliwości znacznie mniejsze niż procesory Alpha. Taka sytuacja osłabia szansę powodzenie komputerów wyposażonych w PowerPC na rynku urządzeń dla Windows NT, na którym dominują układy x86, oraz w zastosowaniach bardziej wymagających, gdzie często stosowane są procesory Alpha.

Konkurent Pentium Pro - procesor Power PC 604e stosuje czteropotokowe, superskalarne przetwarzanie danych i jest produkowany przy wykorzystaniu technologii CMOS 0,35 mikrometra. Umożliwia to opracowanie wersji procesora o częstotliwości do 300 MHz.

Już od pewnego czasu dostępny jest konkurent Pentium dla komputerów desktop i przenośnych, niedrogi i wymagający niewielkiej mocy zasilania procesor PowerPC 603e. Obecnie wkracza na rynek długo oczekiwany PowerPC 620 200 MHz przeznaczony przede wszystkim do stosowania w serwerach. Według obecnie posiadanych informacji, układ ten nie ma znacznie lepszych właściwości od PowerPC 604e. Natomiast w przyszłym roku IBM zamierza rozpocząć sprzedaż procesora 630 300 MHz - będzie to ośmiopotokowy, superskalarny układ z magistralą o szerokości 256 bitów, kierowany na rynek zaawansowanych zastosowań.

Również na początku przyszłego roku mają pojawić się układy G3 (Power PC 613 i 614) o wydajności dwa razy większej niż procesor 604e 225 MHz. G3 mają pracować z częstotliwością 200-400 MHz i będą wytwarzane w technologii 0,35 oraz 0,25 mikrometra CMOS. Podobnie jak Pentium Pro, układy te będą miały zintegrowany w strukturze CPU kontroler oraz specjalnie opracowaną magistralę do pamięci podręcznej. Rdzeń procesora G3 będzie podobny do obecnie stosowanego w 604e, ale zoptymalizowany dla systemów MacOS i Windows NT.

Następcą G3 będą układy G4, pracujące na bazie nowej, bardziej wydajnej architektury. G4 ukaże się pod koniec 1998 r. - początkowo będzie produkowany przy wykorzystaniu technologii 0,25, a później 0,18 mikrometra. O ile G3 ma zawierać 30 mln tranzystorów, to G4 będzie miał ich liczbę dwa razy większą. Pierwsze układy G4 produkowane w technologii 0,18 mikrometra i o częstotliwości 500 MHz mają się ukazać w 1999 r.

Alians AIM rozpoczął już prace nad tzw. projektem 2K. Dotyczy on budowy po roku 2000 procesorów taktowanych częstotliwością 1 GHz. Ma to być osiągnięte dzięki technologii 0,1 mikrometra, co pozwoli zmieścić w jednej strukturze krzemowej aż 100 mln tranzystorów.

Tymczasem już w połowie przyszłego roku PowerPC może znaleźć się w ścisłej czołówce wśród konkurencyjnych procesorów, dzięki zastosowaniu nowej technologii (opartej głównie na technice Bi-CMOS) wytwarzania układów 604e, opracowanej przez Exponential Technology (www.exp.com). Licencji na wytwarzanie klona PowerPC - procesora X704 - firmie Exponential udzieliły: IBM i Motorola.

X704 ma mieć częstotliwości 466, 500 i 533 MHz. Układ będzie w pełni zgodny z PowerPC i jednocześnie dwa razy szybszy (dla zegara 500 MHz) od PPC 255 MHz (a ponad dwa razy szybszy od PentumPro 200 MHz, Pentium 200 MHz, Cyrix 6x86 P200+ i AMD K5 PR-100 100 MHz). Projektowane są już kolejne modele jeszcze szybszych procesorów - X2 i X3.

Nowy sprzęt szybko starzeje się

Zwycięzcą na krótki dystans w popularnych zastosowaniach procesorów będzie na pewno Intel - choć oferta AMD i Cyrix jest poważnym zagrożeniem dla produktów tego potentanta.

Tam, gdzie w grę wchodzą bardziej wyrafinowane zastosowania (m.in. multimedia, interaktywne aplikacje wykorzystujące grafikę 3-D), sytuacja jest bardziej złożona. Pozycja Intela może być w ciągu najbliższych kilkunastu miesięcy podważona przez firmy konkurencyjne, jeśli będą one w stanie szybko wdrożyć najnowsze technologie oraz wykorzystać sugestywną reklamę i efektywny marketing.

W najgorszej sytuacji znajdują się obecnie ci potencjalni nabywcy sprzętu komputerowego, którzy chcieliby kupić dobry sprzęt i korzystać z niego przez dłuższy czas - nie zanosi się bowiem na to, że rozwój technologii ulegnie w najbliższym czasie spowolnieniu.

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200