Výkonnejšie procesory umožnia nové aplikácie
Pat Gelsinger pracuje v spoločnosti Intel od roku 1979. Jeho meno je spojené s vývojom známych procesorov Intel 286, 386, 486 či Pentium Pro. V súčasnosti zastáva funkciu viceprezidenta a manažéra Digital Enterprise Group, ktorá je najväčšou obchodnou skupinou Intelu prinášajúcou viac než polovicu firemných tržieb. Digitálnemu svetu poskytol rozhovor počas seminára o navrhovaní dátových centier z hľadiska energetickej efektívnosti, ktorý sa konal v Londýne.
Aký bude podľa vás ďalší vývoj procesorov?
-- Začnime tým, kde sa nachádzame momentálne. Intel nedávno ohlásil jeden z najväčších pokrokov pri výrobe základných tranzistorov, ktorým je použitie dvoch absolútne nových materiálov na výrobu rozdeľovacích stien a prepínacích brán na ich 45-nanometrových tranzistoroch, ktoré sa začínajú implementovať do budúcej generácie rodiny viacjadrových procesorov známych pod kódovým názvom Penryn. Je to prvá zásadná zmena používaných materiálov za vyše 40 rokov od čias, keď Bob Noyce vynašiel integrovaný obvod. V praxi to znamená, že nové tranzistory typu N a P s novou 45-nanometrovou Hi-k výrobnou technológiou s hafniovými high-k + prepínacími bránami budú znamenať radikálne obmedzenie spotreby energie na úrovni tranzistorov.
Ako to dosiahnete?
-- Podľa fyzikálnych zákonov, ak zdvojnásobíme počet tranzistorov, zdvojnásobí sa aj elektrická kapacita. Ak by sme teda po generácie nerobili nič, zvyšovala by sa elektrická spotreba. Zmenšili sme však veľkosť tranzistorov, a to nám umožnilo znížiť frekvenciu, čím išla dole aj spotreba. Nesmieme zabudnúť ani na odpadovú energiu. Vyvinuté zlepšenia ju významne znižujú, takže priemerná operačná energia počítača sa znížila o pätinu. Pochopiteľne, že pri každom type je to rôzne, ale vždy sme schopný pridať väčší výkon pri rovnakej spotrebe. Zoberme si napríklad notebooky so spotrebou 20 až 30 wattov. Voliteľná časť Intel Turbo Memory novej generácie procesorovej technológie Centrino známej ako Santa Rosa zmenší čas prechodu notebooku do hibernácie a zároveň zvýši produktivitu a zníži spotrebu elektrickej energie celého systému. Môžeme však zlepšovať aj akumulátory či pridávať ďalšie jadrá, a pritom zachovávať spotrebu.
Štruktúra tranzistorov je zatiaľ planárna. Dá sa tam pohnúť?
-- Iste. Musíme prejsť na novú priestorovú štruktúru tranzistorov, známu ako tri-gate alebo 3D, čo však už nebudeme používať pre 45-nanometrový proces. Vyvinuli sme však už nový priestorový (3D) návrh tri-gate tranzistora, ktorý je schopný podávať vyšší výkon ako tradičné planárne tranzistory pri efektívnejšom využití energie. Náš výskum ukazuje, že v rozmeroch pod hranicou 30 nanometrov dochádza pri tranzistoroch s jednou plochou bránou k príliš veľkým energetickým stratám, než aby sa mohli naplniť naše očakávania výkonu. Brána tranzistora tri-gate s vysokou dielektrickou konštantou a ešte nižším zvodom bude zo vzácneho kovu hafnium na extrémne tenkej vrstve kremíka. To si však vyžaduje prechod na veľmi malé rozmery, čo umožní extrémna ultrafialová (EUV) litografia. Dnes sa používa v litografii svetlo s vlnovou dĺžkou 193 nanometrov. Ak sa začne používať EUV litografia, potom sa bude môcť používať vlnová dĺžka svetla 17 nanometrov. A to je obrovský skok, vďaka ktorému budeme môcť vyrábať čipy s oveľa jemnejším rozlíšením tranzistorov. Na základe technológií, ktoré som spomínal, teda hafniových brán, 3D tranzistorov a EUV litografie, budeme môcť ísť z terajších najnovších 45 nanometrov na 32, 24 a 17 nanometrov. V najbližších desiatich rokoch však zostane rovnaká architektúra ako teraz, pričom zabezpečíme o 300 percent vyšší výkon na jeden watt, než akým sa môžu pochváliť dnešné procesory. Experimentujeme pritom, a už máme aj určité výsledky, s uhlíkovými nanorúrkami, ako budúcou náhradou za kremík, ktoré by nám mali umožniť ísť až pod 10 nanometrov. Od 45 po 10 nanometrov sa však dostaneme bez akýchkoľvek významných zmien, ako je uhlík či nanoštruktúry.
Kedy teda budeme môcť spoznať 17-nanometrové alebo 10-nanometrové technológie?
-- Pracujeme v dvojročnom cykle. Takže si to vypočítajme. V tomto roku máme 45-nanometrovú technológiu, v roku 2009 to bude 32 nm, 2011 pôjde o 24 nm a 2013 to bude 17-nanometrová technológia. Pochopiteľne, že tento druh podnikania je spojený s rizikom. Máme však výskumné výsledky, návrhárske tímy usilovne pracujú, takže si veríme. Po roku 2015 však naša ,,kryštálová guľa" nie je už taká jasná.
Ako to bude ďalej s počtom jadier?
-- Každou generáciou zdvojnásobujeme počet tranzistorov, takže v každej generácii môžeme zdvojnásobiť aj počet jadier. Dnes máme 4 a 2 jadrá na 65 nanometroch, nasleduje 8 a 4 jadrá na 45 nm, a príde 16 a 8 jadier na 32 nm a tak ďalej. To dokážeme. Otázkou však nie je, či dokážeme dať viac jadier na čip, ale či ich dokážeme využiť, teda či budú pre ne potrebné aplikácie. Vyvinuli sme už osemdesiatjadrový tetraflopový čip, čo je ohromné. Teraz však musíme preskúmať, ako naprogramovať a využiť všetky jadrá. V nasledujúcich rokoch dokážeme vyrobiť 64-jadrový čip pre notebooky či desktopy, ale opäť otázkou je, či ho dokážeme využiť. Za dôležité považujeme vyvinúť tzv. aplikácie RMS (Recognition, Mining, Synthesis -- rozpoznávanie, vyhľadávanie, syntéza) a súčasne dodávať riešenia kompatibilné s predchádzajúcimi generáciami intelových architektúr, aby sa na nich dali používať dnešné operačné systémy a programy. Takže problémom je programovanie, nie samotné zväčšovanie počtu jadier.
Kedy uvidíme prvý viacjadrový procesor s odlišnými jadrami?
-- O dva, tri roky. Začíname však už dnes, napríklad procesorom Xscale. V budúcnosti budú integrované v jednom procesore veľké i malé jadrá či špecializované jadrá a akcelerátory.
Uvidíme v budúcnosti na jednom čipe celý osobný počítač?
-- Dáva to vôbec zmysel? Nemyslím si, že by bolo rozumné integrovať na čip napríklad DRAM alebo analógové funkcie. Pokiaľ sa však pozriete dnes do počítača, uvidíte sieťový, komunikačný či grafický čip, ktoré majú prirodzenú tendenciu pohybovať sa smerom k procesoru CPU. Či to skončí multičipovým balíčkom, vysokorýchlostným sieťovým spojení alebo integráciou v jednom čipe, to sa uvidí, ale určite to bude bližšie k procesoru CPU. Má to svoje výhody v cene, nákladoch i vo výkone.
Potrebujeme vôbec ešte vyššie výkony procesorov?
-- Pokiaľ ide o spustenie Office 2007 alebo Visty, tak ani veľmi nie. Využijú síce viacjadrové procesory, výkonnejšia je grafika, lepšie spúšťanie aplikácií, ale nepotrebujú oveľa viac výkonu. My však ponúkneme v nasledujúcich troch, štyroch rokoch desaťnásobne vyšší výkon. Kto ho využije? Počítačové hry, ktoré sú veľmi nenásytné, ale aj veľa ďalších aplikácií, ktoré potrebujú kvalitnejšiu grafiku. Ďalším príkladom môže byť vyhľadávanie podobné prehľadávaču Google, ktoré by sa netýkalo len textu, ale všetkého, čo je v počítači založené na modeloch, napríklad na hlase, videu či obrázkoch. Aplikácie na rozpoznávanie hlasu či obrazu sa dosiaľ nemohli plne využívať, lebo potrebujú veľa výkonu. Ich požiadavky sa pohybujú na úrovni tetraflopových algoritmov, avšak teraz sú k dispozícii len desiatky megaflopov. Ak dodáme tetraflopový výkon, prídu nové algoritmy nielen pre hry, ale aj pre pracovné stanice, finančné služby, osobnú indexáciu dát a ďalšie veci, takže sa stanú populárne v širokom rozpätí používateľov. To je naša vízia, na ktorej pracujeme.
Môže však časť trhu stratiť záujem o nové technológie?
-- Myslím si, že je to už trochu vidieť. Je napríklad záujem o osobné počítače za 300 dolárov, lebo ľudia nepotrebujú výkonnejšie za 700 dolárov. Cena je pre nich závažnejšia než výkon. Treba vidieť, že výkon sa zvyšuje lineárne, ale aplikácie a modely používania robia náhle skoky. Naraz vznikne obrovský rozdiel medzi možným a potrebným výkonom. Na jednej strane je časť možného výkonu práve nepotrebná, takže načo takýto počítač kupovať. Na druhej strane sa však vytvorí priestor pre nové aplikácie. Rozpoznávanie hlasu vyzerá dnes abstraktne, ale pred dvadsiatimi rokmi vyzeral rovnako abstraktne prehľadávač Google. Mimochodom, keď som ako jeden z vývojárov predstavoval procesor Intel 386, ľudia sa ma pýtali, na čo budeme potrebovať 32 bitov na 16 megahertzoch. Podobne sa budeme pozerať na súčasné poznámky či nezáujem o vyšší výkon o dvadsať rokov.
Na seminári ste viac než o výkone hovorili o energetickej spotrebe. Prečo?
-- Intel sa vždy venoval energetickej efektivite. Prvý manažment energie sme zabudovali do procesoru Intel 386 v roku 1990. Odvtedy neustále zvyšujeme energetickú efektivitu procesorov. Náš najvýkonnejší procesor Extreme Edition má pri rovnakej spotrebe o 20 percent vyšší výkon než najvýkonnejší procesor spoločnosti AMD. Medzi procesormi so spotrebou 10 wattov je náš výkon o 40 až 50 percent vyšší. Ľudia majú veľký záujem o tenké, ľahké počítače s výkonnými akumulátormi, ktoré majú nízku spotrebu energie. Naším cieľom je dostať sa na viac než desať hodín výdrže akumulátorov pri nepretržitom používaní notebooku. Na druhej strane však existujú obrovské dátové centrá. Samotný Intel ich zvýšil z 8 v roku 1996 na terajších 75, pričom počet serverov v nich sa zvýšil o šesťtisíc percent. Pritom v priemernom dátovom centre sa až 50 percent energie spotrebuje na chladiace systémy, takže ide o obrovské množstvá, ktoré sa snažíme znížiť. Pravda, nie všetko je v našich silách ako výrobcu procesorov a platforiem. Mimo nás je napríklad spotreba displejov či pevných diskov, takže záleží aj na výrobcoch ostatných častí počítačov.
Títo výrobcovia nie vždy stíhajú vývoj procesorov aj z hľadiska výkonu.
-- Preto sa všade tam, kde sa to dá, snažíme zahrnúť do procesorov a platforiem aj ďalšie funkcie. Napríklad počítame už s integrovaným hardvérom pre dekódovanie high-definition videa či integrovaním Wi-Fi/WiMAX riešení.