Intel и AMD и алтернативните архитектури на централните процесори

Когато става дума за централни процесори винаги първо се се сещаме за Intel и все по-стремително набиращата популярност AMD. При потребителските процесори борбата се води именно между тези две компании въпреки че и ARM чиповете в последно време завзеха немалка част от този пазар. Но това съвсем не са всички произвеждани от различните компании процесори.

От високопроизводителните ARM за персонални компютри до специализираните правителствени чипове - на света има още много производители на централни процесори, за които не се чува много. Нека да се спрем по-подробно.

М1: ARM за персоналните компютри

Историческото противопоставяне на x86 и ARM е на първо място противопоставяне архитектурата на Intel и архитектурите на мобилните процесори. Самото наименование на x86 архитектурата идва от процесорите на Intel с индекси, които завършват на това число: 8086, 80186 и т.н. Дълго време световете на x86 и ARM устройствата на практика не се пресичаха: едната архитектура заема пазарната ниша на десктоп компютрите и компютърните устройства с по-големи размери, докато другата архитектура се използваше на практика единствено в мобилните устройства.

Но последно време превъзходството на Intel и х86 архитектурата на пазара на персонални компютри се разклати. В началото на тази година Apple представи на пазара своите нови MacBook, които на външен вид са идентични на предишното поколение, в които се използваха процесори на Intel, но този път в тези лаптопи бяха поставени революционните чипове М1 собствена фирмена разработка.

Apple M1 се произвежда чрез 5 нанометров технологичен процес и се базира на значително преработена ARM архитектура. Може да се каже, че M1 има повече общи черти с процесора A14 Bionic в iPhone, отколкото с мобилните х86 компоненти на Intel и AMD. Тази система върху чипа е компактна, икономична по отношение консумацията на електрическа енергия, не изисква някакво специално охлаждане и в някои области наистина превъзхожда Intel Comet Lake.

През следващите 1-2 години Apple възнамерява напълно да се откаже от чиповете на Intel. Разбира се, като се има предвид, че делът на macOS на пазара на персоналните компютри е под 7%, новите фирмени чипове на Apple явно няма да заменят процесорите с x86 архитектура. Но те със сигурност ще дадат повод за размисъл на другите производители относно използването на ARM в персоналните компютри. Очакванията след Apple, подобни промени да бъдат направени в продукти като Samsung Galaxy Book S и Qualcomm 8cx.

Zhaoxin: китайската алтернатива на AMD и Intel в долния ценови сегмент

И така, ARM започва уверено да усвоява пространството на персоналните компютри и дата центровете. Но нека се замислим за момент за другите х86 производители - без AMD и без Intel.

Лицензи за производството x86 процесори имат съвсем малко компании. Това са Intel, AMD, VIA и DMP Electronics. DMP е тайванска компания, която произвежда чиповете за вграждане Vortex86, използвани в телевизионните приставки и в някои области на промишления сектор. Но съществува и огромния китайски пазар, които към днешен ден се опитва по никакъв начин да не зависи от американския и VIA е част от него.

Преди време, още в началото на века, VIA произвеждаше не само процесори, но и видеокарти, като вършеше това много успешно. Но с течение на времето тя бе избутана от Intel и AMD, така че през 2013 година тази компания заедно с държавните структури на Шанхай създаде компанията Zhaoxin. Собственик на Zhaoxin е китайското правителство, което напълно контролира разработването и производството на чипове, които между другото се произвеждат в заводите на TSMC. Компанията VIA продължава да притежава миноритарния пакет акции на Zhaoxin и което е по-важно, предоставя x86 лиценза, който дава възможност на Zhaoxin да проектира и създава собствени процесори за десктоп персонални компютри.

Първите решения на Zhaoxin не бяха особено популярни, но след излизането на процесора KX-U6780A ситуацията изцяло се промени.

Процесорите Zhaoxin Kaixian се произвеждат чрез 16 нанометров технологичен процес. Флагманът на тази компания е KX-U6880A - 8-ядрен чип с тактова честота 3,0 GHz, базиран на собствената фирмена архитектура Lujiazui, който разполага с 8 MB кеш памет от трето ниво, поддържа 16 линии  PCI Express 3.0, USB и SATA, което му дава възможност да работи съвместно с например, Nvidia RTX 2080 Ti.

Производителността на този процесор е от нивото на AMD A10-9700 APU, като тази мощност е достатъчна, за да се осигурят над 30 FPS в игри като Hitman 3 и Far Cry 5.

Предполага се, че подготвената за анонс нова фамилия процесори KX-7000 ще се произвежда чрез 7-нанометров технологичен процес и ще поддържа PCI Express 4.0 шината. Това е огромна стъпка напред и е една много добра китайска алтернатива на x86, която с лекота ще се справи с ежедневните работни натоварвания.

Hygon Dhyana - същата AMD, само че китайска

Китай активно поощрява развитието на собствено производство и изобщо не е дружелюбен към вноса. Именно затова на редица компании се налага да измислят нещо, за да могат да обхванат и тази част на пазара. По този начин през 2016 година AMD подписа договор с Hygon, в рамките на който предостави достъп до документацията на своята архитектура Zen и по този начин получи правото на местно производство на своите чипове.

Резултатът от тази съвместна работа станаха процесорите Hygor Dhyana. Това са на практика пълни копия на AMD Ryzen и EPIC от първо поколение с архитектура Zen 1, но и не съвсем. Така например, в тези чипове е осигурена хардуерната поддръжка на китайските методи за криптиране на информацията, многопроцесорни инструкции липсват и не се поддържа многонишковата работа. Ако погледнем единствено техническите характеристики, то 8-ядреният Hygon Dhyana се намира между 6-ядрения Ryzen 5 1600X и 8-ядрения Ryzen 7 1800X.

Руският Елбрус

Станаха вече почти 30 години, откакто руският производител на полупроводникови компоненти МЦСТ създава собствени процесори, производителността на които предизвиква много спорове.

Да подчертаем, че архитектурата на Елбрус не е нито х86, нито ARM. Тези чипове се базират на архитектурата VLIW, която е характерна преди всичко с това, че всяка нейна инструкция включва няколко паралелни операции. Би могло да ни се стори, че това означава, че стартирането на стандартния софтуер на тези нестандартни процесори е почти невъзможна задача. Но в тези процесори е интегриран динамичен бинарен транслатор на x86, какъвто има и в Apple M1, което значително опростява стартирането на всичкия съществуващ досега x86 софтуер. Само че бързодействието на тези процесори е почти плачевно.

Но преди няколко месеца МЦСТ представи Елбрус 16S. Това е 16 nm чип с тактова честота 2,0 GHz и производителност 1,5 терафлопса. Това са едни много добри параметри, като се предвижда този процесор да се използва в държавните структури на Русия, понеже осигурява много висока информационна защита.

POWER процесорите на IBM

В началото на века процесорите на IBM активно се използваха в така наречените Power Mac. Но през 2005 година Apple реши да използва процесорите на Intel, като това съвсем не означава, че IBM е престанала да произвежда собствените си процесори.

Един от най-бързите суперкомпютри в света - Summit на Министерството на енергетиката на САЩ се базира на архитектурата IBM POWER9 и работи съвместно с ускорителите на изчисления  NVIDIA Tesla. Чиповете от фамилията POWER9 са 12 ядрени централни процесори, които се произвеждат чрез 14-нанометров технологичен процес. Интересното е, че те могат да обработват 96 нишки едновременно - по осем на едно ядро. За сравнение процесорите на Intel и AMD могат да обработват максимум по 2 нишки на ядро.

През месец август 2020 година IBM представи своите нови процесори, базирани на архитектура от ново поколение, която се разработва от вече над 5 години - IBM POWER10. Тази архитектура може да осигури тройно по-висока ефективност в сравнение с POWER9. Тези чипове се произвеждат чрез 7 нанометров технологичен процес, имат от 15 до 30 SMT8 ядра, в тях са интегрирани нови AES модули за хардуерно ускорение на криптирането и се поддържа PCIe 5.0 шината. Тези нови процесори трябва да излязат съвсем скоро - през втората половина на тази година.

SPARC: отворената архитектура, използвана от Oracle

SPARC е отворена процесорна архитектура, която може да използва всеки, който възнамерява да се занимава с разработването на процесори. Но интересното при SPARC M8 е това, че е осигурена хардуерната поддръжка на езика SQL и се предлага хардуерно ускорение при работата с основните криптографски протоколи: AES, SHA, DES, MD5.

SPARC M8 е 32 битов 256 нишков централен процесор работещ с тактова честота до 5 GHz, който разполага с 64 MB кеш памет от трето ниво. Всичко това прави чиповете на Oracle най-доброто решение на пазара към днешен ден за работа с бази данни, което значително изпреварва направеното от Intel и AMD. Именно затова тези чипове масово се използват в сървърите, работещи под управлението на ОС Solaris.

SHAKTI: индийските чипове с отворена архитектура

Другата най-популярна отворена процесорна архитектура е RISC-V, на която се базират чиповете на индийския технологичен институт. Проектът се финансира от Министерството на електрониката и информационните технологии на Индия. Разработването на Shakti започна през 2016 година и тя бе официално представена през 2018-та.

Процесорите от фамилията Shakti E се произвеждат чрез 180 нанометров технологичен процес и работят с тактова честота до 100 MHz. Те се използват в различните роботизирани платформи, контролери за управление на двигатели, сензори и други подобни.

Това не са единствените чипове на тази компания. Така например, класът I включва 64-битови процесори с тактова честота от 1,5 до 2,5 GHz, които поддържат многонишкови изчисления и са предназначени за мобилни устройства, хранилища на данни и мрежово оборудване. В същото време подобреният клас S е предназначен за сървъри и работни станции.

Ще мине доста време докато индийската полупроводникова промишленост догони Intel и дори Zhaoxin. Но фундаментът е вече изграден и тази компания зае своето място на пазара.

Изводи

Intel и AMD продължават да доминират на пазара на процесори за десктоп компютри. Единствената тяхна алтернатива извън територията на Китай е фирмения процесор на Apple M1. Но процесорните архитектури в целия свят не приключват с х86 и ARM. Има много други архитектури и други решения, които много удачно разнообразяват този пазар.