Budoucnost procesorů - pohled pod pokličku Intelu

Nedávné uvedení prvního třígigahertzového procesoru společností Intel se nám
jevilo jako vhodná příležitost ke krátkému seriálu pojednávajícímu o

nejsoučasnějších, ale hlavně o budoucích cestách, kterými se bude ubírat vývoj

procesorů v následujících letech. Náš miniseriál začínáme pohledem pod pokličku

Intelu.



Třígigahertzový procesor Pentium 4 znamená pro Intel nejen pokoření další

frekvenční hranice, ale také mnohem důležitější inovaci, která tentokrát

nespočívá jen v tradičním zvyšování počtu tranzistorů, zvyšování frekvence a

další miniaturizaci výrobního procesu, ale ve vylepšení logiky procesoru. Touto

novinkou je technologie zvaná Hyper-Threading, která přináší dvě hlavní výhody.



První a nejdůležitější výhodou je schopnost procesoru provádět více operací

najednou, tedy něco jako interní procesorový multitasking. Ten umožňuje

procesoru simultánní zpracování více aplikací. Až do zavedení této technologie

pracovaly procesory buď tak, že zpracovávaly nejprve jednu úlohu a po jejím

dokončení začaly s druhou, nebo tak, že vykonávaly na přeskáčku obě aplikace.

Pokaždé se však jednotlivé části procesoru zabývaly jen jedním úkolem a

skutečně vytíženo bylo pouze jedno centrum procesoru. Nyní je možné, aby

zatímco ta část procesoru, zabývající se výpočtem plovoucí čárky, zpracovávala

jednu úlohu, logická jednotka nebo přístup k paměti zpracovává úlohu druhou, a

to současně. Celkový výkon procesoru může za použití této technologie vzrůst až

o 30 procent to ovšem pouze v případě, že se jedná o aplikace optimalizované

pro technologii Hyper-Threading. Při práci se softwarem nepodporujícím tuto

technologii se žádného zvýšení výkonu nedočkáme. Zde musíme podotknout, že

například Windows XP tuto technologii podporují, a v seznamu jiných aplikací

nalezneme například Adobe Photoshop (podle Intelu u něj činí nárůst výkonu 26

procent).



Druhou výhodou má být rychlejší odpovědní doba procesoru, která by měla

urychlit práci se všemi aplikacemi ať již byly nebo nebyly napsány pro

Hyper-Threading. V době uzávěrky jsme měli k dispozici pouze výkonnostní

výsledky Intelu, ale snad už v příštím čísle přineseme kompletní test tohoto

procesoru, obohacený o naše vlastní poznatky.



Tolik ale k současným produktům a technologiím Intelu podívejme se raději pod

tu slibovanou pokličku, již například na vývojářském fóru IDF nadzvihl

viceprezident a hlavní technolog Intelu Pat Gelsinger. Ten potvrdil zájem

Intelu v budoucnu zvyšovat vedle výkonu klasických čipů pro PC i výkon

procesorů pro mobilní telefony a síťové prvky. Křemíkový základ jejich

procesorů by měl být osazen novými materiály a strukturami, jež by do budoucna

vylepšovaly jejich komunikační a výpočetní vlastnosti.



Nárůst výkonu je nerozlučně spojen se zvyšováním počtu tranzistorů a nárůstem

elektrického proudu, který procesorem protéká. Proto se zájem vývojářů zaměřuje

i na způsob, jak zajistit, aby procesorem mohlo protékat větší množství proudu

a přitom omezit jak jeho teplotní únik, tak zabránit tranzistorům před

shořením. Intel vyvíjí nové metody, které mu umožní na čip umístit více

tranzistorů a při použití nových způsobů přenosu dat snížit napájení a celkovou

teplotu procesorů. Jelikož křemík, který se dnes k výrobě procesorů používá,

není nejideálnějším materiálem co se týče rozptylu tepla, pracuje Intel také s

novým druhem materiálu, křemíkovým Germaniem, jehož větší využití se

předpokládá při přechodu na 9mikronový výrobní proces, který má začít koncem

letošního roku. Tento materiál je lepším elektrickým vodičem a může pomoci

zvýšit výkon procesoru. Bohužel je také dražší, takže Intel jej zatím bude

využívat pouze pro výrobu komunikačních zařízení, jak jsou například síťové

komponenty. V této souvislosti je také zajímavý záměr Intelu vyrábět v budoucnu

větší škálu procesorů určených pro specifická odvětví a požadavky. Architektura

mikroprocesoru se tak bude více přizpůsobovat zařízení, pro něž bude čip určen.

V polovině tohoto desetiletí můžeme tedy očekávat zařízení kombinující

komponenty analogové (jako třeba přijímač rádiových frekvencí) s logickými, jež

spolu dají vzniknout například miniaturnímu a levnému rádiu, umístěnému na

jediném čipu. Pro běžné uživatele to bude znamenat, že jakékoliv zařízení s

procesorem Intel bude ve výsledku zdarma obsahovat funkce pro bezdrátový přenos

dat.



I přese vše, co jsme v tomto článku řekli, se však ještě nemůžeme těšit na jiné

než křemíkové mikroprocesory. Křemík bude jako základ čipů sloužit ještě

přinejmenším další desítku let. Čipy budou obohacovány o nové technologie a

způsoby přenosu dat, budou více diverzifikované, ale hlavním směrem vývoje bude

miniaturizace tranzistorů a zvyšování jejich množství na čipu. S tím, jak se

ale budou nanometry stávat příliš velikou jednotkou, bude však třeba neustále

přepracovávat nejen logiku čipu, ale zajisté se objeví i nové technologie, bez

nichž by nebyla plánovaná miniaturizace (často již dnes laboratorně odzkoušená)

schopná masové produkce.



Dnes pracují nejmodernější procesory na 0,13mm technologii, ale již v polovině

příštího roku by se měly začít vyrábět čipy osazené 0,09mm tranzistory. Již

před rokem jsme přinesli informace, že v laboratořích Intelu už tehdy pracoval

procesor s tranzistory o velikosti 0,065 mm (65 nm) ten se začne ve velkém

vyrábět asi v roce 2005, a někde ještě hlouběji v trezoru možná odpočívá již

hotový procesor o velikosti 0,045 mm (45 nm), který se má začít vyrábět v roce

2007 (má obsahovat miliardu tranzistorů a jeho taktovací frekvence bude

škálovatelná až k 20 GHz). Existují plány vedoucí ještě dále do budoucnosti,

ale ty jsou založeny na výzkumech, které se teprve rozbíhají.