Moorov zákon žije ďalej! – Tektonické pohyby vo svete výpočtových technológií navždy zmenia informatiku

7
paralelny pocitac cpu

V posledných 70-tich rokoch si ľudstvo užívalo exponenciálne zvyšovanie výkonu počítačov. Výpočtové technológie sa vyvíjali šialeným tempom. Kúpili ste si super high-end ultra výkonný počítač s najmodernejšou CPU architektúrou? Gratulujem. O pár rokov sa z neho stane priemerný šunt, na ktorom už nerozbeháte ani nové hry.

Moorov zákon však podľa mňa stále vládne svetu výpočtovej techniky.

Tak kde sú tie rýchle procesory?

Takto nejak to fungovalo približne do roku 2012-2013 a potom sa niečo pokazilo. Rast výkonu počítačov a notebookov sa výrazne spomalil. Už to nebol dvojnásobok každé dva roky. Ani zďaleka. Vidno to napríklad pri pohľade na stránku userbenchmark.com, kde ľudia posielajú výsledky výkonnostných testov svojich zariadení.

Pozreli sme sa na porovnanie procesorov i7-4790k (rok 2013) a i7-9900k (rok 2018). Nie je to úplne férové porovnanie, pretože CPU z roku 2018 má osem jadier. Intel ho však nevybavil hyperthreadingom. CPU z roku 2013 má štyri jadrá, plus hyperthreading.

Priemerná rýchlosť novšieho procesoru je však vyššia iba o 40%! To znamená, že päť rokov staré CPU s polovičným množstvom fyzických jadier nie je o moc pomalšie, než najnovšia i-sedmička! Iste, ide o syntetické benchmarky, ale ono to vlastne celkom sedí. Desktopové počítače sa za posledných päť rokov zlepšili hlavne v oblasti grafických kariet, pamäti a trochu subjektívne, z hľadiska dizajnu (RGB horúčka – ou yeah). Pri upgadovaní starých počítačov stačí vymeniť tieto komponenty. Staré CPU vás väčšinou nebude obmedzovať.

Intel a jeho desaťročný monopol

Problém je v tom, že porovnávame dva modely CPU od Intelu – firmy, ktorá v posledných desiatich rokoch nemala absolútne žiadnu konkurenciu a mohla si dovoliť iba mierne vylepšovať svoje produkty a ľudia si ich aj tak kúpili. Nikto predsa nebude kupovať shitné CPU-čka od AMD, ktoré sa navyše prehrievajú! Však?

A potom sa ta všetko zmenilo. AMD vstal ako fénix z popola a prišiel na trh s novou Zen architektúrou a Ryzen procesormi. 8 jadier! 16 vláken! 20 MB cashu! Infinity Fabric! Nízke ceny! Vyšší výkon! Aj ja osobne som sa nechal zlákať a v mojom desktope tiká Ryzen druhej generácie.

A keď už sme pri druhej generácii, AMD v nej zvýšilo počet jadier na 16. Ich najnovší Threadripper procesor má dokonca 32 jadier. A to všetko za ceny, ktorým Intel nedokáže konkurovať.

Spoločnosť AMD pochopila jednu dôležitú vec. Kvantita je dôležitejšia, než kvantita a trh s počítačmi bol pridlho zaseknutý na štvorjadrových procesoroch. Argumenty Intelu typu, „štyri jadrá predsa stačia a žiadny program nevie využiť viac“ sú pravdivé iba preto, lebo žiadne populárne CPU ich nikdy viac ani nemalo!

To sa však veľmi rýchlo mení a AMD bude v roku 2019 kraľovať na trhu s desktopovými procesormi. AMD dnes ponúka výkonnejšie CPU než Intel, vyrába ich pokročilejším 7-nm procesom (oproti chystanému 10-nm procesu od Intelu) a čoskoro predstaví tretiu generáciu svojich Ryzen a Threadripper čipov!

A tak skončil 10-ročný monopol Intelu.

Moorov zákon stále platí, avšak výrobcovia výpočtovej techniky sa už nemôžu spoliehať na zmenšujúci sa výrobný proces. Ladenie súčasných technológií, zvyšovanie rýchlosti zberníc a počtu jadier procesorov (v blízkej budúcnosti aj 3D-stacking) zabezpečia pokračovanie Moorovho zákonu v najbližších dekádach. V opačnom prípade Intel, Nvidia a AMD skrachujú. Na trh totiž vchádza nový hráč, ktorý poriadne mieša karty.

Môže vás zaujímať

Inžinieri predstavili prvý kompletný dizajn kvantového počítača!

Moment! Nezabudli sme na niečo?

Celý čas sa pozeráme iba na desktopové procesory. Ale čo CPU-čka využívajúce ARM-ové jadrá?

ARM-ové procesory sa používajú prevažne v zariadeniach s mobilným operačným systémom (Android, iOS), teda v smartfónoch, tabletoch a chromebookoch. Spoločnosť ARM nevyrába celé procesory. Špecializuje sa iba na dizajn jadier a licencie na ich využívanie potom predáva ostatným spoločnostiam. Tento prístup z ARM-u čoskoro spraví kráľa výpočtových technológií. Je dosť možné, že v najbližších rokoch ARM-ové procesory začnú prenikať z trhu so smartfónmi a tabletmi do notebookov, desktopov a hlavne, do lukratívneho biznisu so servermi.

Vlastne nie v najbližších rokoch. Ono sa to už deje!

Výhody ARM-ových procesorov

Jadrá od spoločnosti ARM využívajú inú inštrukčnú sadu, než čipy od Intelu a AMD. To je dôvod, prečo programy skompilované pre x86 alebo x64 procesory nefungujú na ARM-ových zariadeniach bez použitia emulátora. Inak povedané, program určený pre Intel alebo AMD poriadne nespustíte na Snapdragone od Qualcommu. Presne preto sú Intel a AMD aspoň nateraz v bezpečí.

Jadrá od ARM-u však v posledných rokoch prekonali veľa prekážok. Najvýkonnejšie čipsety od Applu (A12X Bionic), Qualcommu (Snapdragon 855) a Samsungu (Exynos 9820) sú výkonovo porovnateľné s CPU-čkami rady Core i7 a Ryzen 7. Oproti svojim konkurentom zo sveta notebookov a desktopov však spotrebujú oveľa menej energie. To je presne dôvod, prečo Apple a Microsoft tak strašne tlačia na podporu ARM-ových procesorov. Veľmi dobre vedia, že ten, kto to dokáže prvý na chvíľu získa veľkú výhodu. Bude totiž schopný svojim zákazníkom ponúknuť notebook s 2x väčšou výdržou batérie!

Spotreba, spotreba, spotreba

Nízka spotreba ARM-ových čipov sa pozdáva aj enterprise zákazníkom. Pomer spotreba-výkon ich zaujíma oveľa viac, než pomer cena-výkon a aj preto už dnes existujú cloudové výpočtové systémy, ktoré čiastočne alebo úplne používajú ARM.

Mimochodom, ARM sa viac páči aj Amazonu, ktorý tieto jadrá využíva na výrobu svojich vlastných procesorov. Zákazníci ich cloudovej služby Amazon AWS si tak užívajú o desiatky percent nižšie ceny, než aké ponúka konkurencia. Amazon pritom pôvodne vývojom  svojich špeciálnych procesorov poveril AMD. Ten však so svojou technológiou nebol schopný konkurovať prísľubu, ktorý dal Amazonu ARM.

Nakoniec, nízka spotreba ARM-ových procesorov je hlavný dôvod, prečo sa Intelu a Nvidii, aj napriek obrovskej snahe, nepodarilo preniknúť do segmentu so smartfónmi a tabletmi. Výpočtovej technológii od spoločnosti ARM a jej partnerov dlhodobo nikto nedokáže konkurovať.

Sú ARM-ové procesory budúcnosťou výpočtovej techniky?

ARM-ová technológia vyzerá naozaj dobre. Nízka spotreba, nízka cena, veľa výrobcov (zn. väčšia konkurencia – Apple Qualcomm, Samsung, Huawei, TSMC, Amazon…) a tiež VIAC JADIER!

32-jadrové procesory od AMD síce na papieri vyzerajú dobre. AMD však nemôže spraviť ďalší krok a v novej generácii ponúknuť 64-jadrové monštrá. Takéto procesory by boli príliš veľké a ich výroba by bola drahá. Nehovoriac o spotrebe a teple.

Na druhej strane, procesory využívajúce jadrá od ARM-u boli vždy známe veľkým počtom jadier. Sarka! Môj tablet mal osem jadier už pred piatimi rokmi! To je pre mobily a tablety ideálny počet. Notebooky by v blízkej budúcnosti mohli prísť so 16 a 32-jadrovými ARM procesormi, desktopy by mohli dostať 64, 128 alebo aj 256 jadier a enterprise zákazníci? Tí budú používať 512 alebo 1024-jadrové gorily.

Moorov zákon žije!

Zvyšovanie počtu jadier je skutočnou odpoveďou na otázku umierajúceho Moorovho zákonu. ARM si v blízkej budúcnosti Intelu, AMD a Nvidii ukrojí z koláča. Uvidíme, s akou odpoveďou prídu tieto tri spoločnosti. Budú schopné upraviť architektúru svojich procesorov tak, aby vedeli konkurovať výrobcom využívajúcim jadrá od ARM-u?

Dúfajme, že áno. Dúfajme, že o desať rokov budeme mať niekoľko paralelných výpočtových technológií a každá z nich bude mať svoje výhody a nevýhody. Dúfajme, že ešte dlho budú všetci bojovať, predháňať sa a ukazovať nám, obyčajným ľuďom, že práve ten ich produkt je najlepší.

Dúfajme, že programátori budú držať krok s meniacim sa svetom. Dúfajme, že v blízkej budúcnosti bude jednoduchšie vytvárať paralelné programy. Nebuďme hlúpi. Moorov zákon stále žije! Stojíme na začiatku skutočnej revolúcie vo výpočtovej technológii. Posledných 70 rokov sme vylepšovali samotné jadrá, teraz je čas tieto jadrá pospájať a začať využívať výhody paralelných algoritmov.

A to navždy zmení informatiku

Tí, ktorí vedia čo sú to paralelné algoritmy a kedysi sa v škole učili o hradlových sieťach si určite vedia predstaviť, aký obrovský skok to bude (neurónové siete)

Čím zakončiť tento dlhý článok ktorý nemá absolútne nič spoločné s kryptomenami?

O(n logn) >> O(logn)

Viete na čo myslím?

Hint: sort

7
Leave a Reply

avatar
4 Comment threads
3 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
5 Comment authors
Samuel SlavkovskýRTW-KingmichalPhacklejko4 Recent comment authors
  Subscribe  
newest oldest most voted
Notify of
lejko4
Guest
lejko4

super clanok, poprosim pokracovat dalsim clankom prave o paralelnych algoritmoch / neurovnove siete 😉

Phack
Guest
Phack

Super článok ! 👍👍

michal
Guest
michal

super dik

RTW-King
Guest

Waw… Prečítal som to na jeden dych… Tento článok odľahčil tie večné dohady a prognózy o kryptomenách… Dokonca sa v ňom ani raz nespomenul Bitcoin… 😀 Toto si fakt zaslúži pokračovanie… Je to príjemná zmena. Ďakujem.