CpuTech 1011/9

Неизбежна ли смена караула?

Три года назад Internet Explorer являлся лидирующим веб-браузером в мире. Сейчас на первое место вышел Google Chrome. Сегодня компания Qualcomm – ведущий игрок на рынке "систем на кристалле" для мобильных устройств (MSoC – mobile system-on-a-chip). Но пройдёт менее трёх лет и на смену нынешнему лидеру придёт компания Intel.

Конечно, это очень смелое утверждение. Но наша команда следит за развитием компьютерной индустрии вот уже более 15 лет и мы предпочитаем думать, что подобный опыт позволяет увидеть то, что нас ждёт. Мы увидели, что AMD и Intel продолжат выяснять отношения между собой, архитектура ARM оттеснит MIPS и Super-H на обочину рынка мобильных решений, а графика PowerVR и BitBoys, наоборот, воспрянут из пепла.

Мобильные "системы на кристалле" – MSoC – будут оставаться горячей темой в ближайшие три года, так что вам предстоит увидеть много прогнозов. Будут и совершенно безумные прогнозы, вроде того, что Intel якобы планирует купить Qualcomm в ближайшее время.

Наш анализ показывает, что Intel сконцентрируется на создании собственных решений, чтобы занять лидирующие позиции на этом рынке.

Что стоит за спецификациями и пресс-релизами

Технические спецификации и анализы архитектуры сильно отличаются от реального воплощения и результатов тестов в реальных приложениях. Когда в обзорах обсуждаются разработки тех или иных производителей, речь обычно идёт об абстрактных технологиях. Но не компании создают технологии – это делают отдельные люди.

В качестве примера приведём футбольные команды. "Спартак", возможно, мог бы быть лучше соперников в последние годы, но отдельные игроки и тренеры, вроде Кержакова и Спаллети, делают из "Зенита" команду-чемпиона. Проще говоря, когда речь идёт о покупке всей компании, покупатель редко хочет получить именно всю компанию – более вероятно, что он платит за доступ к определённым патентам и, ещё важнее, за ключевых талантливых индивидуальностей, которые определяют место приобретаемой компании на рынке.

Подводя итог, можно заключить, что будущее рынка MSoC будет зависеть, во-первых, от архитектуры SoC, во-вторых – от культуры производства, в-третьих – от реализации графики.

Чтобы у наших читателей не возникало подозрений в нашей предвзятости, поясним отдельно: мы не владеем акциями ни одной из упомянутых компаний и стремимся к объективному анализу на основе технологий той или иной компании, представленной на рынке.

"Пролог": архитектура CPU

Многие люди считают, что все современные MSoC устроены одинаково. Вендор покупает лицензию на ядро архитектуры ARM одного из последних поколения (Cortex-A9 или Cortex-A15), объединяет данное ядро ARM с графическим процессором вроде Mali или PowerVR, добавляет "обвязку" в виде памяти и интерфейса ввода/вывода – всё, готов новый процессор.

Такой подход подразумевает, что все лицензированные ARM-ядра работают сходным образом. Однако, более опытные энтузиасты знают, что ARM – это набор инструкций. Конечно, компания может приобрести архитектуру ARM, но и в этом случае она может быть усовершенствована в дальнейшем. В последних версиях мобильных устройств Apple и Samsung мы видим следы подобной эволюции.

Но существует и другой подход, когда компания создаёт оригинальный чип на основе собственной архитектуры, не используя наработок ARM. Именно это делает Qualcomm в своём ядре Scorpion, а также новой архитектуре Krait. nVidia собирается пойти по тому же пути, представив Project Denver – мощный ARM-совместимый процессор для настольных ПК, реализованный на основе собственных наработок и доставшихся nVidia технологий PortalPlayer, Transmeta и ULi.

Но вычислительное ядро – это лишь одна из составляющих общей производительности системы. Необходимо учитывать и другие факторы, такие как пропускная способность памяти, архитектура шины, политика кэширования. И дело не только в пропускной способности, но и в латентности памяти. Всё это было одной из причин, вследствие которых AMD Athlon 64 в своё время превзошёл Intel Pentium 4, а сейчас является одной из причин, определяющих превосходство Apple iPad 2 в скорости и отзывчивости над решениями конкурентов. Таким образом, вопрос не сводится к архитектуре процессора как таковой.

Чтобы предсказать, какая компания будет доминировать на рынке MSoC через три года, нам необходимо прояснить для себя два следующих момента: какая команда разработчиков имеет наиболее оптимальный подход для достижения максимальной "чистой" производительности и какая команда, наиболее вероятно, обеспечит наименьший уровень энергопотребления.

"Чистая" производительность CPU

Давайте поговорим о "чистой" производительности CPU перед тем, как начнём разговор о потреблении энергии. Не вызывает сомнений, что сегодня Intel имеет лучшие ресурсы, чтобы выпускать самые быстрые процессоры. ARM и Qualcomm предстоит пройти те же "болезни роста", которые для Intel и AMD остались далеко позади.

В следующем поколении процессоров Qualcomm перейдёт от частичного соответствия OoD-дизайну (out-of-order, внеочередное исполнение команд), заложенного в нынешней архитектуре Scorpion, к новой архитектуре Krait, которая полностью поддерживает внеочередное исполнение команд. Это означает, что процессор будет выполнять инструкции не в порядке их следования в коде программе, а при доступности данных в регистрах процессора. Инструкции могут быть переупорядочены для улучшенного параллелизма, что обеспечивает более эффективную пиковую утилизацию ресурсов CPU, повышая эффективность процессора.

Вместе с тем, Qualcomm переходит здесь на неизведанную для неё территорию, где её инженеры имеют намного меньше опыта. Что касается ARM, то она уже имеет определённый опыт с собственным ядром Cortex-A9, совместимым с OoD-дизайном.

Но даже в свете грядущего выхода Cortex-A15, ARM сохранила резерв выделенных инструкций для каждого блока вычислений. Хотя Intel и AMD в прошлом использовали выделенные наборы инструкций, в данный момент обе компании стали использовать унифицированный набор, что позволило увеличить производительность и более полно задействовать ресурсы процессора.

В отличие от ARM, Qualcomm стремится сразу перейти на унифицированный набор инструкций. В процессоре Pentium Pro, где впервые была реализована идея внеочередного исполнения команд, использовался именно такой подход, и Qualcomm вполне по силам успешно перейти на унифицированный набор без промежуточных этапов.

Что касается Atom, то в данном случае более разумно говорит не о перспективах, а о переосмыслении накопленного Intel опыта. Изначально Atom – это одноядерный процессор, который более напоминает старый Pentium, нежели что-то современное. Но при равных условиях этот процессор всё равно быстрее, чем нынешние конкуренты из мира ARM.

Требования к производительности растут и опыт Intel, полученный за последние 10 лет, вполне может воплотиться в новых модификациях Atom. Мы слышали, что Atom перейдёт на OoF-дизайн спустя пять лет после своего появления – то есть речь идёт о 2013 годе. Таким образом, если оставить за рамками вопрос энергопотребления, почти не остаётся сомнений, что Intel сможет предложить более производительные процессоры для портативных устройств, чем процессоры на архитектуре ARM.

"Чистая" производительность всей платформы

То же самое можно сказать о пропускной способности и латентности памяти. За исключением решений Apple, современные MSoC имеют весьма посредственный запас производительности. Шина памяти, используемая Apple, уникальна для современных "систем на чипе".

Микропроцессорное подразделение Apple сформировано из приобретённой корпорацией фирмы P.A. Semi – ведущего разработчика процессоров DEC Alpha и StrongARM, – в состав которой позже вошла поглощённая Apple компания Intrinsity. От последней были позаимствованы идеи Пола Никсона (Paul Nixon) – выдающегося инженера микропроцессоров и основателя Intrinsity, ныне работающего в отделе MCU компании Texas Instruments.

У нас ещё будет возможность увидеть высокопроизводительные шины памяти от ARM, TI и Qualcomm. Линейка Tegra от nVidia лишена полноценной шины памяти и уступает конкурентам: новые SoC Tegra 3, смартфоны и планшеты на которых ещё даже не появились на рынке, по пропускной способности памяти уступают прошлогоднему Apple A5.

Но всё-таки мы не сбрасываем nVidia со счетов, так как эта компания имеет опыт разработки кольцевой структуры шины памяти NV2, которая отлично показала себя в платформе nForce2, и опыт с перекрёстным контроллером памяти, применяемым в графических процессорах nVidia. Но пока шине памяти в линейке Tegra не уделялось приоритетное внимание.

Intel, с другой стороны, всегда уделяла должное внимание производительности платформы в целом (чтобы в этом убедиться, достаточно взглянуть на нынешнюю платформу Sandy Bridge-E). Но мы снова видим, что для Intel в данный момент необходимо уделить более пристальное внимание снижению энергопотребления, а не заниматься только наращиванием производительности.

"Чистая" производительность в беспроводных сетях

Intel не имеет опыта с сетями 3G/LTE. Зато послужной список Intel в деле повышения производительности сетей стандарта IEEE 802.11 весьма велик. Платформа Centrino вывела Intel в лидирующие производители аппаратного обеспечения мобильных ПК.

С приобретением компании Infineon Wireless, Intel получила значительный опыт работы с сетями 3G/LTE. С другой стороны, Qualcomm всегда имел здесь сильные позиции. Но компании потребовалось приобрести Atheros, чтобы получить доступ к технологиям, связанным с реализацией беспроводного интерфейса 802.11.

С точки зрения беспроводных технологий, Qualcomm играет ведущую роль в сетях 3G. Но в сетях LTE преимущество уже не столь заметно. И Intel, и Qualcomm также сталкиваются с давлением со стороны nVidia, владеющей Icera – производителем baseband-процессоров, – и со стороны Samsung, NTT DoCoMo, Fujitsu и NEC, которые также развивают продукты 3G/LTE.

Производительность: общие выводы

В ближайшие три года ARM и Qualcomm потребуется вложить значительные средства для увеличения производительности CPU. Инженеры этих двух компаний зашли на неизвестную территорию, пытаясь развивать технологию тем же самым путём, который процессоры архитектуры x86 прошли несколько лет назад.

С точки зрения "чистой" производительности – то есть оставив за рамками вопрос энергопотребления - Intel, AMD и Apple (за счёт своих приобретений компаний Intrinsity и PA Semi) располагают самым большим людским капиталом в высокопроизводительных мобильных вычислениях. Во многом это объясняется внимательным отношением к платформе в целом, включая архитектуру шины памяти и работу с памятью. nVidia здесь является, своего рода, джокером: пока что мы видим богатый набор технологий, потенциал которого не раскрыт из-за недостаточно продуманной "обвязки" процессора.

Но, конечно, если учитывать энергоэффективность, то "системы на кристалле" являются уникальной технологией, и в этом отношении Intel Atom остаётся далеко позади.

"Поворот": производственный процесс

Причина, по которой ARM доминирует на рынке мобильных процессоров, очевидна: Intel до сих пор не смогла представить энергоэффективный MSoC. В нашем мире ещё не достаточно обеспечить впечатляющую производительность на ватт: владельцу смартфона необходимо целый день оставаться на связи, поэтому в режиме ожидания процессор для такого устройства обязан показывать впечатляющий результат. Анонсировав платформу Atom третьего поколения, носящую кодовое название Medfield, компания Intel доказала, что имеет технические наработки, позволяющие приблизиться к ARM с точки зрения энергоэффективности. 

Мы многое знаем о плюсах и минусах архитектур ARM и x86, и это правда, что Qualcomm и ARM смогли добиться большого успеха в обеспечении низкого энергопотребления. До появления Medfield никто не сомневался, что эти компании превосходят Intel на рынке смартфонов. Однако, сейчас мы видим, что привычная картина начинает меняться: спустя 4 года после появления процессоров Atom первого поколения, Intel, наконец, смогла создать процессор, который способен составить конкуренцию ARM.

Нетрудно догадаться, что произойдёт в ближайшие три года. Учитывая, что Medfield сравним с ARM нынешнего поколения, нам необходимо взглянуть на следующее поколение. Ранее мы уже отмечали, что ARM и Qualcomm столкнутся с необходимостью значительного увеличения производительности, в то время как основная цель для Intel – снижение уровня потребления энергии. 

Мы можем быть, пожалуй, наиболее объективными при взгляде на технологии производства. Intel имеет лучший завод в отрасли, что позволило ей быть вне конкуренции AMD в эпохи K6 и K7, и сохранить свои позиции, когда AMD представила эпоху успешных процессоров K8. Medfield в настоящее время базируется на 32-нм технологии и уже может конкурировать с ARM-решениями.

Следующий шаг Intel – переход на техпроцесс 22 нм с использованием транзисторов с вертикально расположенным затвором (3D FinFET – Fin Field Effect Transistor, также известные как 3D-транзисторы и "транзисторы с трёхмерной структурой затвора"). Такой переход представляет собой сразу два шага вперёд и результат мы уже оценили, когда отмечали четырёхкратный прирост производительности мультимедиа в процессорах Ivy Bridge для настольных ПК.

Если Intel продолжит идти этим же путём в дальнейшем, то она будет по-прежнему примерно на 18 месяцев опережать конкурентов с точки зрения технологии производства. Как только конкуренты начнут поставлять 28-нм чипы, Intel уже перейдёт на техпроцесс 22 нм и ещё больше времени пройдёт, прежде чем они смогут начать производство чипов с дизайном FinFET. Это даст Intel дополнительные 20-30% снижения потребления энергии над её нынешней технологией при вдвое большей плотности транзисторов.

Технология High-K/Metal Gate

Пока же производители решений на ARM соревнуются в том, чтобы обеспечить выпуск MSoC с поддержкой технологии диэлектриков с высоким значением диэлектрической постоянной (high-K) и металлических затворов (metal gate). За исключением Intel и Samsung, все прочие игроки на рынке зависят от внешних разработок, созданных IBM, Globalfoundries и TSMC. Samsung также открывает свои ноу-хау другим производителям, так что корейского производителя также можно упомянуть в данном списке.

Qualcomm подписал контракт с Globalfoundries для производства своих 28-нм MSoC. Globalfoundries использует 28-нм техпроцесс в сочетании с технологией high-k/metal gate. Отметим, что производство чипов Globalfoundries основывается на принципе "Gate-First": сначала осуществляется депонирование пластин, а затем – обжиг. То же самое сейчас делают IBM и Samsung. До перехода на 20-нм техпроцесс эти компании не пытаются перейти на технологию "Gate-Last".

TSMC располагает собственным производством чипов, в котором используется более совершенная технология "Gate-Last". Предполагается, что именно на фабрике TSMC будут выпускаться новые чипы Apple A6.

Что касается Intel, то её техпроцесс всегда основывался на технологии "Gate-Last". 

Технологии "Gate-First" и "Gate-Last" описывают, каким образом современные high-k диэлектрики с металлическими затворами внедряются на пластины. Если выражаться обывательским языком, то речь идёт о переходе от производства чипов на основе чистого диоксида кремния к чипам, содержащим иной изолятор – гафний. При использовании подхода "Gate-First" металлический затвор и гафниевые компоненты внедряются в подложку перед обжигом. Вариант "Gate-Last" подразумевает, что пластины вначале обжигаются и лишь затем внедряются примеси в затворы будущих транзисторов.

Подход "Gate-First" обеспечивает более высокую плотность транзисторов, что является преимуществом с точки зрения производительности. Однако, такой подход приводит к увеличению процента брака и, как следствие, повышению стоимости чипов. "Gate-Last" более выгоден для производителей, так как надёжнее с точки зрения производства. Однако, в этом случае при разработке дизайна чипов существуют более строгие правила, с которыми приходится считаться. Intel поставляет чипы с диэлектриками high-k начиная с ядра Penryn, представленного в 2007 году. Globalfoundries не производил коммерческих чипов с использованием технологии high-k до 2011 года.

Intel не ошибается, отдав предпочтение технологии "Gate-Last". Компания имеет богатый послужной список изготовления чипов с применением диэлектриков high-k – это процессоры архитектуры Penryn, Nehalem и Sandy Bridge. Qualcomm, возможно, ошибается, выбирая технологию "Gate-First". Globalfoundries имеет отлаженный процесс "Gate-First", который используется при производстве APU от AMD. К сожалению, как отмечено в отчёте AMD за третий квартал 2011 года, выход годных APU были не столь высок, как рассчитывали в AMD, что привело к меньшему уровню доходов, чем ожидалось.

"Gate-First" или "Gate-Last"?

Важно отметить, что решение TSMC перейти на дизайн "Gate-Last" войдёт в историю, как подчёркивает старший вице-президент компании, отвечающий за направление R&D. Одной из причин, вследствие которых использование технологии "Gate-First" приводит к более низкому проценту выхода годных чипов, является необходимость крайне осторожно контролировать пороговые напряжения, так как каналы N и P-типа выполнены из одного и того же металла.

В полупроводниковой отрасли пытались обеспечить тщательный контроль порогового напряжения пару десятилетий назад и обнаружили, что этот подход оказался очень сложным. Дизайн "Gate-Last" не требует столь же высокого уровня контроля, так как в каналах N и P-типов используется разный металл. Да, вы немного теряете в плотности транзисторов, но потери от забраковки чипов при использовании технологии "Gate-First" существенно выше, и в данном случае более разумно проиграть битву, чтобы выиграть войну.

Перевод технологии производства с "Gate-First" на "Gate-Last" - не тривиальная задача. Она требует дополнительное время на редизайн процессора. По этой причине вендоры не могут просто перевести производство своих нынешних процессоров от Globalfoundries на фабрику TSMC, не привнося изменений в архитектуру самих процессоров.

Судя по всему, Qualcomm не может обеспечить процент выхода готовых чипов на том уровне, к которому он стремится, используя подход "Gate-First". На мероприятии IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2010), проходившем в Сан-Франциско, Qualcomm заявила, что не планирует использовать технологию high-k/metal gate в большинстве своих продуктов на основе 28-нм техпроцесса. И это большой минус для Qualcomm.

Выводы

В процессорах Medfield Intel использует 32-нм техпроцесс с использованием дизайна high-k, что обеспечивает превосходство над нынешним поколением ARM-процессоров, которые производятся по техпроцессу 40/45 нм.

В следующем поколении процессоров Atom Intel перейдёт на 22-нм техпроцесс и технологию FinFET, что равноценно сразу двум шагам в совершенствовании технологического процесса. Qualcomm собирается перейти с 45-нм на 28-нм техпроцесс (1,5 ступени), но не может перейти на технологию high-K, а это значит, что придётся пожертвовать тактовой частотой и энергопотреблением.

Apple и nVidia планируют производить свои чипы нового поколения на фабрике TSMC. Apple перейдёт от 45 на 28 нм high-k (1,5 ступени), nVidia – от 40 нм на 28 нм high-k (1 ступень). 28-нм техпроцесс с технологией high-k обеспечит превосходство в производительности над следующим поколением чипов Qualcomm, выполненных по 28-нм техпроцессу.

Если привести все эти новости к общему знаменателю, то мы видим, что Intel извлечёт наибольшую выгоду с точки зрения производительности и энергоэффективности от перехода на новый техпроцесс. Компания Qualcomm, затеявшая азартную игру с 28-нм техпроцессом на основе технологии "Gate-First", могла бы извлечь пользу от более высокой плотности транзисторов, но это преимущество нивелируется высоким процентом забракованных чипов. Из-за этого Qualcomm придётся сделать шаг назад и использовать 28-нм техпроцесс на основе диоксида кремния.

Но не всё так просто – нельзя рассуждать о производительности или эффективности новых процессоров лишь на основе нюансов их производства. Чтобы представить процессор, который способен выдержать конкуренцию на рынке, Qualcomm приходится опробовать новые приёмы, вроде внеочередное исполнение команд (OoD) и усовершенствованной архитектуры памяти. Все эти функции впервые появятся в ядре Krait, но их реализация должна быть безупречна. С другой стороны, у Intel всё уже и так весьма неплохо с процессором Atom, в котором не используются многие из технологий, опробованных Intel за последние 10 лет проектирования процессоров x86.

Несомненно, Intel всё равно будет совершенствовать свой технологический процесс. Пока конкуренты пытаются реализовать техпроцесс high-k/metal gate, аналогичный используемому Intel уже сейчас, лидер процессорного рынка ещё год назад публично представил экспериментальный процессор Claremont на основе технологии Near Threshold Voltage, суть которой заключается в переключении транзисторов из одного состояния в другое при напряжении, близком к пороговому (менее 10 мВ). Интересно, что данный чип также представляет собой современную реинкарнацию древнего ядра Pentium – точно так же, как и Atom.

Таким образом, Intel лидирует с точки зрения архитектуры и производственной базы. Но остаётся ещё один важный компонент, который определяет производительность "системы на чипе" – встроенная графика.

История PowerVR

В 2011 году на рынке мобильной графики ведущую роль играли два GPU – PowerVR и Adreno от Qualcomm. Оба исторически восходят к маргинальным продуктам 1990-х годов, разработанным для архитектуры x86.

Ещё в 90-х годах британская компания Imagination Technologies, известная тогда как VideoLogic, разработала оригинальную систему рендеринга графики и создала несколько процессоров для настольных ПК, для производства которых использовалась производственная база компании NEC. На основе этих графических процессоров были созданы видеокарты Matrox m3D, Voodoo Graphics, а в 1998 появился усовершенствованный процессор PowerVR 2DC, который нашёл применение в игровой приставке Sega Dreamcast и игровых автоматах Naomi.

Процессоры PowerVR стали первым потребительским продуктом, где использовалась технология отсроченного текстурирования (deferred renderer): текстурируются только видимые полигоны, в то время как области перекрытия полигонов при рендеринге не учитываются.

Использовавшиеся в то время графические чипы обсчитывали все полигоны, даже если человек перед экраном не увидит результат рендеринга некоторых из них. Таким образом, по сравнению с классическая схемой рендеринга, технология PowerVR позволяет значительно увеличить эффективность использования шины памяти, которая используется для хранения текстур и как кадровый буфера, а также повысить скорость заполнения полигонов (fill rate).

Проблема чипов PowerVR заключалась в том, что команда разработчиков состояла из математиков и инженеров, не имеющих опыта в создании чипов и игровой графики. В оригинальном процессоре PowerVR PCX отсутствовала билинейная фильтрация. Как результат, покупатели видеокарты за $300 наблюдали столь же пикселизованное изображение, как любой владелец приставки PlayStation первого поколения. В это же время игровая приставка Nintendo 64 и видеокарта 3Dfx обеспечивали билинейную фильтрацию и выдавали сглаженную картинку – без артефактов пикселизации.

Нельзя сказать, что билинейная фильтрация – особенно сложная веешь, про неё инженеры просто забыли, разрабатывая данный чип. VideoLogic быстро исправил данный минус, представив графический процессор PowerVR PCX2, обеспечивающий билинейную фильтрацию, а также более высокую тактовую частоту.

К сожалению, команда разработчиков PowerVR не включала людей, имеющих опыт в разработке игровой графики. В результате, они не предполагали необходимость наложения текстур src*dst, который используется при обработке цветного освещения – например, эффектных взрывах, лазерных лучах, необычных инопланетных пейзажах. Опять же, в реализации данной технологии не было никакой технической проблемы – скорее, причина её отсутствия состояла в том, что никто не думал о необходимости данного режима наложения текстур.

Всё должно было измениться с появлением PowerVR Series 2 – платформы, которая использовалась в игровой консоли Sega Dreamcast. Аналог данного чипа для ПК мог бы стать самым популярным GPU. К сожалению, VideoLogic столкнулась с рядом проблем, связанных с дизайном процессора. В частности, одна из проблем была связана с курсором мыши в среде Windows.

Опять же, проблема здесь не в технологии, но тем не менее, это ошибка. Провал PowerVR Series 2 в мире ПК, в конечном счёте, привёл к тому, что компания покинула рынок высокопроизводительной графики и сосредоточилась на дизайнах с низким уровнем потребления энергии. Какое-то время компания выпускала "урезанные" с точки зрения аппаратных ресурсов процессоры PowerVR Series 3, которые имели коммерческий успех в игровых аппаратах для казино – здесь высокое качество, которое обеспечивала технология отсроченного текстурирования, вывело архитектуру PowerVR на лидирующие позиции.

Вслед за этим PowerVR перестала производить чипы на собственной фабрике, целиком переключившись на разработку – то есть пошла тем же самым путём, что и ARM. Это было лучшее, что можно было сделать в тех условиях, так как позволило сконцентрировать всё внимание на ключевых особенностях PowerVR, основанных на архитектуре и математике, а не решать проблемы, связанные с физической реализацией своих продуктов.

Оригинальная архитектура конца 90-х нашла применение в различных процессорах, что позволило PowerVR продолжить развиваться и предлагать сейчас отличную платформу для мобильной графики.

Безумная история BitBoys

Второй нынешний лидер на рынке мобильной графики – компания Qualcomm и её графическая технология Adreno. История Adreno сама по себе не представляет ничего интересного: Qualcomm выкупила данную технологию у AMD, а последняя приобрела Adreno вместе с активами ATI. ATI получила технологию Adreno, купив в 2006 году финскую компанию BitBoys.

Теперь любой, кто знает историю технологий, будет помнить, что BitBoys является одной из тех, ныне неизвестных компаний, чьё имя кануло в Лету, но чьи технологии продолжают существовать. Это весьма необычная история и мы получим удовольствие, поведав её читателям сайта THG.

Всё началось в 1991 году. В начале 90-х Финляндия являлась родиной демопати, где соревновались программисты, многие из которых были ещё студентами высших учебных заведений. Они собирались вместе и писали код, призванный выжать максимум из компьютерного "железа".

Суть соревнований заключалась в том, чтобы сжать визуальные эффекты до такой степени, чтобы данные умещались в файле невероятно малого размера и было сложно поверить, что такие демо запускаются на обычных компьютерных компонентах. Эти "упражнения" требовали высокого творческого потенциала, таланта подготовки аудио и видео, а также программистского гения.

Состязания включали такие задачи, как лучшая интродукция (с графикой и звуком) в файле размером 4 кбайт, лучший демо размером 64 кбайт (мы приводим здесь ссылки на ресурсы, так как вам самим стоит взглянуть на это). Наконец, был ещё и конкурс mega-demo, когда размер файла не был ограничен.

Одной из самых уважаемых в те годы команд была Future Crew ("Экипаж Будущего"), которая регулярно завоёвывала первые место на самом крупном демопати тех лет – Ассамблее (Assambley). Одним из ведущих программистов Future Crew был Мика Туоми (Mika Tuomi), также известный под псевдонимом Trug. Вместе со своим братом и несколькими друзьями он основал компанию BitBoys Oy. Вначале они просто зарабатывали на арендную плату и налоги, занимаясь разработкой софта для местных предприятий. Но когда на очередной Ассамблее появилось демо Second Reality, они поняли, что их призвание – 3D-графика. Как гласит Википедия, "это демо является первой публичной демонстрацией 2D- и 3D-визуализации, ставшей одной из самых зрелищных демок для PC начала 1990-х".

Появились некоторые связи и контакты, и вскоре Future Crew занялись разработкой графического чипа, известного как Pyramid3D для компании TriTech. Большинство людей считают, что этот чип стал первой "фантомной" разработкой BitBoys, так как Pyramid3D так и не вышел в серийное производство. Существовало лишь несколько прототипов печатных плат, которые демонстрировались на различных мероприятиях Microsoft.

Разработка, определённо, занимала больше времени, чем ожидалось. На этом пути BitBoys ждало несколько попыток и неудач, но, в конце концов, видеочип Pyramid3D появился на свет. Проблема заключалась в том, что компания TriTech также выпускала звуковые чипы, и в случае с ними нарушила патенты Cirrus Logic. Проиграв судебный процесс, TriTech вынуждена была выплатить огромный штраф, после чего была закрыта – до того, как Pyramid3D могла бы добраться до потребителей.

Конечно, сложно остановить команду упорных программистов. BitBoys предприняла ещё одну попытку. На этот раз они пошли в такие компании, как Real3D (разработчик графических карт, использовавшихся в авиационных тренажёрах компании Локхид Мартин, впоследствии выкупленный Intel), Rendition (была приобретена Micron), Creative Labs (впоследствии объединённая с 3DLabs), ATI, nVidia и даже Diamond Multimedia. Но никто не хотел работать с BitBoys, поэтому они решили выпускать свой собственный продукт.

Именно в этот момент BitBoys начали работать над Glaze3D, обещавшей потрясающую скорость заполнения текстур (fill rate) при объёме встроенной памяти всего 9 Мбайт. BitBoys привлекла средства, а в качестве производителя чипов выбор пал на компанию Infineon, которая имеет большой опыт в производстве памяти.

От high-end графики – к мобильной

Кай Туоми, брат Мики, начал работать над разработкой программного обеспечения, позволяющего программисту моделировать дизайн чипа в среде С, а затем преобразовать его в VHDL, используя автоматические инструменты, что затем можно было использовать при разработке чипов. Точная имитация позволила проектировать чипы в программном симуляторе до появления реальных образцов. К тому времени мир 3D-графики изменился и это означало более простую адаптацию на рынке. Glaze3D превратился в Axe, который обещал ещё более высокую производительность.

Но затем BitBoys снова не повезло.

Это случилось в 2001 году, во время первого краха дот-комов. Вендоры памяти первыми ощутили кризис и Infineon – единственная фабрика в мире, которая могла производить Axe – решила остановить производство встроенных модулей памяти.

Это означало, что BitBoys имеет работающий чип, который никто не может производить (кстати, с подобной проблемой столкнулась и компания Qualcomm, играя в азартную игру с использованием техпроцесса high-K в версии Gate-First). Но Axe всё-таки не стал очередным "фантомным чипом". Ограниченное количество процессоров Axe всё же было произведено до того, как Infineon свернул производство встроенной памяти, и BitBoys удалось показать венчурным инвесторам, на что она способна.

И это вновь не остановило команду программистов.

BitBoys начали работать над Hammer – GPU топового класса для ПК. Но разработка подобного чипа оказалось серьёзной проблемой для небольшой команды финских программистов, так как в то же время (2002 год) nVidia представила GeForce 4, а ATI начала продавать Radeon 9700/9800- а это были одни из лучших продуктов, когда-либо существовавших на рынке на тот момент.

Где-то на этом пути BitBoys встретилась компания Nokia. Финские компании заключили тайное соглашение и BitBoys начал работать над дизайном чипа для мобильной графики. Благодаря технологии Кая Туоми, удалось быстро пройти этап разработки мобильного GPU на основе кода на С и экспортировать его в FPGA – стандарт, используемый при разработке чипов. Хотя новый GPU не имел реального воплощения, производительность обещала быть весьма высокой. BitBoys, наконец, отыскал свою нишу на рынке.

В 2006 году BitBoys приобрела компания ATI и вошла в линейку продуктов Imageon. В 2009 году, после объединения ATI и AMD, подразделение Imageon было продано компании Qualcomm. На практике это означало, что около 50 сотрудников компании AMD Finland было переведено в штат Qualcomm Finland.

И именно в этот момент появился Adreno, построенный на легендарной технологии BitBoys.

Чип Adreno 225, который будет реализован в новой MSoC-платформе Krait, призван победить процессор Apple A5, оснащённой графикой PowerVR SGX 543MP2, на высоких разрешениях. Оба мобильных GPU – и PowerVR SGX 543MP2, и Adreno 225 – опережают по производительности графику nVidia Tegra 3, хотя nVidia утверждает, что её инвестиции в повышение производительности процессора в долгосрочной перспективе окажется более ценным.

Мысли в заключение статьи

В настоящий момент на рынке отсутствуют смартфоны на платформе Intel. Qualcomm в 4 квартале 2011 года извлёк прибыль 4,12 миллиарда долларов. Но всё изменится в течение ближайших трёх лет точно так же, как это некогда произошло с компанией Kodak.

Сейчас Qualcomm – компания, которая столкнулась с технологическими проблемами производства чипов (вынужденный отказ от технологии high-k при переходе на более тонкий техпроцесс), а также потеряла кадровый ресурс подразделения графических процессоров, ранее являвшийся одним из ключевых преимуществ Qualcomm на рынке.

С другой стороны, есть компания Intel, которая является лидером рынка с точки зрения технологии производства чипов, представила процессор Atom, созданный на основе 32-нм техпроцесса (на который конкуренты ещё не перешли), а также может выбирать любую графическую технологию: PowerVR, то, что предложит Siru, либо, возможно, оригинальный GPU для мобильных устройств, который создадут собственные инженеры Intel. Именно поэтому мы утверждаем с абсолютной уверенностью, что в ближайшие три года Intel опередит Qualcomm на рынке MSoC.