Леонид Черняк – История электронных компьютеров (страница 8)

Современные процессоры сочетают идеи CISC и RISC. Например, процессоры Intel и AMD содержат RISC-ядра, на которых выполняются сложные CISC-инструкции в виде микроопераций. Это позволяет сочетать богатство x86-инструкций и эффективность RISC-исполнения. ARM же остается классическим RISC с огромной экосистемой, доминируя в смартфонах, встроенных системах и серверных решениях, постоянно улучшая поддержку 64-битных расширений (ARMv8 и далее).

Период 2000–2025: Конец безальтернативности

В период с 2000 по 2025 годы архитектура x86 постепенно теряет статус безальтернативного стандарта. В мобильной и встраиваемой технике ее начинают теснить RISC-процессоры, такие как ARM и MIPS. На десктопах и серверах x86 по-прежнему удерживает позиции за счет традиций, огромной программной базы и совместимости.

В начале 2000-х развернулась «битва частот»: процессоры Athlon и Pentium 4 демонстрировали все более высокие тактовые частоты. Intel столкнулась с проблемой перегрева, а AMD выигрывала в эффективности. В 2003 году AMD представила архитектуру x86-64 (AMD64), добавив 64-битность к x86 без отказа от старых программ. Этот шаг позволил архитектуре работать с большими объемами оперативной памяти и сохранил совместимость со старым ПО.

В 2006 году Intel вернула лидерство с выходом процессоров серии Core. Переход к многоядерным решениям и энергосберегающим технологиям сделал Intel Core 2 Duo новым стандартом для настольных и серверных систем.

С 2010-х годов ARM стремительно набирает популярность в мобильных устройствах: iPhone и Android выводят x86 из мобильного рынка, а попытка Intel Atom конкурировать с ARM оказалась неудачной. В 2017 году мировое сообщество столкнулось с уязвимостями Spectre и Meltdown, которые затронули процессоры обеих архитектур.

В 2020 году Apple полностью отказалась от x86, выпустив собственные процессоры Apple Silicon (M1 и последующие), показывая, что ARM способен превосходить x86 по энергоэффективности даже на десктопе. В 2023–2025 годах x86 теряет эксклюзивность: Microsoft выпускает Windows на ARM, а специализированные ИИ-чипы (NPU, GPU, TPU) забирают часть вычислений у CPU. Сегодня x86 остается важной архитектурой для корпоративного и ПК-сегмента, но больше не является «центром мира» вычислительной техники.

Apple и ARM

Когда в 2007 году Apple выпустила первый iPhone, внутри него находился ARM11 – простой и энергоэффективный процессор. Выбор ARM был очевиден: эта архитектура идеально подходила для мобильных устройств, где важны компактность, энергосбережение и низкое тепловыделение. Уже тогда Apple поняла: архитектура важнее, чем частоты и мегабайты.

С 2010 года, начиная с A4, Apple самостоятельно разрабатывает процессоры на базе ARM. С каждым поколением (A5, A6, A7…) они становились все мощнее, опережая конкурентов по производительности на ватт. В A7 Apple впервые представила 64-битную мобильную архитектуру, чем опередила индустрию минимум на два года. К концу 2010-х чипы Apple A-серии уже были ближе к десктопному классу, чем к традиционным мобильным решениям.

С появлением iPad Pro стало очевидно: ARM-чипы Apple выходят за пределы «мобильного». A12X, A14X – это полноценные вычислительные платформы с высокой графической и вычислительной производительностью. Именно в iPad Pro архитектура Apple Silicon впервые начала напоминать то, что позже окажется в Mac.IV. Переход на

В 2020 году Apple объявила о переходе с x86 (Intel) на собственные ARM-чипы – Apple Silicon. Первый из них, M1, стал настоящим технологическим прорывом:

• Собственные высокопроизводительные и энергоэффективные ядра.

• Интеграция CPU, GPU, RAM и Neural Engine в одном чипе.

• Unified Memory Architecture: единая шина между компонентами.

• Поддержка Rosetta 2 для запуска x86-приложений без значительной потери скорости.

RISC–V: открытая архитектура, которая меняет правила игры

Еще недавно мир процессоров был жестко поделен. На персональных компьютерах – x86 от Intel и AMD, в смартфонах и встраиваемой электронике – ARM. Любой, кто хотел сделать собственный чип, был обязан покупать лицензию и играть по правилам владельцев архитектуры. Это ограничивало свободу и тормозило эксперименты.

В 2010 году в Калифорнийском университете в Беркли группа ученых решила попробовать другой путь. Они разработали RISC–V – простую и свободную архитектуру команд, которая изначально задумывалась как удобный инструмент для обучения и исследований. Но идея оказалась гораздо сильнее учебного проекта.

Главное новшество RISC–V в том, что ее спецификация открыта для всех. Это не готовый процессор, а набор правил, описывающих, какие команды понимает машина. Любая компания, университет или энтузиаст могут на ее основе создать собственное ядро: крошечный микроконтроллер для датчика, процессор для смартфона или даже чип для суперкомпьютера.

Архитектура устроена модульно. Есть минимальный набор инструкций, необходимый для запуска системы, а дополнительные возможности подключаются как расширения: арифметика с плавающей точкой, работа с векторами, криптография. Такой подход делает RISC–V гибкой: она подходит и для простейших устройств, и для высокопроизводительных решений.

Исторические корни RISC–V

RISC–V вырос не на пустом месте. Его предшественниками были ранние проекты по созданию RISC (Reduced Instruction Set Computer) – «процессоров с сокращенным набором команд».

В конце 1970-х годов Дэвид Паттерсон и его команда в Беркли создали RISC–I и RISC–II. Их идея была в том, чтобы вместо сложных и медленных инструкций сделать небольшой, но быстрый набор команд. Это оказалось эффективнее: упрощенный процессор мог работать быстрее и использовать меньше транзисторов.

Эти разработки породили целое поколение промышленных архитектур: MIPS, SPARC, PowerPC, ARM. Каждая из них добилась успеха в своем сегменте – от серверов до мобильных устройств.

Однако со временем большинство таких архитектур стали закрытыми и дорогими для лицензирования.

RISC–V, появившийся в 2010-м, стал возвращением к истокам: это пятая исследовательская архитектура из Беркли (отсюда «V» в названии). Она сохранила дух RISC – простоту и эффективность – и при этом добавила то, чего раньше не было: открытую спецификацию, доступную каждому.

Хронология развития

2010 – старт проекта в Беркли.

2014 – публикация первой версии спецификации.

2015 – основание некоммерческой организации RISC–V Foundation (позже RISC–V International).

2018–2019 – к проекту подключаются крупные компании: NVIDIA, Western Digital, Google.

2020-е – выход готовых процессоров на RISC–V, использование в IoT, контроллерах памяти, суперкомпьютерах.

Можно сказать, что RISC–V – это аналог Linux в мире железа: открытая основа, на которой каждый строит свое. И, как и с Linux, сначала это казалось академической забавой, а теперь все больше похоже на новую технологическую реальность.

Графический процессор: от рендеринга к ИИ

В начале было изображение

В 1980-х компьютеры умели показывать графику, но делали это неохотно. Центральный процессор (CPU) рисовал все – от иконки до трехмерного объекта, – а его архитектура, заточенная под последовательную обработку, страдала от перегрузки. Когда на горизонте появились видеоигры, стало очевидно: нужен новый подход.

Так появились первые графические ускорители. Они брали на себя простейшие графические операции – наложение текстур, рендеринг спрайтов – и быстро стали неотъемлемой частью игровых ПК и рабочих станций.

Рождение GPU: NVIDIA и ATI

В 1999 году NVIDIA представила GeForce 256, устройство, в котором маркетологи впервые употребили термин "Graphics Processing Unit" (GPU). Это был качественный скачок: GPU стал самостоятельным вычислительным блоком с возможностью аппаратной трансформации, освещения и обработки треугольников. CPU, наконец, перестал быть обязанным делать все сам.

Но NVIDIA не была единственным игроком. Канадская компания ATI Technologies, основанная в 1985 году, развивала собственную линию графических решений. В 2000-х ATI выпустила серию Radeon, которая составила серьезную конкуренцию линейке GeForce. Борьба двух гигантов, NVIDIA и ATI, во многом определяла темп развития всего графического рынка.

В 2006 году компанию ATI приобрела AMD, и с тех пор видеокарты под брендом AMD Radeon продолжают противостоять GeForce в ожесточенной технологической гонке.

GPU выходит за рамки

К середине 2000-х годов стало ясно: GPU умеют нечто большее, чем просто рендеринг графики. Их архитектура с десятками, а затем и сотнями ядер позволяла выполнять тысячи параллельных операций одновременно. Это было находкой для научных вычислений и инженерных задач, особенно там, где важна скорость массовых вычислений. Так появилось направление GPGPU – General-Purpose computing on Graphics Processing Units. Ключевым моментом стало появление CUDA (Compute Unified Device Architecture) от NVIDIA в 2006 году. CUDA дала программистам инструменты для написания кода, запускаемого на GPU, как на полноценном вычислительном устройстве.

С тех пор GPU применяются в: молекулярной динамике и физике высоких энергий, финансовом моделировании, криптографии и хешировании, видеорендеринге и симуляции жидкостей, биоинформатике и секвенировании генома.