OSDev

Лично я уже несколько месяцев активно делаю систему под ARM, однако этот выбор в определённом смысле стал делом случая. Дело в том, что у нас на работе исчерпали возможности уже применяющихся 8-разрядных микроконтроллеров, ну а переход на более мощные модели той же архитектуры (AVR8) дал бы лишь сравнительно кратковременный эффект. Поэтому, чтобы не иметь в дальнейшем геморроя с платформой, с моей подачи решили все перспективные разработки решили вести под ARM.

Ну вот, собственно, мне и стало интересно, а рассматривал ли кто из здесь присутствующих хоть какую-то иную платформу, кроме ПК?

Да. В будущем планирую портироваться под ARM. Из плюсов - энергоэффективность и хорошее окружение (как программное так и аппаратное), сама архитектура очень неплоха, за исключением обилия режимов процессора, назначение чуть более чем всех из них вызывает некоторое недоумение.

Присматриваюсь к PowerPC и MIPS. Но там все намного хуже с окружением.

Ну, лично я считаю и PowerPC, и MIPS абсолютно бесперспективными. Первый -- жирный CISC, в ряде аспектов ещё более навороченный, чем IA-32 (в частности, из-за того, что задумывался как прямой конкурент последнему с возможностью сравнительно лёгкой эмуляции его системы команд -- чтобы вытеснить потеснить Intel в области ПК; оттуда же, кстати, и его название). Второй -- убогий RISC со всеми недостатками этой идеологии, доказавшей за прошедшие четверть века свою ошибочность.

Что же касается АРМа... Да, обилие режимов -- это недостаток. Откуда они появились, в общем-то понятно: архитекторы хотели ускорить и упростить обработку разного рода прерываний в микроконтроллерных системах, где ОС как таковая обычно отсутствует. На практике оказалось, что такой подход неудобен: в тех случаях, когда ОС не используется, большинство прерываний тоже не нужны, ну а при наличии ОС разнообразие режимов не ускоряет, а замедляет и усложняет обработку (в конечном итоге всё сводится к тому, что процессор переходит в режим системы, в котором и выполняется основная часть обработки).

Кстати говоря, в ARMv7-M (более известных по названию семейства ядер этой архитектуры -- Cortex-M) имеется только два режима, но там откровенно перемудрили с приоритетами прерываний. Правда, назвать их АРМами можно лишь условно: конечно, это разработка одной и той же фирмы, но они абсолютно несовместимы с "настоящими" АРМами ни на уровне системной архитектуры (в т.ч. из-за разницы в режимах работы), ни на уровне системы команд (имеется только недавно появившаяся Thumb-2, в то время как у всех остальных наличие оригинальной системы команд ARM является обязательным).

Насколько я знаю, и Power и MIPS - это RISC-процессоры, так же как и ARM. Первая поддерживается и развивается IBM-ом, который обладает огромными мощностями и потенциалом. Причем поддерживается активно, о чем свидетельствует появление нашумевшего процессора Cell. Все современные игровые приставки (Sony Playstation, Microsoft XBox, Nindendo) снабжаются IBM-овскими процессорами. Одним словом, IBM может выстрелить в любой момент и любо потеснить товарищей в существуюших сегментах рынка, либо, что более вероятно, создать новые сегменты рынка. MIPS же в свою очередь, к моему удивлению, весьма и весьма успешно развивается. Я бы сказал, что x86, ARM, Power и MIPS - ведущие архитектуры на данный момент. Но из всех них наиболее доступны для разработчиков-энтузиастов именно x86 и ARM.

Кстати, в последнее время очень интересуюсь и хочу приобрести и поиграть с энергоэффективными одноплатными компьютерами от VIA на базе x86 процессора Eden ULV (1 Watt). Просто интересует разработка встроенных, кибер-физических, роботизированных систем.

PowerPC по сути, насколько помню, не является РИСКом, ну а ARM сейчас точно им не является. От того, что их так называют (а в АРМе это ещё и в названии зафиксировано), они таковыми не становятся (не станет же запорожец мерседесом, если его переименовать, даже если некоторые сходные черты имеются :) ). Изначальный АРМ был не совсем типичным, но всё ж РИСКом, однако нынешние процессоры (известные по названию их семейства ядер -- Cortex) от РИСКа унаследовали только невозможность прямой обработки данных в памяти -- ну и название, конечно. Других, не менее важных черт РИСК-процессоров у них нет.

Cell, похоже, благополучно загнулся, как загибаются и PowerPC с MIPSом. Конечно, все они могут (и будут) использоваться ещё очень долго, но никаких реальных преимуществ перед тем же ARMом они не имеют. Их сохранение на рынке объясняется больше привычкой потребителей и вопросами совместимости (если ты 20 лет клепал железки на МИПСах, то и дальше будешь стремиться к тому же, если не будет очень веских причин для "измены"), а не какими-то достоинствами этих архитектур. Кстати говоря, по-настоящему "родная" аппаратная платформа для IBM -- отнюдь не PowerPC, а её мэйнфреймы, коим скоро будет 50 лет.

Что же касается энергопотребления, то положение интеловских архитектур здесь абсолютно безнадёжно: слишком навороченная и запутанная у них архитектура, чтобы можно было обеспечить сравнимое с, например, ARMом потребление при такой же технологии производства. Конечно, выпускаемые Интелом по 22-нм технологии процессоры имеют более высокую энергоэффективность, чем какой-нибудь там 130-нм АРМ, ну так производители последних на месте тоже не стоят. В общем, Интел пока держится за счёт великолепной микроэлектроники, но не за счёт хорошей архитектуры, но в том же мобильном сегменте ей ничего не светит -- как раз по этой причине. Даже если она на короткое время сможет захватить лидерство по потреблению с помощью Атомов на особо продвинутой технологии, это даст лишь кратковременный эффект: конкуренты подтянутся, ну а при прочих равных (и даже просто близких) в плане технологии они явно выгодней за счёт более разумной архитектуры. Так что, подозреваю, Интелы (ну и АМД, естественно) будут постепенно вытесняться и из сегмента недобуков-ноутбуков, особенно если у мелкомягких получится сделать достаточно вменяемую версию Винды под АРМ и перенести туда основные приложения (в первую очередь Офис и всякие там браузеры-проигрыватели и прочий ширпотреб). Единственное, где пока положение Интел (но не АМД!) незыблемо -- это высокопроизводительные ПК: хотя "разогнать" АРМ до скорости самых навороченных интеловских процессоров технически возможно, однако важную роль играет наличие специального ПО типа САПР и т.д.: под ИА-32 всё это имеется, а вот под АРМ пока что кукиш с маслом.

Весьма интересным здесь, кстати, выглядит положение Невидии: через пару-тройку лет они впендюрят в свои основанные на АРМах Тегры (какие-нибудь Тегры-4, например) графическое ядро, соответствующее ДХ 10, а значит, на них смогут работать приложения, рассчитаннные на CUDA. На ПК таких программ постепенно становится всё больше (в качестве числодробилки даже слабый графический процессор в разы превосходит самый мощный обычный ЦП), и портировать их на АРМ с Кудой будет проще, чем на чистый АРМ, при этом не будет заметного падения производительности...

С Cortex-ами я не знаком, но классический ARM явно больше соответствует RISC-подходу, чем тот же x86.

По поводу Cell-а я бы так не сказал, что он загнулся (см. все те же приставки), но и в массы конечно не пошел. Но в рамках проекта Cell был разработан целый ряд прогрессивных технологий. Он за счет этого и нашумел очень сильно, что количество новых технологий в пересчете на один транзистор в нем было ну уж очень большим. А сами технологии - это и есть перспективы. Ни что не мешает IBM-у, например, в этом году, начать новый проект с кодовым названием "Вася Пупкин" и в рамках этого проекта сделать действительно прорыв.

По-поводу энергопотребления - это действительно конек ARM на котором они так успешно въехали на рынок мобильных (читай автономных) устройств. У x86 в этом сегменте рынка перспективы выглядят печальными. Так же как и перспективы ARM в сегменте десктопов и иных производительных систем.

По-поводу NVidea и Tegra - перспективы пока весьма мутные, так как низкопроизводительные системы не настолько нуждаются в разбросе вычислений между CPU и GPU, в отличие от высокопроизводительных систем. А вот Intel Larabee - выглядит в этом плане действительно интересно.

Между прочим Японцы сделали самый быстрый супер компьютер на процессорах SPARC64 VIIIfx

Ну дык IA-32 никогда РИСКом никто и не называл, насколько знаю. Обычный плохой CISC (именно плохой, из-за чего обладает невысокой алгоритмической производительностью -- т.е. на выполнение определённой работы ему нужно больше команд, чем хорошим CISCам, например, PDP-11 или VAX-11). А у нынешнего АРМа от РИСКа, как я сказал, осталась только неспособность работать с данными прямо в памяти: их сначала надо загрузить в регистры. Но: а) у него полно сложных команд, включая деление (для "настоящего" РИСКа это немыслимо, потому что такие команды выполняются неопределённое, но достаточно долгое время вместо 1-2 тактов, требуемых самой идеологией РИСКа); б) у него переменная длина кода команды (всегда 32 бита в системе команд АРМ, но то 16, то 32 бита в системе команд Thumb); в) мало регистров (13 "настоящих" РОНов -- у классических РИСКов их несколько десятков, а то и больше сотни); г) имеются сложные виды адресации, возможность условного выполнения многих команд и т.п. дополнительные "плюшки"; д) как следствие всего этого -- сложный формат кода команды (он проще, чем у ИА-32, но сложней, и существенно, чем кодировка команд таких типичных CISCов, как ИБМовские мэйнфреймы, ПДП-11 и даже VAX-11).

А вообще, использование термина RISC мне напоминает использование другого термина -- микроядро. Когда они только появились, они означали вполне определённые вещи, поскольку базировались на достаточно чётких (пускай и спорных) концепциях. Однако сейчас ими называют всё подряд независимо от того, насколько это соответствует истине.

Насчтё Cell'а заблуждаетесь. Судя по тому, что мне довелось о нём читать, там не было ничего, что не обкатывалось бы ещё в 1960-х годах -- просто эти типа новые идеи были реализованы на совершенно ином технологическом уровне. В общем, никакими выдающимися прогрессивными технологиями он не обладал, и лично я склонен рассматривать его, как и PowerPC, большой ошибкой ИБМ (более крупная ошибка -- лишь безобразно сделанный ИБМ ПЦ, который, однако, стал стандартом де-факто -- но отнюдь не по техническим причинам).

У ARM перспективы в плане десктопов отнюдь не печальны и определяются исключительно тем, насколько хорошо поработает мыкрософт: по производительности та же упомянутая здесь Тегра-2 не шибко уступает современным младшим процессорам от Интел и АМД (одно- и двухъядерным с частотами до 2-2,3 ГГц примерно) и безусловно проигрывает лишь четырёхъядерникам и более мощным кристаллам, однако вчистую обходит их и по стоимости, и по массогабаритным показателям, и по потреблению, а заодно имеет большие возможности для роста производительности "тупым" путём: наращиванием частоты без каких-либо архитектурных изменений (ну а Интел, как известно, давно уже упёрлась в частоту, поэтому и рост производительности индивидуального ядра почти остановился и достигается, по большому счёту, лишь введением новых специализированных инструкций да "вылизыванием" ранее сделанного).

Что касатеся Larabee, то это изначально идиотский путь, ну а учитывая тишину последний год, если не больше, это, похоже, дошло и до руководства Интела. В самом деле, паршивый CISC никак не сможет тягаться по производительности с заточенными на вычисления "околографическими" процессорами что от Невидии, что от АМД: для ИА-32 требуется слишком большой блок выборки и декодирования команд, чтобы на кристалле ограниченных размеров можно было разместить много процессорных ядер. Ну влепят они их 100 штук на кристалл, но у Невидии и АМД к 2000 приближается -- а для числодробления количество параллельно выполняемых операций куда важней, чем сложность отдельной операции (собственно, подобные вычисления и являются единственной нишей для РИСК-архитектур: здесь действительно можно извлечь выгоду из этой идеологии, а не понести одни убытки, как это имеет место в области центральных процессоров универсального назначения).

Все новое - это хорошо забытое старое. Если подходить с определенным скепсисом, то новых технологий в последние 30 лет вообще не найдешь.

У ARM-а хорошие перспективы только в сфере моьильного компьютинга. В плане производительности они плетутся далеко в хвосте x86 и вряд ли когда-нибудь смогут выйти на сопоставимый уровень, даже если упрутся в тот же Power Wall, что и x86, просто потому, что они RISC-образные. Либо они станут тем же x86 но в другой обертке.

По-поводу Larabee вы не учитываете одного нюанса. Если NVidea GPU - это массивно-параллельный процессор заточенный под определенный спектр задач, то Larabee - это массивно-параллальная сеть процессоров общего назначения, по определению способных решать любые задачи. Естественно, что в плане обработки графики, он вряд ли сможет тягаться с Nvidea, но в плане общей организации вычислений он просто существо размоет границы между обычными и массивно-параллельными компьютерами. Ведь в нем, любой процессор будет способен, выполнять ядро ОС или обрабатывать те же самые прерывания. По потенциалу - это просто звездец, способный сразу же поднять производительность компьютеров на порядок. И проект сейчас активно бурлит, Intel активно вкачивает в него кучу ресурсов. Непонятным пока остается только одно, как они будут решать bottleneck с памятью. Но если они решат эту фундаментальную проблему, то мы увидим совершенно иные компьютеры.

Ещё раз. АРМ -- не РИСК-процессор, а ИА-32 -- очень плохой ЦИСК. Пока что препятствия в повышении производительности у РИСКов ещё вообще не маячат, в то время как ИА-32 уже достаточно много лет, как дошёл до предела, и сколько-нибудь существенного повышения производительности индивидуального ядра не происходит. При этом, прошу заметить, АРМы пока не страдают суперскалярностью, а честно выполняют по команде за такт (при условии, что это "быстрая" команда, а не какое-нибудь деление, и нет задержек, вносимых памятью), а ИА-32 (в исполнении Интела и АМД, во всяком случае, но вроде уже и ВИА подписалась) выдают свои мегарезультаты, исполняя до 5 или 6 команд за такт -- естественно, ценой дикого усложнения и без того очень сложного и запутанного блока выборки и декодирования команд. АРМ может пойти по тому же пути и получит при этом, вообще говоря, лучшие результаты, поскольку индивидуальная выборка и декодирование одной команды у этой архитектуры много проще, чем у ИА-32.

Насчёт Larabee я учитываю всё. Заметьте для начала, что Интел утверждала, что это -- их будущая видюха на замену тогда (2006-7 год?) существовавшим убогейшим чипсетам. В плане встроенной графики она действительно шагнула далеко вперёд, и графические ядра современных процессоров Интел соответствуют требованиям ДХ10 (и даже позволяют худо-бедно поиграть, хоть и на очень слабых настройках), однако принципиально они аналогичны графическим процессорам Невидии и АМД, а никак не собственно интеловской архитектуре. Наконец, мощь параллельных вычислений достигается только там, где эти самые вычисления можно распараллелить, но тогда, чем больше одновременно существует вычислителей, тем лучше -- а их количество "по принципам" Невидии и АМД будет на два порядка больше, чем если делать вычислительные блоки а-ля Пентиум, что и предполагалось в этой самой Larabee. В результате получается, что Larabee не будет иметь ни высокой производительности на задачах, не допускающих распараллеливания (там нужно максимально расширять суперскалярность и повышать частоты, что Интел и делает в своих "нормальных" процессорах), ни на параллельных задачах (там надо в первую очередь наращивать число вычислительных блоков, а во вторую -- опять-таки, повышать их частоту, ну а и то, и другое легче достигается с индивидуально более простыми блоками, а не с богомерзким пентиумом). В общем, перспектив никаких не просматривается, потому Интел и помалкивает: надеется, что все забудут про эту глупость.

Пы.Сы. Насчёт АРМов немного ошибся. Последняя версия (АРМв7-А, она же Кортех-А) -- суперскалярная, выполняет 2 команды за такт.