Конец мегагерцев. Игроки отрасли микропроцессоров меняют технологические гонки на маркетинговые

До 2005 года основные производители микропроцессоров AMD и Intel долгое время шли по пути наращивания мощности своих чипов, попутно развивая несколько смежных направлений, таких, как производство памяти и сетевых контроллеров. Теперь конкуренция переходит в другую плоскость.

Оба соперника активно экспериментируют с внутренним устройством своих процессоров, ведут агрессивные маркетинговые войны на выживание и распродают ставшие непрофильными активы. Но стратегическое видение обоих соперников совпадает: будущее — за целостными вычислительными платформами, процессор в которых является лишь одним из элементов.

Теперь ты меня догоняй!

Изменение характера конкуренции в микропроцессорной отрасли возникло не само собой, оно было вызвано технологическими проблемами. Вплоть до 2006 года развитие практически идеально укладывалось в недавно отметивший 40-летие закон Мура, согласно которому число транзисторов на чипе удваивается каждые полтора года. Но гладкая и предсказуемая «гонка числа транзисторов и мегагерц» была прервана сенсационным заявлением лидера отрасли Intel. Оно гласило, что далее повышать тактовую частоту чипов не имеет смысла, и будущее за процессорами, содержащими несколько вычислительных ядер, — по сути несколькими отдельными процессорами внутри одной микросхемы. Компания Intel пошла на такой неординарный шаг не от хорошей жизни. Дело в том, что в силу ряда особенностей повышение производительности процессоров Pentium 4, основанных на некогда революционной архитектуре NetBurst, практически полностью зависело от роста тактовой частоты — той самой «гонки мегагерц». NetBurst изначально была ориентирована на сверхвысокие частоты и только на них могла реализовать свой вычислительный потенциал. Так, частота современного процессора AMD, приблизительно равного по общей производительности аналогу от Intel, примерно в полтора раза ниже. Но наращивать частоту чипа не просто. Чем выше частота, тем больше энергии требуется для питания процессора и тем сильнее он нагревается при работе. Чтобы преодолеть эти ограничения, необходим переход на новые технологические нормы (промышленный выпуск чипов с определенными линейными размерами элементов — транзистора и его затвора), иными словами — уменьшение размеров отдельных транзисторов внутри процессора. Соответственно, рост быстродействия Pentium 4 в значительной мере зависел от расторопности Intel в освоении все более «тонких» технологических процессов.

Анонсируя в 2000 году первые Pentium 4, корпорация Intel рассчитывала на стремительную смену технологических норм и обещала довести частоту Pentium 4 до 10 ГГц. Но ошиблась. Смена технологических процессов оказалась намного более сложной и дорогой. Это стало очевидным два года назад, когда, компания отказалась от планов по выпуску Pentium 4 с частотой 4 ГГц. «В принципе мы могли бы форсировать переход на более „тонкие“ технологические нормы и довести частоты Pentium 4 и до 7, и до 8 ГГц, тем более что сама архитектура NetBurst это позволяет, — рассказывают в Intel, — только такие процессоры были бы воистину „золотыми“». Александр Беленький из AMD добавляет, что инвестиции в одну современную фабрику, способную производить несколько десятков миллионов процессоров в год, превышают 3 млрд долларов, а вложения в ее переоборудование под новый техпроцесс — около половины этой суммы. Основная проблема, подстерегающая инженеров при переходе на новые технологические нормы, — снижение выхода годных чипов. Даже при отлаженном производстве хорошим показателем считается, если годными признаются 90% микросхем. Это означает, что каждый десятый чип утилизируется еще на фабрике. Причина — в относительной нестабильности полупроводникового производства. На микро- и наноуровне даже незначительные недостатки в структуре кремния или микроклимате «чистой комнаты“ способны привести к тому, что чип либо не будет работать ни на одной из предусмотренных маркетинговым планом частот (те самые рекламные мегагерцы), либо вообще окажется неработоспособным. При этом даже формально годные чипы совсем не однородны. Лишь малая часть из них содержит мало дефектов и способна работать на максимальной для данной линейки частоте. Остальные же в той или иной мере неидеальны, и потому после тестирования производитель присваивает им более низкую частоту. Подчеркнем, что такие разные процессоры сходят с одного и того же конвейера, и даже на одной «вафле» (кремниевой пластине с заготовками нескольких десятков чипов) два соседних кристалла могут иметь различные характеристики. Более того, точно сказать заранее, сколько процессоров с заданными параметрами получится из одной вафли, невозможно. Компания при расчете своих маркетинговых планов может лишь опираться на производственную статистику. Устанавливая цены на готовые процессоры, компания подбирает их таким образом, чтобы обеспечить устойчивые продажи всех чипов линейки — от медленных до самых быстрых. При составлении производственных планов компания вынуждена опираться на пессимистический сценарий, который далеко не всегда сбывается. И нередко получается, что при заранее установленном уровне цен спрос на какую-то высокопроизводительную модель процессора гораздо ниже реального выхода таких чипов. И компания волей-неволей вынуждена маркировать часть этих чипов как менее быстрые и продавать по более низкой цене. Кстати, именно поэтому в кругах компьютерных фанатов распространилась модная забава — «разгон» процессоров. Иными словами, самостоятельное повышение частоты работы чипа. Особенно удачные экземпляры удается разогнать на 20—25% даже без существенной модернизации системы охлаждения.