V posledních sedmdesáti letech si lidstvo užívalo exponenciálně zvyšování výkonu počítačů. Výpočetní technologie se vyvíjely šíleným tempem. Koupili jste si super high-end ultra výkonný počítač s nejmodernější CPU architekturou? Gratuluji. Za pár let se z něj stane průměrný šunt, na kterém už nerozběhnete ani nové hry.

Moorův zákon však, podle mě, stále vládne světu výpočetní techniky.

Tak kde jsou ty rychlé procesory?

Takto nějak to fungovalo přibližně do roku 2012-2013 a pak se něco pokazilo. Růst výkonu počítačů a notebooků se výrazně zpomalil. Už to nebyl dvojnásobek každé dva roky. Ani zdaleka. Vidět to je dobře například při pohledu na stránku userbenchmark.com, kam lidé posílají výsledky výkonnostních testů svých zařízení.

Podívali jsme se na srovnání procesorů i7-4790k (rok 2013) a i7-9900k (rok 2018). Ano, uznáváme, že to není úplně férové ​​srovnání, protože CPU z roku 2018 má osm jader. Intel jej však nevybavil hyperhreadingem. CPU z roku 2013 má čtyři jádra, plus hyperthreading.

Průměrná rychlost novějšího procesoru je však vyšší pouze o 40 %! To znamená, že pět let staré CPU s polovičním množstvím fyzických jader není o moc pomalejší než nejnovější i-sedmička! Jistě, jde o syntetické benchmarky, ale ono to vlastně docela sedí. Desktopové počítače se za posledních pět let zlepšily hlavně v oblasti grafických karet, paměti a trochu subjektivně, z hlediska designu (RGB horečka – ou yeah). Při upgadovaní starých počítačů stačí vyměnit tyto komponenty. Staré CPU vás většinou nebude omezovat.

Intel a jeho desetiletý monopol

Problém je v tom, že porovnáváme dva modely CPU od Intelu – firmy, která v posledních deseti letech neměla absolutně žádnou konkurenci a mohla si dovolit jen mírně vylepšovat své produkty a lidé si je i tak koupili. Nikdo přece nebude kupovat „shitovská“ CPU-čka od AMD, která se navíc přehřívají! No, nemám pravdu?

A pak se to všechno změnilo. AMD vstal jako fénix z popela a přišel na trh s novou Zen architekturou a Ryzen procesory. 8 jader! 16 vláken! 20 MB CASH! Infinity Fabric! Nízké ceny! Vyšší výkon! I já osobně jsem se nechal zlákat a v mém desktopu najdete Ryzen druhé generace.

A když už jsme u druhé generace, AMD v ní zvýšilo počet jader na 16. Jejich nejnovější Threadripper procesor má dokonce 32 jader. A to vše za ceny, kterým Intel nedokáže konkurovat.

Společnost AMD pochopila jednu důležitou věc. Kvalita je důležitější než kvantita a trh s počítači byl příliš dlouho zaseknutý na čtyřjádrových procesorech. Argumenty Intelu typu „čtyři jádra přece stačí a žádný program neumí využít více“ jsou pravdivé pouze proto, že žádné populární CPU jich nikdy více ani nemělo!

To se však velmi rychle mění a AMD bude v roce 2019 kralovat na trhu s desktopovými procesory. AMD dnes nabízí výkonnější CPU než Intel, vyrábí jejich pokročilejším 7-nm procesem (oproti chystanému 10-nm procesu od Intelu) a brzy představí třetí generaci svých Ryzen a Threadripper čipů!

A tak skončil 10letý monopol Intelu.

Moorův zákon stále platí, ale výrobci výpočetní techniky se již nemohou spoléhat na zmenšující se výrobní proces. Ladění současných techologií, zvyšování rychlosti sběrnic a počtu jader procesorů (v blízké budoucnosti i 3D-stacking) zajistí pokračování Moorova zákonu v nejbližších dekádách. V opačném případě Intel, Nvidia a AMD zkrachují. Na trh totiž přichází nový hráč, který pořádně zamíchá karty.

Mohlo by vás zajímat

Všechno, co chcete vědět o kvantových počítačích

Moment! Nezapomněli jsme na něco?

Celý čas se díváme pouze na desktopové procesory. Ale co CPU-čka využívající ARM-ová jádra?

ARM-ové procesory se používají převážně v zařízeních s mobilní operačním systémem (Android, iOS). Najdeme je tedy ve smartphonech, tabletech a chromeboocích. Společnost ARM nevyrábí celé procesory. Specializuje se pouze na design jader a licence na jejich využívání pak prodává ostatním společnostem. Tento přístup z ARM-u brzy udělá krále výpočetních technologií. Je dost možné, že v příštích letech ARM-ové procesory začnou pronikat do notebooků, desktopů a hlavně do lukrativního byznysu se servery.

Vlastně ne v nejbližších letech. Ono se tak již děje!

Výhody ARM-ových procesorů

Jádra od společnosti ARM využívají jinou instrukční sadu než čipy od Intelu a AMD. To je důvod, proč programy zkompilované pro x86 nebo x64 procesory nefungují na ARM-ových zařízeních bez použití emulátoru. Jinak řečeno, program určený pro Intel nebo AMD pořádně nespustíte na Snapdragone od Qualcommu. Přesně to je ten důvod, proč jsou Intel a AMD alespoň prozatím v bezpečí.

Jádra od ARM-u však v posledních letech překonaly mnoho překážek. Nejvýkonnější čipsety od Applu (A12X Bionic), Qualcommu (Snapdragon 855) a Samsungu (Exynos 9820) jsou výkonově srovnatelné s CPU deskami řady Core i7 a Ryzen 7. Oproti svým konkurentům ze světa notebooků a desktopů však spotřebují mnohem méně energie. To je přesně důvod, proč Apple a Microsoft tak strašně tlačí na podporu ARM-ových procesorů. Velmi dobře vědí, že ten, kdo to dokáže první, na chvíli získá velkou výhodu. Bude totiž schopen svým zákazníkům nabídnout notebook s 2x větší výdrží baterie!

Spotřeba, spotřeba, spotřeba

Nízká spotřeba ARM-ových čipů se zamlouvá i enterprise zákazníkům. Poměr spotřeba-výkon je zajímá mnohem víc, než poměr cena-výkon. A z tohoto důvodu už dnes existují cloudové výpočetní systémy, které částečně nebo úplně používají ARM.

Mimochodem, ARM se více líbí i Amazonu, který tato jádra využívá na výrobu svých vlastních procesorů. Zákazníci jejich cloudové služby Amazon AWS si tak užívají o desítky procent nižších cen, než jaké nabízí konkurence. Amazon přitom původně vývojem svých speciálních procesorů pověřil AMD. Ten však se svou technologií nebyl schopen konkurovat příslibu, který dal Amazonu ARM.

Nakonec, nízká spotřeba ARM-ových procesorů je hlavní důvod, proč se Intelu a nVidii i přes obrovskou snahu nepodařilo proniknout do segmentu se smartphony a tablety. Výpočetní technologii od společnosti ARM a jejích partnerů dlouhodobě nikdo nedokáže konkurovat.

Jsou ARM-ové procesory budoucností výpočetní techniky?

ARM-ová technologie vypadá opravdu dobře. Nízká spotřeba, nízká cena, mnoho výrobců (zn. větší konkurence – Apple Qualcomm, Samsung, Huawei, TSMC, Amazon …) a také VÍCE JADER!

32-jádrové procesory od AMD sice na papíře vypadají dobře, ale AMD nemůže udělat další krok a v nové generaci nabídnout 64-jádrové monstra. Takové procesory by byly příliš velké a jejich výroba by byla navíc velmi drahá. Nemluvě o spotřebě a teple.

Na druhé straně, procesory využívající jádra od ARM-u byly vždy známé velkým počtem jader. Sarka! Můj tablet měl osm jader už před pěti lety! To je pro mobily a tablety ideální počet. Notebooky by v blízké budoucnosti mohli přijít s 16 a 32-jadernými ARM procesory, desktopy by mohli dostat 64, 128 nebo i 256 jader a enterprise zákazníci? Ti budou používat 512 nebo 1024-jádrové gorily.

Moorov zákon žije!

Zvyšování počtu jader je skutečnou odpovědí na otázku umírajícího Moorova zákona. ARM si v blízké budoucnosti ukrojí z koláče Intelu, AMD a nVidie. Uvidíme, s jakou odpovědí přijdou tyto tři společnosti. Budou schopny upravit architekturu svých procesorů tak, aby dokázali konkurovat výrobcům využívajícím jádra od ARM?

Doufejme, že ano. Doufejme, že za deset let budeme mít několik paralelních výpočetních technologií a každá z nich bude mít své výhody a nevýhody. Doufejme, že ještě dlouho budou všichni bojovat, předhánět se a ukazovat nám, obyčejným lidem, že právě ten jejich produkt je nejlepší.

Doufejme také, že programátoři budou držet krok s měnícím se světem. Doufejme, že v blízké budoucnosti bude snazší vytvářet paralelní programy. Nebuďme hloupí. Moorův zákon stále žije! Stojíme na začátku skutečné revoluce ve výpočetní technologii. Posledních 70 let jsme vylepšovali samotná jádra, nyní je čas tyto jádra pospojovat a začít využívat výhod paralelních algoritmů.

A to navždy změní informatiku

Ti, kteří vědí, co jsou to paralelní algoritmy a kdysi se ve škole učili o hradlových sítích, si jistě umí představit, jak obrovský skok to bude (neuronové sítě).

Čím zakončit tento dlouhý článek, který nemá absolutně nic společného s kryptoměnami?

O(n logn) >> O(logn)

Víte, co mám na mysli?

Hint: sort

Přeloženo ze slovenského originálu, autorem článku je Samuel S.