13-я КОМНАТА: Ячейка, она же клетка, она же… Cell
У читателя, ознакомившегося с материалами рубрики «Архитектура ХХ века» в прошлом номере, могло сложиться ощущение, что в процессоростроении все мыслимое и немыслимое давным-давно изобретено и придумать что-то более совершенное, нежели суперскалярный OoO-процессор, невозможно в принципе. Однако это не так.
Основных «альтернативных» современному мэйнстриму путей развития два: один очень старый, второй совсем новый. Широкого распространения они пока не получили, но, может, их время еще не пришло?
Вернемся на минутку в прошлое и вспомним главную идею, положенную в основу RISC: процессор должен быть устроен как можно проще - это и экономически выгоднее, и наращивать тактовую частоту и применять разные технологические трюки, кардинально увеличивающие производительность, легче.
Very Long Instruction Word
Так может, повыкидывать из процессора все эти хитрые декодеры и планировщики и оставить только самое необходимое - исполнительные блоки, набор регистров, подсистему памяти и минимальный набор обслуживающей логики? Зачем, к примеру, заниматься хитроумным переименованием регистров, если этих самых регистров можно понаделать сотню-другую? И зачем отслеживать зависимости инструкций, если можно писать программы так, чтобы эти зависимости никогда не нарушались? Проще говоря, коли наш суперскалярный OoO-CPU все равно в конечном счете работает не с исходным программным кодом, а с неким внутренним его представлением - не лучше ли сразу записывать программы в этом представлении, обходясь без посредников? «В очередном такте исполнительному устройству X- загрузить из оперативной памяти по адресу из регистра такого-то данные и сохранить их в регистр такой-то; исполнительному устройству Y - взять данные из регистров такого-то и такого-то, сложить их и записать результат в регистр такой-то; устройству Z - проверить регистр такой-то на выполнение условия и по результатам проверки подкрутить внутренний указатель такой-то и сбросить при необходимости конвейер». Получится одна очень длинная инструкция (Very Long Instruction Word, VLIW), полностью и исчерпывающе описывающая, что каждому из блоков процессора следует в очередном такте делать.
К чему мы тогда придем? Получится архитектурно очень простой процессор, который будет очень трудно программировать: ведь придется детально учитывать его внутреннее устройство и особенности. Но если мы научимся это делать, то в качестве компенсации получим возможность изготовить сколь угодно навороченный CPU малой кровью - без всяких сверхсложных декодеров и планировщиков на три-четыре инструкции. К примеру, в отечественной разработке «Эльбрус Е2K» предполагалось одновременное исполнение до 24 инструкций за такт - при сохранении приемлемой сложность CPU. Реализовать что-либо подобное в классическом суперскалярном процессоре - нельзя; а при VLIW-подходе, не ограниченном жесткими рамками скоростного декодирования и планирования программы, - можно. Ведь никто же нам не запретит компилировать и оптимизировать программу хоть часами, хоть сутками - лишь бы потом она быстро исполнялась?
