25 Октября 1999 года - Coppermine

Технологию 0.18 мкм - в жизнь! Этот девиз однозначно описывает все события, которые произошли 25 октября. В этот день начаты массовые продажи Pentium III-процессоров, выпущенных по новой технологии и начиненные новым ядром - Coppermine. Наличие в нем 256-килобайтного встроенного кеша второго уровня, работающего на частоте ядра и подобного тому, что мы имеем сегодня в Celeron, гарантирует новое увеличение производительности.

А дальше?

Что будет потом, зная гибкость самой любимой компании, точно сказать уже достаточно тяжело. Однако некие общие тенденции можно описать.

Что касается процессоров, то помимо дальнейшего наращивания скоростей, нас будет ждать и еще один ребенок из семейки Coppermine. Это новый Celeron, сделанный на этом ядре, который был запущен где-то в районе первого квартала 2000 года. Главные отличия от существующих Celeron будут скрываться в поддержке частоты системной шины 100 МГц и долгожданной поддержке набора интеловских SIMD-инструкций SSE.

После этого каких-то кардинальных событий с х86 процессорами от Intel не случалось аж до 2001 года, когда миру было представлено новое процессорное ядро - Willamette, обеспечивающее безпроблемную работу на частотах более гигагерца, преодолеть который существующие архитектуры вряд ли смогут. Willamette будет иметь L1-кеш объемом 256 Кбайт и L2-кеш как минимум 1 Мбайт. При этом данный CPU начнет выпускаться по технологии 0.18 мкм с последующим переходом на 0.13 мкм и медную технологию, вводить которую на 0.18 мкм Intel, в отличие от AMD, считает нецелесообразным.

Вторая интересность, поджидающая нас в том же втором квартале - Timna. Это немного напоминает Cyrix MediaGX, поскольку является Pentium III процессором c интегрированным L2-кешем 128 Кбайт, графическим контроллером и контроллером памяти, поддерживающем Direct Rambus DRAM. Timna, по идее, будет выпускаться также в виде FC-PGA, устанавливаемым в новый сокет - PGA370-S. Впрочем, и это пока только проект, силикона еще нет, потому все может измениться.

Не остановится на месте и направление Mainstream-чипсетов. Выход Camino2 произойдет во втором-третьем квартале 2000 года. Этот чипсет, представляющий собой усовершенствованный i820, будет специально оптимизироваться под Coppermine. В его состав помимо всего прочего будет входить четырехпортовый контроллер USB, контроллер Ultra ATA/100 (еще бы знать, что это такое, многоканальный AC97 кодек, интегрированный LAN-контроллер и некоторые другие возможности, которые к тому времени давно уже появятся в чипсетах VIA. В общем, скучать не придется.

2. Оптические компьютеры

Развитие вычислительной техники представляет собой постоянно сменяющие друг друга физические способы реализации логических алгоритмов - от механических устройств (вычислительная машина Бэббиджа) к ламповым (компьютеры 40-50-х годов Марк I и Марк II), затем к транзисторным и, наконец, к интегральным схемам. И уже на рубеже XXI века идут разговоры о скором достижении пределов применения полупроводниковых технологий и появлении вычислительных устройств, работающих на совершенно ином принципе. Все это свидетельствует о том, что прогресс не стоит на месте, и с течением времени ученые открывают новые возможности создания вычислительных систем, принципиально отличающихся от широко применяемых компьютеров. Существует несколько возможных альтернатив замены современных компьютеров, одна из которых - создание так называемых оптических компьютеров, носителем информации в которых будет световой поток.

Проникновение оптических методов в вычислительную технику ведется по трем основным направлениям. Первое основано на использовании аналоговых интерференционных оптических вычислений для решения отдельных специальных задач, связанных с необходимостью быстрого выполнения интегральных преобразований. Второе направление связано с  использованием оптических соединений для передачи сигналов на различных ступенях  иерархии  элементов вычислительной техники, т.е. создание чисто оптических или гибридных (оптоэлектронных) соединений вместо обычных, менее надежных, электрических соединений. При этом в конструкции компьютера  появляются  новые элементы - оптоэлектронные преобразователи  электрических  сигналов в оптические  и  обратно. Но самым перспективным направлением развития оптических вычислительных устройств является создание компьютера, полностью состоящего из оптических устройств обработки информации. Это направление интенсивно развивают с начала 80-х годов  ведущие научные центры (MTI, Sandia Laboratories и др.)  и основные компании-производители компьютерного оборудования (Intel, IBM).

В основе работы различных компонентов оптического компьютера (трансфазаторы-оптические транзисторы, триггеры, ячейки памяти, носители информации) лежит явление оптической бистабильности. Оптическая бистабильность - это одно из проявлений взаимодействия света с веществом в нелинейных системах с обратной связью, при котором определенной интенсивности и поляризации падающего на вещество излучения соответствуют два (аналог 0 и 1 в полупроводниковых системах) возможных стационарных состояния световой волны, прошедшей через вещество, отличающихся амплитудой и (или) параметрами поляризации. Причем предыдущее состояние вещества однозначно определяет, какое из двух состояний световой волны реализуется на выходе. Для большего понимания явление оптической бистабильности можно сравнить с обычной петлей магнитного гистерезиса (эффект, используемый в магнитных носителях информации). Увеличение интенсивности падающего на вещество светового луча до некоторого значения I₁ приводит к резкому возрастанию интенсивности прошедшего луча; на обратном же ходе при уменьшении интенсивности падающего луча до некоторого значения I₂<I₁ интенсивность прошедшего луча остается постоянной, а затем резко падает. Таким образом, интенсивности  падающего  пучка I, значение которой находится в пределах  петли гистерезиса, соответствуют два значения интенсивности прошедшего пучка, зависящих от предыдущего оптического состояния поглощающего вещества.

Весь набор полностью оптических логических устройств для синтеза более сложных блоков оптических компьютеров реализуется на основе пассивных нелинейных резонаторов-интерферометров. В зависимости от начальных условий (начального положения пика пропускания и начальной интенсивности оптического излучения) в пассивном нелинейном резонаторе, нелинейный процесс завершается установлением одного из двух устойчивых состояний пропускания падающего излучения. А из нескольких нелинейных резонаторов можно собрать любой, более сложный логический элемент (триггер).

Элементы памяти оптического компьютера представляют собой полупроводниковые нелинейные оптические интерферометры, в основном, созданными из арсенида галлия (GaAs). Минимальный размер оптического элемента памяти определяется минимально необходимым числом атомов, для которого устойчиво наблюдается оптическая бистабильность. Это число составляет ~1000 атомов, что соответствует 1-10 нанометрам.

К настоящему времени уже созданы и оптимизированы отдельные составляющие оптических  компьютеров – оптические процессоры, ячейки памяти), однако до полной сборки еще далеко. Основной проблемой, стоящей  перед учеными, является синхронизация работы отдельных элементов оптического компьютера в единой системе, поскольку уже существующие элементы характеризуются различными параметрами рабочей волны светового излучения (интенсивность, длина волны), и уменьшение его размера. Если для конструирования оптического компьютера использовать уже разработанные компоненты, то обычный PC имел бы размеры легкового автомобиля. Однако применение оптического излучения в качестве носителя информации имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с электрическими сигналами, а именно:

1. световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом;

2. световые потоки могут быть локализованы в поперечном направлении до нанометровых размеров и передаваться по свободному пространству;

3. скорость распространения светового сигнала выше скорости электрического;

4. взаимодействие световых потоков с нелинейными средами распределено по всей среде,  что дает новые степени свободы  (по сравнению с электронными системами) в организации связи и создании параллельных архитектур.

Вообще, создание большего количества параллельных архитектур, по сравнению с полупроводниковыми компьютерами, является основным достоинством оптических компьютеров, оно позволяет преодолеть ограничения по быстродействию и параллельной обработке информации, свойственные современным ЭВМ. Развитие оптических технологий все равно будет продолжаться, поскольку полученные результаты важны не только для создания оптических компьютеров, но также и для оптических коммуникаций и сети Internet.