Трансформации Transmeta

ОБЗОРЫ

Кристаллы Crusoe используются сегодня не только в портативных ПК

КомпаниЯ Transmeta (www.transmeta.com) была основана в 1995 г. в г. Санта-Клара (Калифорния, США). Среди ее учредителей - один из основателей корпорации Microsoft Поль Аллен (Paul Allen). Вице-президент компании Дэвид Дитзель (David Ditzel) был в свое время разработчиком первых микропроцессоров в лаборатории Bell AT&T, а затем директором SPARC лаборатории в корпорации Sun Microsystems. Финский инженер Линус Торвальдс (Linus Torvalds), создатель операционной системы Linux, также работает в Transmeta.

В середине января прошлого года Transmeta анонсировала свой первый и давно ожидаемый рынком продукт - микросхемы серии Crusoe. По мнению многих экспертов, эта компания не просто разработала очередной кристалл. Она нашла новый подход к проектированию микропроцессоров. Дело в том, что Transmeta первой в мире начала массовые коммерческие поставки микропроцессоров с архитектурой VLIW (Very Length Instruction Word - сверхдлинное командное слово).

Вся сила в морфинге

Стоит отметить, что Crusoe пока планируется применять только в режиме эмуляции кристаллов х86. Все программы (как и сама ОС) работают поверх низкоуровневого ПО, называемого Code Morphing (ПО морфинга, или трансформации кода). Именно оно ответственно за трансляцию х86-инструкций в команды VLIW. ПО Code Morphing может развиваться независимо от аппаратной части. Это означает, что обновление ПО микропроцессора может быть произведено независимо от аппаратной модификации кристалла. Code Morphing представляет собой динамическую систему трансляции; программу, компилирующую команды набора одной архитектуры в собственную систему команд.

Все ПО Code Morphing размещается во флэш-памяти. Это - первая программа, с которой начинается загрузка. Вот почему программы, исполняясь на Crusoe, не могут отличить его от обычного x86-процессора, ведь все, что они видят, - это Code Morphing, работающий в точности как любой другой x86-процессор. ПО Code Morphing стала единственной программой, написанной специально для движка Crusoe VLIW. При загрузке системы это ПО копируется в оперативную память для увеличения производительности.

Микропроцессор Crusoe TM5400

За подобную трансляцию набора команд одной системы в набор команд другой, естественно, приходится платить. Процессор вынужден выделять часть своих ресурсов на исполнение Code Morphing, в то время как обычный x86-процессор полностью занят исполнением кода программ. Однако программная трансляция открывает множество новых возможностей. При помощи Code Morphing процесс компиляции может быть оптимизирован выбором сгенерированного кода и уменьшением количества исполняемых инструкций. Другими словами, Code Morphing может повысить скорость исполнения и одновременно уменьшить потребляемую мощность. Но максимальной производительности нельзя достичь с первой же итерации. Для этого понадобится множество проходов, так как оптимизация кода выполняется ступенчато. Сначала весь код компилируется быстро, но не всегда эффективно, в целях поддержания нормального процесса исполнения программы. Затем, когда тот же участок кода исполняется вторично, он помещается в очередь для оптимизации. Так что участки кода, исполняемые один раз, не оптимизируются, а исполняемые несколько раз оптимизируются полностью за несколько проходов.

Crusoe корректирует потребляемую мощность на лету. В режиме LongRun процессор анализирует свою загрузку и в зависимости от нее может уменьшать частоту и напряжение ядра, а значит, и энергопотребление. Для минимального изменения напряжения обычно требуется около 20 мкс. Поскольку мощность меняется в линейной зависимости от рабочей частоты и квадрата напряжения, то, регулируя оба параметра, можно очень серьезно влиять на объем потребляемой мощности.

Производительность при трансформации кода может очень сильно отличаться для разных программ, в зависимости от того, как часто повторяются одни и те же участки кода. Дело в том, что Code Morphing разработано исключительно для оптимизации многократно повторяющихся инструкций.

Кристаллы Crusoe

Проектировщики Transmeta создали очень простой, но высокопроизводительный VLIW-движок с двумя целочисленными модулями, модулем для операций вещественной арифметики, модулем управления памяти и модулем переходов. Среди особенностей архитектуры VLIW-ядра Crusoe следует отметить относительно короткие конвейеры: 7-ступенчатый целочисленный и 10-ступенчатый для операций с плавающей запятой. VLIW-команды называются “молекулами”, они могут быть длиной от 64 до 128 разрядов и содержать до четырех RISC-подобных инструкций, называемых “атомами”. Все “атомы” в пределах “молекулы” исполняются параллельно, а “молекулы” идут друг за другом в строгом соответствии с очередью, в отличие от большинства сегодняшних суперскалярных x86-процессоров, где используется механизм внеочередного выполнения команд (out-of-order). Формат “молекулы” определяет, каким образом “атомы” направляются к функциональным блокам в пределах процессора. Такой подход заметно упрощает внутреннюю структуру процессора.

В настоящее время процессоры Crusoe предлагаются в нескольких модификациях, в частности, ТМ3200, ТМ5400 и ТМ5600.

До недавнего времени чипы Transmeta производились на фабрике IBM Microelectronics в Бурлингтоне (США). В феврале этого года было подписано соглашение с крупнейшей тайваньской корпорацией TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.), согласно которому последняя стала вторым поставщиком этих процессоров.

В ближайшее время компания Transmeta планирует выпустить ряд новых кристаллов, что позволит ей, как она надеется, не отстать от Intel. Так, микросхема Crusoe TM5800 нацелена на дальнейшее снижение потребляемой мощности. Она будет производиться с соблюдением проектных норм 0,13 мкм и станет не только меньше, но и на 20% экономичнее современных кристаллов Transmeta. Ее тактовая частота достигнет 800 МГц. Коммерческий выпуск этого процессора запланирован на нынешнее лето. Производители систем уже получили новую версию ПО Code Morphing Software (CMS) Transmeta, которое позволяет Crusoe исполнять стандартные программы для ПК. Как утверждается, это ПО еще больше понижает потребляемую процессором мощность. В будущем году Transmeta выпустит процессоры с 256-разрядными командами VLIW и тактовыми частотами не ниже 700 МГц. По словам Дэвида Дитзеля, потребляемая мощность новых микропроцессоров не будет превышать полуватта.

В бурном море бизнеса

Пока положение Transmeta на рынке далеко не самое благополучное. Результаты финансового года не внушают особого оптимизма: потери составили 97,7 млн. долл. Весной акции компании только за одну неделю упали почти на 40%. Возможно, именно поэтому новым исполнительным директором Transmeta был назначен Марк Аллен (Mark Allen). Он работает в компании с января 2000 г., а до этого времени занимал высокие посты в NVIDIA и Cypress Semiconductor. Дэвид Дитзель занял должность главного технолога (Chief Technology Officer, CTO). В прошлом году компания сделала серьезные финансовые вложения в продвижение своих процессоров. От успехов в этом направлении зависят и будущие прибыли компании.

Еще на выставке Comdex 2000 Transmeta продемонстрировала целый ряд ноутбуков Hitachi, Casio, NEC, Sony и Fujitsu с процессором Crusoe, а также новое устройство Gateway Touch Pad. Кристалл Crusoe TM5400 дебютировал в ноутбуке Sony VAIO PictureBook PCG-C1VN. Размер этого устройства составляет примерно одну треть от размера стандартного ноутбука - его толщина равна примерно 2,5 см при весе около 1 кг. PictureBook оснащен 8,9-дюймовым монитором TFT с разрешением 1024х480 точек; 128 Мб памяти SDRAM (с возможностью расширения до 192 Мб); 12 Гб жестким диском, модемом 56 кбит/с и операционной системой Windows Millennium Edition. PictureBook C1VN отличает 1/6-дюймовая встроенная цветная цифровая камера. Она расположена на крышке ноутбука над экраном и позволяет целую минуту делать снимки и вести видеозапись всего того, что происходит перед ноутбуком или за ним.

Примерно в то же время отделение мобильных систем IBM объявило о том, что не будет использовать Crusoe в своем мини-ноутбуке ThinkPad 240. Первоначально этот ПК разрабатывался под процессор Crusoe, однако IBM отказалась от этого проекта, так как время работы ноутбука без подзарядки батарей составило меньше шести часов. И хотя этот показатель лучше, чем у большинства мобильных процессоров, IBM решила не рисковать.

Тайваньская компания Quanta Computer - второй по величине мировой производитель ноутбуков - уже начала производство изделий на базе Crusoe. Они появятся на рынке в четвертом квартале текущего года. Отметим, что Quanta занимается контрактным производством портативных ПК для таких компаний, как IBM, Dell, Hewlett-Packard, Sony и Apple. Тем не менее основными потребителями Crusoe для ноутбуков остаются пока японские компании.

Довольно неожиданно микропроцессоры, изначально предназначенные для портативных устройств, начали завоевывать популярность среди производителей серверов. Помимо Rebel.com о намерении использовать кристаллы Transmeta заявили еще три компании - RLX Technologies, Amphus и FiberCycle Technologies. С образцами их продукции можно было ознакомиться уже на CeBIT 2001. Большой интерес, в частности, вызвали серверы FiberCycle WebBunker. Новые устройства предназначены для малых и средних компаний. Они реализуют такие функции, как защищенный доступ в Интернет и к электронной почте, удаленный доступ на базе технологии VPN, а также управление файлами и печатью. Сервер NetWinder 3100 компании Rebel.com при весе около 1 кг потребляет не более 14 Вт. Как утверждают разработчики, аналогичное устройство, построенное на х86-процессорах, будет весить не менее 15 кг и рассеивать 60 Вт. Rebel.com анонсировала планы выпуска еще нескольких устройств серии NetWinder на базе Crusoe. В их числе - сервер с поддержкой функций беспроводной локальной сети 802.11b NetWinder 3300, а также NetWinder 3400 - устройство с возможностью монтажа в стойках. Появились сообщения, что IBM будет продавать ультратонкий Web-сервер System 324 RLX Technologies.

Вполне возможно, что кристаллы Crusoe найдут применение не только в серверах, но и в специализированном сетевом оборудовании. Ведь Transmeta уже строит планы по созданию производительных и компактных чипов для японского рынка сотовых телефонов и персональных цифровых секретарей (PDA).

В то время как американские компьютерные гиганты пока осторожно присматриваются к кристаллам Transmeta, малоизвестная компания ViA нашла ему новое применение и сообщила о выпуске надеваемого (wearable) компьютера с таким процессором. Сейчас в частях военной полиции армии США проходят полевые испытания подобных устройств. Для носимых компьютеров крайне важно низкое энергопотребление Crusoe. Новое поколение надеваемых компьютеров будет работать под управлением Windows 2000. Доступными эти устройства станут уже в этом году. А вот тайваньские компании ICP и i-Base осваивают кристаллы Crusoe для промышленных ПК.

Неожиданную поддержку Transmeta получила от Microsoft. По последним данным, процессор Crusoe TM5600 600 МГц планируется использовать в Tablet PC. Это устройство должно стать прямым соперником современных ноутбуков. Оно способно выполнять все присущие им действия, а также воспринимать рукописный ввод. Tablet PC будет оснащаться 128 Мб оперативной памяти, 10 Гб жестким диском, беспроводным сетевым адаптером, USB-мышью и клавиатурой и работать под управлением Windows XP. Кстати, Web-планшет ProGear на базе кристалла TM3200 начинает поставлять компания Sonicblue (бывшая S3).

В апреле компания NEC выпустила на американский рынок новые модели ультрапортативных ноутбуков Versa DayLite и Versa UltraLite на базе Crusoe TM5600 с частотой 600 МГц. Система, оборудованная 10,4-дюймовым TFT-экраном, 128 Мб памяти, 20 Гб жестким диском, а также приводами флоппи-дисков и CD-ROM, способна до 5 ч работать в автономном режиме. Эти же процессоры планируется использовать в ноутбуках Sharp семейства Mebius.

В начале мая в клуб фирм, использующих процессоры Crusoe, вступил крупнейший производитель портативных ПК - компания Toshiba. Она представила в Японии сверхлегкий ноутбук Libretto L1/060TNMN на базе Crusoe 600 МГц с 10-дюймовым экраном TFT SXGA и 10 Гб жестким диском. Transmeta уверяет, что с одной батареей он сможет проработать 4,5 ч, а с дополнительной - до 14 ч. А вот портативный ПК Casio (Fiva Cassiopeia), по уверению Дитзеля, стал в Японии чуть ли не предметом культа - из-за его способности работать как под Windows, так и под Linux. Он весит 990 г, а толщина его всего 21 мм. Компьютер снабжен 20 Гб жестким диском и 128 Мб DRAM. Производитель декларирует 9-часовой срок службы батареи.

Безусловно, настоящим испытанием кристаллов Crusoe станет рынок. К тому же следует иметь в виду, что крупнейший сегмент рынка - корпоративные покупатели - очень требовательная и критически настроенная группа.