50 (या 60) प्रोसेसर विकास के वर्ष ... इसके लिए?

"डेन्र्ड स्केलिंग कानून और मूर के कानून मर चुके हैं, अब क्या?" - डेविड पैटरसन द्वारा चार कृत्यों में एक नाटक

"हम उन पुलों को जलाते हैं जिन्हें हम यहां चलाते हैं, धुएं की गंध की यादों और आँसू पैदा करने वाली धारणा को छोड़कर हमारे आंदोलन का कोई अन्य प्रमाण नहीं है" - "रोसेंक्रांत्ज़ और गिल्डेनस्टर्न मृत हैं", टॉम स्टॉपर्ड द्वारा एक बेतुका नाटक।

15 मार्च को, डॉ डेविड पैटरसन ने लगभग 200 पिज्जा खाने वाले इंजीनियरों के दर्शकों को संबोधित किया। डॉक्टर ने उन्हें संक्षिप्त रूप से कंप्यूटरों के निर्माण का अर्धशतक इतिहास से बताया, जो कि सांता क्लारा के टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स कैंपस में बिल्डिंग ई के बड़े कॉन्फ्रेंस रूम में एक IEEE व्याख्यान के दौरान "कंप्यूटर के आर्किटेक्चर के 50 वर्ष: सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट्स से DNNU और ओपन RISC-V" के बीच हुआ। यह यादृच्छिक उतार-चढ़ाव, डिप्स और ब्लैक होल की कहानी है जिसने पूरे आर्किटेक्चर को निगल लिया है।

पैटरसन ने 1 9 60 में ग्राउंडब्रेकिंग आईबीएम सिस्टम / 360 प्रोजेक्ट के साथ शुरू किया, जो 1951 में माइक्रोप्रोग्रामिंग पर मौरिस विल्क्स के शुरुआती काम पर आधारित था। आईटी के मानकों से, यह बहुत पहले था ... भाषण के अंत के पास, पैटरसन ने एक अद्भुत आरेख दिखाया। यह स्पष्ट रूप से दर्शाता है कि डोनार्ड की स्केलिंग कानून की मृत्यु, मूर के कानून की मृत्यु के बाद कंप्यूटर प्रणालियों के डिजाइन के तरीकों को पूरी तरह से बदल दिया। अंत में, उन्होंने इन झटकों के मरणोपरांत तकनीकी परिणामों को समझाया।

यह देखना हमेशा अच्छा होता है कि एक सच्चा गुरु अपने पसंदीदा शिल्प में कैसे लगा हुआ है, और पैटरसन वास्तव में कंप्यूटर वास्तुकला पर एक विशेषज्ञ है और सेनाएं इसे नियंत्रित करती हैं। उन्होंने 1976 से इस विषय को पढ़ाया और एक सच्चे बेस्टसेलर , कंप्यूटर आर्किटेक्चर का सह-लेखन किया । डॉ। जॉन हेनेसी के साथ मात्रात्मक दृष्टिकोण ” । पुस्तक हाल ही में छठे संस्करण में बच गई। इसलिए पैटरसन किसी भी विषय में निपुणता हासिल करने के लिए मैल्कम ग्लैडवेल द्वारा तैयार 10,000-घंटे के मील के पत्थर से अधिक परिमाण का एक आदेश था। और यह दिखाई दे रहा है।

पैटरसन ने प्रदर्शन को चार कार्यकलापों में विभाजित करते हुए दर्शकों का ध्यान 75 मिनट तक खींचा। टॉम स्टॉपर्ड के बेतुके नाटक की तरह, "रोसेंक्रेन्त्ज़ और गिल्डनस्टर्न मृत हैं," ऐसा लगता है कि इस कहानी में कुछ भी नहीं - कुछ भी योजनाबद्ध नहीं है।


15 मार्च 2018 को IEEE सांता क्लारा वैली सेक्शन में डॉ डेविड पैटरसन को 2017 का ACM ट्यूरिंग अवार्ड देने से पहले। स्रोत: स्टीव लीबसन

अधिनियम एक: आईबीएम सिस्टम / 360, डीईसी वैक्स, और सीआईएससी प्रस्तावना

1950 और 1960 के दशक में, मेनफ्रेम के लिए कमांड सेट आर्किटेक्चर (आईएसए) के साथ भव्य प्रयोग किए गए थे (उस समय, मेनफ्रेम को छोड़कर लगभग कोई कंप्यूटर डिज़ाइन नहीं किया गया था)। लगभग हर मेनफ्रेम में "नया और बेहतर" आईएसए था। 1960 के दशक की शुरुआत तक, केवल आईबीएम ने कंप्यूटर की चार लाइनें जारी की थीं: 650, 701, 702 और 1401, जो व्यवसाय, वैज्ञानिक और वास्तविक समय के अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन की गई थीं। ये सभी पारस्परिक रूप से असंगत कमांड सेट आर्किटेक्चर के साथ हैं। चार असंगत आईएसएएस का मतलब था कि आईबीएम बाह्य उपकरणों (टेप ड्राइव, डिस्क / ड्रम ड्राइव, और प्रिंटर) के चार पूरी तरह से स्वतंत्र सेटों का विकास और रखरखाव कर रहा था, साथ ही साथ सॉफ्टवेयर विकास उपकरण (कोडांतरक, संकलक, ऑपरेटिंग सिस्टम, आदि) के चार सेट। ।

स्थिति स्पष्ट रूप से स्थिर नहीं लग रही थी। इसलिए, आईबीएम बड़ा जुआ खेला। उसने अपनी सभी मशीनों के लिए एक बाइनरी संगत सेट विकसित करने का निर्णय लिया। एक उपकरण-स्वतंत्र निर्देश सब कुछ के लिए सेट। चीफ आर्किटेक्ट जीन अमदहल और उनकी टीम ने सिस्टम / 360 आर्किटेक्चर विकसित किया है, जिसे 8-10, 16-, 32- और 64-बिट डेटा बसों के साथ कम लागत से महंगी श्रृंखला में लागू करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

आईबीएम सिस्टम / 360 के लिए प्रोसेसर के विकास को आसान बनाने के लिए, विकास टीम ने नियंत्रण तर्क को मुश्किल करने के लिए माइक्रोकोड का उपयोग करने का निर्णय लिया। मौरिस विल्क्स ने 1951 में माइक्रोकोड का आविष्कार किया था, और इसका उपयोग पहली बार 1958 में ईडीएसएसी 2 कंप्यूटर के लिए किया गया था। एक तरह से, सिस्टम / 360 परियोजना शुरू होने के समय तक माइक्रोकोड पहले से ही एक सिद्ध तकनीक थी। और उसने फिर से अपनी योग्यता साबित की।

प्रोसेसर माइक्रोकोड को तुरंत मेनफ्रेम डिजाइन में परिलक्षित किया गया था, खासकर जब सेमीकंडक्टर मेमोरी चिप्स ने मूर के नियम को दुखी किया था। 1977 में शुरू किए गए DEC VAX के विशाल उपयोग का शायद सबसे बड़ा उदाहरण है। टीटीएल और मेमोरी चिप्स पर आधारित एक अभिनव मिनीकंप्यूटर VAX 11/780, सदी के अंत तक प्रदर्शन का मानदंड बन गया।

DEC इंजीनियरों ने ऐसे समय में VAX के लिए ISA बनाया, जब असेंबलर प्रोग्रामिंग प्रचलित थी, आंशिक रूप से इंजीनियरिंग जड़ता ("हमने हमेशा ऐसा किया") के कारण, और आंशिक रूप से क्योंकि उस समय उत्पन्न मशीन कोड में अल्पविकसित उच्च-स्तरीय संकलक जो हाथ से लिखे हुए संक्षिप्त रूप में खो गए थे। विधानसभा कोड। VAX ISA निर्देशों ने बड़ी संख्या में प्रोग्रामर-फ्रेंडली एड्रेसिंग मोड्स का समर्थन किया और इसमें अलग-अलग मशीन निर्देश शामिल किए गए, जिन्होंने जटिल ऑपरेशन किए जैसे कि कतार को सम्मिलित करना / हटाना और बहुपद की गणना करना। VAX इंजीनियरों को हार्डवेयर के विकास से प्रसन्नता हुई जिसने प्रोग्रामर के लिए जीवन को आसान बना दिया। माइक्रोकोड ने आईएसए के लिए नए निर्देशों को जोड़ना आसान बना दिया - और 99-बिट वैक्स फर्मवेयर नियंत्रण को 4096 शब्दों तक बढ़ाया गया।

कोडांतरक प्रोग्रामर के लिए जीवन को आसान बनाने के लिए लगातार निर्देशों का विस्तार करने पर यह ध्यान डेक्स से वैक्स के लिए एक वास्तविक प्रतिस्पर्धी लाभ साबित हुआ है। प्रोग्रामर्स को ऐसे कंप्यूटर पसंद थे जो उनके काम को आसान बना दें। कई कंप्यूटर इतिहासकारों के लिए, VAX 11/780 CISC प्रोसेसर आर्किटेक्चर (निर्देशों का एक पूरा सेट के साथ) का जन्म होता है।

दूसरा अधिनियम: रैंडम सक्सेस और बिग फेल्योर

जब माइक्रोप्रोसेसर बूम शुरू हुआ तो डेक्स वैक्स 11/780 मिनीकंप्यूटर चरम पर था। लगभग सभी पहले माइक्रोप्रोसेसर CISC मशीन थे, क्योंकि प्रोग्रामर पर भार को हल्का करने से कंप्यूटर एकल चिप में संपीड़ित होने पर भी प्रतिस्पर्धात्मक लाभ बना रहा। फेयरचाइल्ड में मूर का नियम गढ़ने वाले इंटेल के गॉर्डन मूर को अगले ISA को 8 बिट इंटेल 8080/8085 (और Z80) के लिए गलती से लोकप्रिय ISA को बदलने का काम सौंपा गया था। बेहद सफल आईबीएम सिस्टम / 360 प्रोजेक्ट (एक आईएसए सब कुछ प्रबंधित करने के लिए) और डीईसी से सीआईएससी मिनिकॉमपॉइंट्स के डीईसी लाइन से एक हिस्सा लेते हुए, गॉर्डन मूर ने एक सार्वभौमिक निर्देश सेट वास्तुकला विकसित करने की कोशिश की - एक इंटेल आईएसए, जो अंत तक रहेगा। सदियों।

उस समय, 16-बिट एड्रेस स्पेस में 8-बिट माइक्रोप्रोसेसर चल रहे थे, और नए Intel ISA निर्देश सेट आर्किटेक्चर में 32-बिट एड्रेस स्पेस और बिल्ट-इन मेमोरी प्रोटेक्शन था। उसने किसी भी लम्बाई के निर्देशों का समर्थन किया जो एक बिट से शुरू होता है। और यह नवीनतम और सबसे बड़ी उच्च-स्तरीय भाषा में प्रोग्राम किया गया था: एडा।

यह ISA इंटेल iAPX 432 प्रोसेसर का हिस्सा होना चाहिए था, और यह इंटेल के लिए एक बहुत बड़ी, बहुत महत्वाकांक्षी परियोजना थी।

यदि आप "क्रांतिकारी" iAPX 432 के इतिहास का अध्ययन करते हैं, तो आप पाएंगे कि यह एक भयानक विफलता में समाप्त हो गया। IAPX 432 आर्किटेक्चर के लिए आवश्यक हार्डवेयर बेहद जटिल है। नतीजतन, चिप को बड़ी देरी से जारी किया गया था। (इसमें 6 साल के विकास चक्र की आवश्यकता थी और यह केवल 1981 में दिखाई दिया।) और जब माइक्रोप्रोसेसर अंततः दिखाई दिया, तो यह असाधारण रूप से धीमा हो गया।

परियोजना की शुरुआत में मूर को एहसास हुआ कि एक iAPX 432 को विकसित करने में बहुत समय लगेगा, इसलिए 1976 में उन्होंने 8080 से 8 बिट आईएसए के सफल होने के आधार पर बहुत कम महत्वाकांक्षी 16-बिट माइक्रोप्रोसेसर विकसित करने के लिए एक समानांतर परियोजना शुरू की, जो स्रोत स्तर पर संगतता के साथ थी। कोड। डेवलपर्स को चिप जारी करने के लिए केवल एक वर्ष था, इसलिए उन्हें आईएसए को विकसित करने के लिए केवल तीन सप्ताह दिए गए थे। परिणाम एक 8086 प्रोसेसर और एक सार्वभौमिक ISA था, कम से कम अगले कुछ दशकों के लिए।

केवल एक समस्या थी: इंटेल के अपने अंदरूनी सूत्रों के वर्णन के अनुसार, 8086 माइक्रोप्रोसेसर बहुत कमजोर निकला।

इंटेल 8086 का प्रदर्शन अपने निकटतम प्रतिद्वंद्वियों से पीछे रह गया: सुरुचिपूर्ण मोटोरोला 68000 (16-बिट परिधान में 32-बिट प्रोसेसर) और 16-बिट ज़िलॉग Z8000। खराब प्रदर्शन के बावजूद, आईबीएम ने अपने आईबीएम पीसी प्रोजेक्ट के लिए इंटेल 8086 को चुना, क्योंकि इजरायल में इंटेल इंजीनियरों ने 8088 संस्करण विकसित किया - यह 8-बिट बस के साथ 8086 है। 8088 माइक्रोप्रोसेसर ने 8086 की तुलना में थोड़ा धीमा काम किया, लेकिन इसकी 8-बिट बस मौजूदा परिधीय चिप्स के साथ अधिक संगत लग रही थी और एक पीसी मदरबोर्ड के निर्माण की लागत को कम कर दिया।

आईबीएम के पूर्वानुमान के अनुसार, यह लगभग 250,000 आईबीएम पीसी कंप्यूटर बेचने की योजना थी। इसके बजाय, बिक्री 100 मिलियन से अधिक हो गई, और इंटेल 8088 एक यादृच्छिक लेकिन पूर्ण हिट था।

तीसरा अधिनियम: RISC, VLIW का जन्म और "इटानिका" का डूबना

1974 में, पहला वाणिज्यिक माइक्रोप्रोसेसर दिखाई देने के तुरंत बाद, आईबीएम जॉन कोक ने एक इलेक्ट्रॉनिक टेलीफोन स्विचबोर्ड के लिए एक नियंत्रण प्रोसेसर विकसित करने की कोशिश की। उनका अनुमान है कि नियंत्रण प्रोसेसर को एप्लिकेशन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए प्रति सेकंड (MIPS) लगभग 10 मिलियन निर्देशों को निष्पादित करने की आवश्यकता है। उस समय के माइक्रोप्रोसेसर परिमाण धीमे का एक क्रम थे, और यहां तक ​​कि IBM System / 370 मेनफ्रेम भी इस कार्य के लिए उपयुक्त नहीं था: इसने लगभग 2 MIPS उत्पन्न किए।

तो, कोक टीम, प्रोजेक्ट 801 के ढांचे के भीतर, एक कन्वेयर बस और माइक्रोकोड के बिना एक फास्ट कंट्रोल सर्किट के साथ एक मौलिक आधुनिक प्रोसेसर आर्किटेक्चर विकसित किया - यह प्रबंधन को सरल बनाने के लिए निर्देशों की संख्या को कम करके न्यूनतम संभव बनाया गया था। (मशीन को आईबीएम 801 नाम दिया गया था क्योंकि इसे थॉमस जे वाटसन आईबीएम रिसर्च सेंटर के 801 भवन में विकसित किया गया था)। पहली बार, आईबीएम 801 ने आरआईएससी आर्किटेक्चर (कम अनुदेश सेट) को लागू किया।

प्रोटोटाइप कंप्यूटर 801 को छोटे चिप्स मोटोरोला MECL 10K पर बनाया गया था, जिसने एक साथ 15 MIPS का अभूतपूर्व प्रदर्शन किया और आसानी से तकनीकी आवश्यकताओं में फिट हो गया। चूंकि छोटा निर्देश सेट CISC निर्देश सेट की तुलना में प्रोग्रामर के लिए कम सुविधाजनक है, इसलिए कोका टीम को अनुकूली संकलक विकसित करना पड़ा। उन्होंने उच्च-स्तरीय भाषाओं में लिखे गए जटिल एल्गोरिदम से कुशल मशीन कोड बनाने का अतिरिक्त बोझ उठाया।

उसके बाद, कोक को "RISC के पिता" के रूप में जाना जाने लगा। आईबीएम ने कभी भी टेलीफोन स्विच जारी नहीं किया, लेकिन 801 प्रोसेसर विकसित हुआ और अंततः आईबीएम RISC प्रोसेसर की बड़ी लाइन का आधार बन गया, जिसका मुख्य रूप से इसके मेनफ्रेम और सर्वर में उपयोग किया जाता है।

बाद में, DEC के कई इंजीनियरों ने पाया कि लगभग 20% VAX के CISC निर्देशों में लगभग 80% माइक्रोकोड है, लेकिन कुल कार्यक्रम निष्पादन समय का केवल 0.2% है। इतना खर्चा! आईबीएम 801 परियोजना के परिणामों और डीईसी इंजीनियरों के निष्कर्षों को देखते हुए, यह माना जा सकता है कि CISC वास्तुकला इतनी महान नहीं है।

धारणा पक्की थी।

1984 में, स्टैनफोर्ड के प्रोफेसर जॉन हेनेसी ने IEEE ट्रांजेक्शंस इन कंप्यूटर पर "वीएलएसआई प्रोसेसर आर्किटेक्चर" शीर्षक से एक ऐतिहासिक लेख प्रकाशित किया, जहां उन्होंने वीएलएसआई प्रोसेसर के कार्यान्वयन के लिए आरआईएससी पर आर्किटेक्चर और आईएसए की श्रेष्ठता साबित की। पैटरसन ने अपनी बात में हेनेसी के प्रमाण को संक्षेप में कहा: RISC की परिभाषा तेजी से है क्योंकि CISC मशीनों को RISC मशीनों की तुलना में 6 गुना अधिक अनुदेश चक्रों की आवश्यकता होती है। भले ही CISC मशीन को समान कार्य के लिए आधे निर्देशों को पूरा करने की आवश्यकता है, RISC कंप्यूटर अनिवार्य रूप से CISC की तुलना में तीन गुना तेज है।

इसलिए, आधुनिक कंप्यूटरों में x86 प्रोसेसर केवल CISC- संगत सॉफ़्टवेयर निर्देशों को निष्पादित करते हैं, लेकिन जैसे ही बाहरी रैम से ये निर्देश प्रोसेसर में प्रवेश करते हैं, उन्हें तुरंत काट दिया जाता है / सरल "माइक्रो-कमांड" (इंटेल इंटेल RISC निर्देशों के रूप में) के टुकड़ों में काट दिया जाता है, जो फिर कई RISC पाइपलाइनों में कतारबद्ध और निष्पादित। आज के x86 प्रोसेसर तेज हो गए हैं, RISC मशीनों में बदल गए हैं।

कई प्रोसेसर आर्किटेक्चर डेवलपर्स ने आईएसए को विकसित करने का फैसला किया है, जो आरआईएससी या सीआईएससी की तुलना में बहुत बेहतर होगा। बहुत लंबी मशीन निर्देशों (वीएलआईडब्ल्यू) की मदद से, कई समानांतर संचालन को एक विशाल मशीन निर्देश में पैक करना संभव हो गया है। आर्किटेक्ट ने ISA के इस संस्करण को VLIW (वेरी लॉन्ग इंस्ट्रक्शन वर्ड) के रूप में डब किया। वीएलआईडब्ल्यू मशीनें आरआईएससी ऑपरेशन के सिद्धांतों में से एक को उधार लेती हैं, संकलक को उच्च-स्तरीय स्रोत कोड से उत्पन्न मशीन कोड वीएलआईडब्ल्यू निर्देशों में योजना और पैकेजिंग का कार्य सौंपती हैं।

इंटेल ने फैसला किया कि वीएलआईडब्ल्यू आर्किटेक्चर बहुत आकर्षक लग रहा है - और वीएलआईडब्ल्यू प्रोसेसर का विकास शुरू किया, जो 64-बिट प्रोसेसर की अपरिहार्य आगामी दुनिया में प्रवेश करने के लिए इसका आवेदन बन जाएगा। इंटेल ने अपने VLIW ISA IA-64 को बुलाया। हमेशा की तरह, इंटेल ने अपने स्वयं के नामकरण और परिचित शब्दों के लिए अपने नाम विकसित किए हैं। इंटेल जार्गन में, वीएलआईडब्ल्यू ईपीआईसी (स्पष्ट रूप से समानांतर निर्देश कम्प्यूटिंग) में विकसित हुआ है। EPIC आर्किटेक्चर x86 निर्देश सेट पर आधारित नहीं होना चाहिए, एएमडी को नकल करने से रोकने के लिए।

बाद में, एचपी पीए-आरआईएससी इंजीनियरों ने भी फैसला किया कि आरआईएससी की विकास क्षमता लगभग समाप्त हो गई है - और वे वीएलआईडब्ल्यू से भी संक्रमित हो गए। 1994 में, HP ने इंटेल के साथ मिलकर एक संयुक्त 64-बिट VLIW / EPIC आर्किटेक्चर विकसित किया। परिणाम को इटेनियम कहा जाएगा। लक्ष्य को 1998 में पहला इटेनियम प्रोसेसर लॉन्च करने की घोषणा की गई थी।

हालांकि, यह जल्द ही स्पष्ट हो गया कि वीएलआईडब्ल्यू प्रोसेसर और कंपाइलर्स विकसित करना मुश्किल होगा। इंटेल ने 1999 तक इटेनियम नाम की घोषणा नहीं की (यूज़नेट में बुद्धि ने तुरंत "इटानिक" प्रोसेसर को डब किया), और पहला काम करने वाला प्रोसेसर केवल 2001 में जारी किया गया था। 2017 में इटानिक सुरक्षित रूप से डूब गया जब इंटेल ने IA-64 पर काम पूरा करने की घोषणा की। (देखें "इंटेल इटेनियम डूब गया: शायद दुनिया की सबसे महंगी विफल प्रोसेसर परियोजना।" )

ईपीआईसी आर्किटेक्चर भी एक महाकाव्य विफलता बन गया है - स्टार वार्स से जेजे जिंक्स का माइक्रोप्रोसेसर संस्करण। हालांकि एक समय में यह एक अच्छा विचार था।

पैटरसन कहते हैं, इटेनियम, ईपीआईसी और वीएलआईडब्ल्यू प्रोसेसर कई कारणों से मर चुके हैं:

• अप्रत्याशित शाखाएं जो वीएलआईडब्ल्यू कमांड शब्दों में समानांतर संचालन की योजना और पैकेजिंग को जटिल करती हैं।
• अप्रत्याशित कैश की यादों ने निष्पादन को धीमा कर दिया और चर निष्पादन में देरी हुई।
• वीएलआईडब्ल्यू निर्देश सेट ने कोड की मात्रा को बढ़ाया।
• वीएलआईडब्ल्यू मशीनों के लिए अच्छे अनुकूलन वाले कंपाइलर्स बनाना बहुत मुश्किल हो गया है।

शायद कंप्यूटर एल्गोरिदम में दुनिया के सबसे प्रसिद्ध विशेषज्ञ डोनाल्ड नुथ ने टिप्पणी की: "इटेनियम दृष्टिकोण ... बहुत अच्छा लग रहा था - जब तक यह पता नहीं चला कि वांछित संकलक लिखना असंभव था।"

कम्पास आरआईएससी जैसे सरल आर्किटेक्चर के साथ बेहतर करते हैं।

VLIW आर्किटेक्चर ने सार्वभौमिक माइक्रोप्रोसेसर नहीं बनाए। लेकिन बाद में उन्हें फिर भी अपनी बुलाहट मिली, जो हमें नाटक के चौथे अभिनय में ले जाती है।

अधिनियम चार: डेनार्ड के स्केलिंग कानून और मूर के कानून मर चुके हैं, लेकिन डीएसए, टीपीयू और ओपन आरआईएससी-वी जीवित हैं

टॉम स्टॉपर्ड के नाटक में, रोसेनक्रान्ट्ज़ और गिल्डनस्टर्न डेड हैं, शेक्सपियर के हेमलेट से छीन लिए गए दो तुच्छ चरित्र अंततः अंतिम अधिनियम के अंत में समझते हैं कि वे पूरे नाटक के दौरान मर चुके थे। प्रोसेसर इतिहास के अंतिम कार्य में, पैटरसन की मृत्यु डेनार्ड के स्केलिंग कानून और मूर के कानून से हुई। यहाँ हेनेसी और पैटरसन की किताब के नवीनतम संस्करण से एक चित्र बनाया गया है, जो पूरी कहानी को रेखांकन से दिखाता है:


स्रोत: जॉन हेनेसी और डेविड पैटरसन, "कंप्यूटर आर्किटेक्चर। मात्रात्मक दृष्टिकोण ", 6 वां संस्करण। 2018

ग्राफ से पता चलता है कि RISC माइक्रोप्रोसेसरों ने 1986 से 2004 तक लगभग बीस वर्षों की तीव्र उत्पादकता वृद्धि प्रदान की, क्योंकि वे मूर के नियम के अनुसार विकसित हुए थे (प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के प्रत्येक नए दौर में कई ट्रांजिस्टर के रूप में दो बार) और डेन्नार्ड के स्केलिंग कानून (ट्रांजिस्टर द्वारा बिजली की खपत में दोगुनी कमी के साथ दोहरीकरण गति) प्रक्रिया प्रौद्योगिकी की प्रत्येक नई शाखा)। तब डेन्नार्ड के स्केलिंग कानून की मृत्यु हो गई - और व्यक्तिगत प्रोसेसर तेजी से बंद हो गए। ट्रांजिस्टर की ऊर्जा खपत ने भी प्रत्येक चरण में रुकना बंद कर दिया।

उद्योग ने इसके लिए ट्रांजिस्टर की संख्या को दोगुना करने के लिए केवल मूर के कानून पर भरोसा करके मुआवजा दिया - और एक मल्टी-कोर युग में प्रवेश करते हुए, एक चिप पर प्रोसेसर की संख्या में तेजी से वृद्धि। इस युग के दौरान उत्पादकता दोगुनी अंतराल 1.5 से बढ़कर 3.5 वर्ष हो गई, जो कि अमदहल के कानून के लागू होने से पहले (दस साल से भी कम समय में "हर अनुप्रयोग में समानता का सीमित शोषण है") होने से पहले बढ़ गया था। कुछ अनुप्रयोग पूरी तरह से दर्जनों प्रोसेसर लोड कर सकते हैं।

फिर मूर का कानून भी पास हो गया।

पैटरसन के अनुसार, परिणाम ऐसा है कि 2015 के बाद से प्रोसेसर के प्रदर्शन में वृद्धि एक नगण्य 3% प्रति वर्ष तक गिर गई है। मूर का नियम अब दोगुना 1.5 और 3.5 साल में भी नहीं होता है। अब यह बीस साल का है ।

खेल का अंत? पैटरसन कहते हैं, "नहीं।" प्रोसेसर आर्किटेक्चर में, आप कुछ और दिलचस्प चीजों की कोशिश कर सकते हैं।

एक उदाहरण: डोमेन विशिष्ट वास्तुकला (डीएसए) विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए प्रोसेसर हैं जो विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए कम संख्या में कार्यों के निष्पादन में तेजी लाने की कोशिश करते हैं। वीएलआईडब्ल्यू आर्किटेक्चर सार्वभौमिक प्रोसेसर के लिए उपयुक्त नहीं हैं, लेकिन वे बहुत कम शाखाओं के साथ डीएसपी अनुप्रयोगों के लिए समझ में आते हैं। एक अन्य उदाहरण: Google TPU (टेन्सर प्रोसेसिंग यूनिट), DNN (डीप न्यूरल नेटवर्क) के निष्पादन को तेज करते हुए, एक एकल चिप पर 65536 यूनिट गुणा-जोड़ (मैक) के ब्लॉक का उपयोग करता है।

यह पता चला है कि कम सटीकता के साथ मैट्रिक्स कंप्यूटिंग वास्तव में तेजी से DNN को साकार करने की कुंजी है। Google TPU में 65,536 आठ-बिट मैक ब्लॉक 700 MHz पर काम करते हैं और 92 TOPS (प्रति सेकंड teraoperations) प्रदर्शन करते हैं। यह सर्वर सीपीयू से लगभग 30 गुना तेज और जीपीयू से 15 गुना तेज है।एक सर्वर सीपीयू या जीपीयू की तुलना में 28-नैनोमीटर टीपीयू में आधा बिजली की खपत से गुणा करें और क्रमशः 60/30 बार ऊर्जा / शक्ति में लाभ प्राप्त करें।

एक अजीब संयोग से, प्रोफेसर डेविड पैटरसन ने हाल ही में बर्कले में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय से 40 साल तक पढ़ाने और काम करने के बाद इस्तीफा दे दिया। वह अब TPU विकास परियोजना के लिए Google में "एमेरिटस इंजीनियर" की स्थिति रखता है।

पैटरसन का कहना है कि एक और दिलचस्प बात है ओपन सोर्स आईएसए आर्किटेक्चर का निर्माण। OpenRISC और OpenSPARC सहित इस तरह के पिछले प्रयासों को बंद नहीं किया गया था, लेकिन पैटरसन ने पूरी तरह से नए खुले स्रोत ISA के बारे में बात की - यह RISC-V हैजो उन्होंने बर्कले में विकसित करने में मदद की। एसओसी को देखो, पैटरसन कहता है, और आपको विभिन्न आईएसए के साथ कई प्रोसेसर दिखाई देंगे। "क्यों?" वह एक सवाल पूछता है।

हमें एक सार्वभौमिक आईएसए, छवि प्रसंस्करण के लिए एक और आईएसए, वीडियो प्रसंस्करण के लिए आईएसए, ऑडियो प्रसंस्करण और एक चिप पर आईएसए डीएसपी की आवश्यकता क्यों है? केवल एक या एक से अधिक सरल ISAs (और सॉफ़्टवेयर डेवलपमेंट टूल्स का एक सेट) क्यों नहीं बनाया जाता है जो विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए पुन: उपयोग किया जा सकता है? क्यों नहीं आईएसए को खुला स्रोत बनाया जाए ताकि हर कोई मुफ्त में इस वास्तुकला का उपयोग कर सके और उसमें सुधार कर सके? पैटरसन के इन सवालों का एकमात्र जवाब RISC-V ISA है।

हाल ही में गठित RISC-V फाउंडेशनसफल लिनक्स फाउंडेशन की अवधारणा में भी ऐसा ही है। इसमें पहले से ही 100 से अधिक कंपनियां शामिल हैं, और उन्होंने आरआईएससी-वी आईएसए को मानकीकृत करने के काम पर काम किया। फंड का मिशन आरआईएससी-वी आईएसए के कार्यान्वयन और इसके भविष्य के विकास में योगदान करना है। संयोगवश, डॉ। डेविड पैटरसन, "सेवानिवृत्त", RISC-V फाउंडेशन के उपाध्यक्ष हैं।

रोसेन्क्रांटज़ और गिल्डनस्टर्न की तरह, पैटरसन के ऐतिहासिक नाटक के अंत में डेन्र्ड के स्केलिंग कानून और मूर के कानून समाप्त हो गए, लेकिन कंप्यूटर वास्तुकला में दिलचस्प घटनाएं अभी शुरू हो रही हैं।

नाटक में कहा गया है, "असंबद्ध मौत के अलावा और कुछ भी नहीं है।"

: 21 , IEEE, (ACM) , ACM 2017 « , , ».