Джон (Янош) фон Нейман более полувека назад предложил простую, как и все гениальное, архитектуру компьютеров, к которой мы возвращаемся до сих пор.

История развития компьютеров синхронные DIMM (Dual Inline Memo – напоминает эволюцию живых организмов: от простого к сложному и вновь, только на другом витке развития, обратно к простому. Простейшая клетка, увеличиваясь в размерах, уже не в состоянии потреблять достаточное количество энергии непосредственно через поверхность (площадь поверхности -квадратичная функция, а объем – кубическая) и усложняет свою структуру, приобретая все новые и новые органы для обслуживания (причем одни органы обслуживают другие). Организм усложняется, появляются монстры и динозавры, которые под грузом своей сложности погибают, уступая дорогу особям, нашедшим в своем развитии принципиально другие решения, иногда гениальные по своей простоте. Аналогичный путь проходят и компьютерные системы, поначалу усложняя системы команд (CISC – Complex Instruction Set), а затем переходя к простым (RISC – Reduced Instruction Set), но уже в другой архитектуре. Сегодня к нам возвращается еще один элемент простой структуры – общая память, «разбазаренная» и раздробленная ранее на всякого рода буферы, аудио- и видеоподсистемы. Только «разбежались» производители видеоплат на оснащение своих изделий видеопамятью (VRAM) и специализированной памятью для хранения текстур, как лидеры компьютерной индустрии снова переходят на единую память, которая используется всеми устройствами по мере необходимости.

Вы можете возразить, что с подобной архитектуры начиналась компьютерная индустрия еще 50 лет назад, следовательно, нет здесь ничего нового. Но только недавно начали производить высокоскоростные (100 МГц) синхронные DIMM (Dual Inline Memoгу Modules). Согласитесь, что, усложняясь, устройства начинают обслуживать в основном самих себя, выполняя минимум полезной работы для системы в целом. Поняв это, разработчикам стоило усилий отказаться от возрастающей сложности (в том числе и от своих старых наработок) и перейти к эффективной простоте. Первым, кто последовательно реализовал новую архитектуру с общей памятью, оказался лидер компьютерной графики – компания Silicon Graphics (SGI).

Лидер новой архитектуры – SGI0₂

Главной особенностью новой архитектуры от Silicon Graphics является DMA (Unified Memory Architecture) – память, объединяющая ресурсы центрального процессора, аудио, видео, графики, системы обработки изображения, компрессии и других подсистем ввода/вывода. Внутренняя структура системы изображена на рис. 1.

Вместо привычных SIMM (Single Inline Memory Modules) память построена на новых, высокоскоростных (100 МГц) 288-разрядных синхронных DIMM (стандарт JDEC МО-179) – модулях памяти с кодом коррекции ошибки (ЕСС – Error Correction Code).

Взвешенный стандарт

UMA-стандарт для построения компьютерных систем предложила ассоциация стандартов VESA (

Video Electronics Standards Association), предсказывая необходимость увеличения пропускной способности шины в связи с расширением 3D-возможностей современных видеоакселераторов. Как часть UMA-стандарта VESA определила метод соединения графического контроллера, фрейм-буфера и контроллера оперативной памяти с массивом основной памяти по специальной высокоскоростной шине. Этот проект позволяет графическому контроллеру свободно обращаться и к фрейм-буферу, и к основной памяти без вмешательства системной логики.

ИНТЕЛлигентное оттеснение

В будущем году корпорация Intel готовит собственную «заплатку» по этому поводу, правда, только для графических подсистем – Accelerated Graphics Port (AGP), что позволит, по ее мнению, преодолеть ограничения производительности, присущие шине PCI, и вывести часть данных (в основном текстуры и специализированные буферы) из видеопамяти в общую оперативную память системы.

Предложение VESA имеет следующие технические преимущества:

 – добавляется только несколько управляющих сигналов к логике графического акселератора, уменьшая стоимость производства соответствующего набора микросхем;

 – обеспечивается 64-разрядное соединение с памятью – вдвое шире, чем современный PCI (и планируемый AGP). Быстродействие интерфейса будет расти с усложнением технологий памяти. Уже сегодняшняя быстрая SDRAM (Synchronous DRAM) в DIMM-исполнении может функционировать на частоте 100 МГц и выше;

 – графический акселератор может непосредственно обращаться к основной памяти, минуя системную логику.

Intel AGP, в свою очередь, имеет собственные технические преимущества:

 – интерфейс независим от технологий системной памяти. Специальная логика контролирует каждое обращение к памяти и может распределять дорогую память с повышенной пропускной способностью более эффективно;

 – AGP не оказывает дополнительную нагрузку на интерфейс системной памяти;

 – в отличие от предложений VESA, AGP может поддерживать и внешние графические контроллеры, и реализацию графики на материнской плате.

С аналогичными инициативами выступают и другие компании. Например, фирма Matrox, производитель графических акселераторов, предлагает собственную надстройку над PCI (отдельную плату со слотами для видео- и графических устройств), решающую проблемы увеличения пропускной способности для эффективного выполнения видеоприложений. Малоизвестная ранее фирма Play, образованная группой разработчиков Video Toaster из компании NewTek (известной у нас по 30-программе Lightwave), уже показала свой новый продукт – Trinity Play (систему гибридного монтажа и видеообработки на платформе PC). Trinity – это внешнее устройство, соединенное с компьютером через PCI-плату и VideoNet-контроллер (последовательный цифровой интерфейс фирмы Play). Внутренняя шина данных Trinity обеспечивает скорость передачи данных до 80 Мбайт/с. Устройство поддерживает различные специализированные платы для ввода/вывода и обработки видео и графики. Такое решение вызывает интерес, конечно же, только у профессионалов и не является перспективным с точки зрения общего направления развития компьютеров.

Предложения и от VESA, и от Intel, и от Matrox, и от фирмы Play иллюстрируют различные технические подходы к проблеме повышения пропускной способности для видео и графики, но в конечном счете победителя будут определять не различия в эффективности, а поддержка производителей аппаратуры и программного обеспечения. О поддержке решений Intel уже объявила фирма Microsoft и большое количество продавцов графических акселераторов, что, несомненно, гарантирует успех AGP. Похоже, что так же, как PCI вытеснила VESA-шину VL-bus, так и AGP легко раздавит любые альтернативные предложения.

Однако AGP – не универсальное решение. Этот интерфейс, например, не решает проблему создания более быстрой PCI-шины. И хотя Intel утверждает, что для большинства неграфических устройств нынешняя производительность 32-разрядной PCI-шины вполне достаточна, не известно, для каких подсистем она станет в ближайшем будущем таким же узким местом, как сегодня для графики. В этом смысле решение от Silicon Graphics гораздо привлекательнее своей универсальностью (кстати, здесь, в отличие от Intel, реализована и 64-разрядная шина PCI). Причем, если сегодня вместо А6Р-«примочки» был бы, наконец, повсеместно принят 66-мегагерцовый 64-разрядный PCI-стандарт – этого бы вполне хватило и для графических приложений, а с принятием AGP едва ли такое PCI-расширение будет реализовано на PC. Снижение стоимости графических AGP-акселерато-ров вряд ли будет таким значительным из-за необходимости более точной синхронизации процессов и дополнительной логики на графическом контроллере.

 Intel беспокоят лавры SGI

Во второй половине 1997 года Intel, совместно с фирмой Lockheed-Martin, планирует разработать графический 30-акселератор для AGP. До сих пор Intel не присутствовала на графическом рынке, но успехи SGI, видимо, подтолкнули гиганта PC-промышленности и в эту область. Новое устройство использует опыт 3D-моделирования в авиации, которое широко применялось в компании Lockheed.

Новый, AGP-послушный 30-аксе-лератор от Intel для Klamath-систем составит конкуренцию и Intergraph-станциям. А Майкл Абраш (Michael Abrash), программистский гуру Microsoft 3D-API, обещает через пару лет PC-компьютеры с графикой, превосходящей Reality Engine SGI, и полной аппаратно-программной поддержкой. Теоретически любой графический AGP-акселератор независим от центрального процессора и управляется логикой AGP, но, конечно, потребуется и AGP-совместимая системная логика. Эффективность его будет сильно зависеть от набора микросхем (chip set), специфичного для конкретного типа центрального процессора. Совместно разработанный акселератор, наряду с 30-функциями, вероятно, будет сочетать и быструю 20-графи-ку, и RAMDAC повышенной частоты, и ускоренный вывод видео.

Разумно ожидать, что новое устройство будет полагаться на центральный процессор (вспомните, что Klamath – это Pentium Pro с ММХ), осуществляя преобразование 3D-объектов типа вращения, масштабирования, перемещения, источников освещения, отсечение (clipping) и удаление скрытых линий (culling). А сам акселератор обеспечит быстрое представление графики на экране и рендеринг. Дополнительные возможности, ожидаемые в акселераторе от Intel-Lockheed, включают:

 – исполнение на одной микросхеме, базирующееся на унифицированной буферной архитектуре, с хранением текстур в основной памяти;

 – поддержку z-буфера, фильтрацию текстур (mip-mapping) для их сглаженного отображения на 30-мо-делях, аппаратную коррекцию перспективы, Гуро- и Фонг-шейдинг (закраску поверхностей), аппаратное сглаживание (antialiasing), использование альфа-канала для рир-проекции (хромакея), маскируемую запись во фрейм-буфер с отсечением до границ экрана;

 – оптимизацию для процессора Klamath и системного набора микросхем Intel Klamath (440LX), а также аппаратную поддержку DirectSD (Microsoft API).

Intel – гигантский производитель микросхем, заинтересованный в продвижении новейших технологий, и рынок графических устройств -естественное расширение бизнеса корпорации. А поскольку современные технологии развиваются настолько быстро, что даже Microsoft, с ее патологической склонностью к гигантизму в области программного обеспечения, не успевает загружать новые аппаратные разработки настолько, чтобы постоянно давать понять пользователям, что им необходимо обновить свою устаревшую компьютерную систему, то Intel делает ставку на мультимедиа, графику и видео, с которыми сегодня не справляются даже суперкомпьютеры. Возрастающие возможности графических акселераторов потребуют и процессоров повышенной мощности, и систем с большей пропускной способностью, что и обеспечит работой фирму Intel на долгие годы...