#процессоры

Помните, в «Терминаторе» учёный не сам придумал прорывной процессор, а копировал чип робота из будущего?

На самом деле процессор Intel 4004, «с которого всё началось», придумали оттого, что Intel не могла произвести 12 отдельных чипов, которые заказал японский производитель калькуляторов Busicom.

В новом эпизоде подкаста прослеживаем путь процессоров: от релейных и ламповых компьютеров размером с комнату до 64-ядерных монстров и графических карт в кармане. История Intel — как она своими руками создала AMD и к чему это всё привело.

Слушайте и подписывайтесь: Apple, Youtube, Яндекс, Spotify, Castbox, Overcast, веб-версия.

P. S. На фото обложки — Гордон Мур, основатель Intel и тот, чьим именем назван «Закон Мура» об удвоении скорости процессоров каждые полтора года.

Телефоны и компьютеры каждый год становятся легче, быстрее и при этом всё дольше работают от батарейки. Вообще-то, это взаимоисключающие вещи, и в последние годы эта магия во многом возможна благодаря одной голландской компании, которая мало известна не профессионалам.

ASML — единственный в мире производитель промышленных станков фотолитографии в глубоком ультрафиолете. Каждый такой станок стоит сотни миллионов долларов, а список стран, которым разрешают их купить — большая политика.

В новом эпизоде подкаста мы узнаем, как устроены современные процессоры и проследим, как их производят. Гость — Диана Гришина, кандидат наук, работала в ASML.

Когда Диана описывает некоторые части процесса, у меня чувство, что я наблюдаю бесконечно большую «машину Голдберга», только каждый шаг — это сотни миллионов долларов инвестиций и десятки лет исследований.

Полный снос крыши.

Слушайте и подписывайтесь: Apple, Google, Яндекс, Spotify, Castbox, Overcast, веб-версия.

Долгое время главными производителями процессоров для компьютеров были компании Intel и AMD. Но в конце 2020 года Apple представила ноутбуки на своих собственных процессорах M1. Вместе с инженером из Intel Алексеем Корчиным разбираемся, как устроены процессоры, как их производят и почему компании Apple удалось сделать их эффективнее.

Слушайте и подписывайтесь: Apple, Google, Castbox, Spotify, Яндекс, Overcast, веб-версия.

Фото: Стив Джобс презентует переход маков на процессоры Интел и держит в руках ту самую кремниевую «вафлю», из которой нарезают процессоры. 2006 год.

Самая магическая технология 2020 года, с большим отрывом — это ноутбуки на новых процессорах M1 от Apple. Позавчера я купил себе такой MacBook Air.

(Два технических абзаца можно пропустить, если вы не гик)

🛠 Процессор — это главный вычислительный модуль компьютера. Бывают специальные железки для быстрого рендеринга видео или подсчета криптографии, но подавляющее большинство операций выполняются на центральном процессоре компьютера. Почти все современные компьютеры и ноутбуки, включая модели от Apple, работают на процессорах от Intel или AMD архитектуры x86 — прямых потомков тех самых 486-х. Мобильные телефоны используют совсем другое семейство процессоров — ARM, которые гораздо энергоэффективнее, но в среднем слабее x86.

Несколько месяцев назад Apple представил новые компьютеры на своем собственном процессоре M1. Это прямой потомок тех процессоров, на которые работают айфоны, архитектура ARM. Так же, как и у телефонов, M1 — это SoC, System on a Chip — система на чипе, то есть внутри одной железки соединены центральный процессор, видеокарта и множество других компонент. Технологии под капотом у этой штуки — восхитительные и заслуживают отдельного поста, но вернемся к сути.

⚡️ На этом ноутбуке не тормозит Notion. Повторяю, открытый в сафари Notion работает так же плавно, как нативные десктопные приложения. 🤯 Если бы сам не пользовался — не поверил бы.

То же самое с Facebook и Facebook messenger. Раньше я думал, что тормоза веба — они из-за сети или каких-то особенностей обработки DOM-дерева в браузере, которые в принципе не позволяют сделать веб-приложения с отзывчивостью, сравнимой с нативной. Это оказалось не так. Не хватало скорости процессора и скорости памяти.

Сколько душ инженеры Apple продали дьяволу для разработки этого компьютера? На этой машине современный веб не тормозит! Уверен, нехристи веб-разработчики уже за пару лет съедят это достижение, но 1) мы живем сегодня 2) остальные-то компы медленнее, так что особо не разгуляются. Как будто ракетный ранец надел.

Вот тут автор пытается объяснить, почему эти компьютеры так быстро работают: пишет об общей памяти для центрального процессора и видеокарты и о возможности процессора m1 выполнять операции более эффективно из-за более простой архитектуры ARM. В этой статье очень крутой график, на котором четко видно, как уже несколько лет процессоры Apple развивались с большой скоростью, чем процессоры Intel/AMD и что M1 — первый процессор после точки пересечения графиков, когда Apple догнал и перегнал x86. Как бы то ни было, результат — чистая магия.

🦄 И вот это «похоже на магию» — во всех частных обзорах, которые я видел. Программисты рассказывают, что эта малышка компилирует гигантские программы быстрее дорогущих мощных ноутбуков, даже не нагреваясь, будто всё работает на мощном сервере, а ты только по сети команды подаешь. Ютуберы говорят, что он не тормозит при обработке 4K видео! А ещё он больше одного дня живет от батарейки — можно перестать таскать с собой зарядку и заряжать его ночью, прямо как телефон.

И всё это за 1000 долларов 🚀 Прям новогодний подарок 🎅

Если вы читаете это с телефона — то наверняка внутри у него процессор архитектуры ARM. Если с компьютера — то почти наверняка это процессор x86 от Intel или AMD. На подавляющем большинстве серверов — x86.

А вот Cloudlfare, одна из крупнейших CDN-сетей (читай сотни тысяч серверов) всерьез думает о крупной закупке ARM от Qualcomm.

Почитайте ноябрьское исследование Cloudfalre тестовых новых процессоров от Quallcom. ARM имеет существенно более низкую закупочную стоимость, показывает схожую производительность на нагрузках Cloudflare и потребляет при этом меньше электроэнергии.

И это важно.

ARM — архитектура, на которой работают почти все мобильные телефоны и планшеты. Она отличается от десктопных-«компьютерных» x86 процессоров относительной простотой, меньшей ценой и меньшим энергопотреблением. Жизнь батарейки в телефонах транслируется в стоимостью эксплуатации серверов.

Из минусов — одно ядро (логический модуль) ARM раньше было заметно медленнее, чем ядро x86, да и программы не были готовы к ARM. Для переноса программы на другую архитектуру нужно её перекомпилировать (механический процесс), а некоторые критичные части некоторых важных программ переписать на ассемблере для скорости работы.

Ещё несколько лет назад никто не смел покуситься на гегемонию x86 архитектуры (Intel & AMD). Кажется, что для части рынка серверных процессоров настают интересные времена — ARM догоняет x86 по производительности для некоторых задач, программы оптимизируются, экосистема растет. Надеюсь, скоро мы увидим очередную битву гигантов.

Мы в Медузе полтора года назад использовали ARM от Scaleway (у этого французского провайдера целый ДЦ на них), но сейчас вернулись на x86-64 от Online.net. При наших нагрузках (мы отдаем кучу статического TLS трафика) конкретно эти предложения дешевле, да и ПО для x86 гораздо более зрелое.

Уверен, что Яндекс и Google/Facebook тоже регулярно проводят схожие тесты свежих ARM-ов. Очень интересно, к каким выводам пришли они.

«Производство современных компьютерных чипов: неотличимо от магии»

Исключительно хороший доклад и отличное видео на выходные.

Я посмотрел ещё меньше половины и вот что мне запомнилось:

- заводы по производству процессоров гигантские - площадью в несколько футбольных полей;
- в них есть «чистые комнаты», в которых пыли в 10000 раз меньше, чем в операционной (и это не фигура речи);
- сначала они выращивают кремниевую трубку - цилиндр диаметром 30 см и длиной в несколько метров. Вся трубка - единый кристалл, то есть атомная решетка идёт ровно от одного конца до другого!
- дальше её нарезают на блинчики толщиной 200 микрометров (толщина волоса - около 80мкм). Эти блинчики - основа, на которой «рисуют» детальки;
- я пишу рисуют, но размер элементов картины - десятки нанометров (на срезе волоса помещаются тысячи);
- фотолитография (то самое прижигание/выжигание) - это снос башки: сначала делают относительно крупную «маску», через которую светят ультрафиолетом и пропускают картинку через линзу, которая делает луч меньше - таким образом рисунок получается меньше маски (и даже меньше длины волны);
- эти линзы меняют раз в несколько лет из-за износа от бомбардировки фотонами! Представьте, если бы у вас объектив на фотике истерся от света;
- размер картинки такой маленький, что нужно учитывать интерференцию лучей, то есть маска и тень от неё не совпадают. Это значит, что подсчёт маски, дающей необходимую тень - отдельная математическая задача;
- там такие точности, что заметна осцилляция фотонов (!), и используются способы ее компенсации.

Это одно из самых увлекательных выступлений, с максимальной концентрацией лулзов. Приятного просмотра.

https://youtube.com/watch?v=NGFhc8R_uO4

Во всех современных процессорах Intel есть серьезная аппаратная ошибка безопасности. Производители операционок в турбо-реактивном режиме выпускают патчи, но детали уязвимости всё ещё под эмбарго.

Microsoft выпустила программный патч для Windows в ноябре. Патч к ядру Линукс от группы исследователей из технического университета Граза был окончательно принят разработчиками Linux буквально несколько дней назад. Изменения в исходном коде Linux доступны публике, но из них изъяты комментарии, объясняющие причины происходящего.

🍿🍿🍿

Патчи серьезно замедляют выполнение задач, связанных с большим числом переключения контекстов и прерываний. У одного из экспериментаторов производительность du упала почти в два раза (du — утилита, считающая объем дискового пространства, занятого файлами).

AMD утверждает, что их процессоры не имеют этой ошибки.

Супер разбор ситуации http://pythonsweetness.tumblr.com/post/169166980422/the-mysterious-case-of-the-linux-page-table

Краткий пересказ:

Указанные патчи к ядру Linux включают _kernel page-table isolation_. До этих изменений, таблица страниц (_page table_) ядра (таблица, содержащая схему перевода адресов виртуальной памяти ядра в адреса физической памяти) хранилась вместе с таблицей страниц пользовательского процесса. Пользовательским процессам эта таблица была не доступна. Это хак, но он позволяет не сбрасывать очень дорогие кеши процессора. По всей видимости, существует аппаратная ошибка в процессоре, позволяющая пользовательскому процессу прочитать, что же в этой таблице лежит.

Возможно, это timing attack, в которой измеряется время, необходимое менеджеру памяти процессора (MMU, Memory Management Unit) для того, чтобы получить физический адрес той или иной области памяти. Интересно, что другая команда исследователей из того же университета Граза буквально на днях представила доклад, где показала, как можно узнать адрес js-объекта в памяти из джаваскрипта именно через timing attack на MMU!

Пока я писал эти буквы, исследователь уже написал программу, позволяющую узнать адрес функции ядра в памяти! https://twitter.com/brainsmoke/status/948561799875502080?s=09

Так или иначе, одного этого кажется недостаточным для срочных патчей в режиме «горящей задницы». И тут мы вспоминаем третью недавнюю статью от группы исследователей из университета Граза (!). Есть так называемая Row hammer-атака. Современные DRAM-модули оперативной памяти имеют такую высокую плотность, что при обращении к определенным ячейкам памяти с высокой частотой, можно изменить данные в совершенно других областях памяти. Это происходит из-за электромагнитных наводок (!). В статье исследователи показали новую, более крутую эксплуатацию электромагнитного эффекта и успешно обошли все существующие методы защиты.

Если совместить вместе патч, доклад и факт, что в почтовой переписке разработчиков ядра Linux участвовали разработчики из Google и Amazon (два крупнейших поставщика облаков), разумно предположить, что речь идет об атаке, позволяющей злоумышленнику вылезти из виртуальной машины.

Конечно, речь идет о том, чтобы пропустить верблюда через игольное ушко несколько раз подряд, но хакеры уже не раз показали, на что способен человеческий разум.

Запасаемся попкорном и ждём дальнейших подробностей. 2018 начинается очень интересно.

P.S. Бояться, что эта уязвимость затронет ваш персональный компьютер или телефон я бы пока не стал. Только включите автоматические обновления безопасности, а то будете потом локти кусать.

P.P.S. Ноябрьская новость, что глава Intel продал все свои акции Intel заиграла новыми красками.