Wydajność procesorów – lekcja historii

W 1965 r. Gordon Moore, jeden z założycieli Intela, sformułował słynne dziś prawo Moore’a. Mówiło ono, że optymalna liczba tranzystorów w układzie scalonym wzrasta wykładniczo – podwaja się co 12 miesięcy. Prawo to obowiązuje w zmienionej formie do dziś. Dzięki niemu każdy z naszych czytelników ma komputer potężniejszy od tego, który wyniósł człowieka na Księżyc.

Domowy superkomputer

Najpotężniejszym dziś procesorem instalowanym w domowych pecetach jest 6-rdzeniowy Intel Core i7 980 XE. Osiąga wydajność maksymalną na poziomie 107,55 GFLOPS – podaje Wikipedia. Oznacza to, że wykonuje ponad 100 miliardów operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę. Współczesne superkomputery osiągają wydajność 1500-1800 TFLOPS (1,5-1,8 PFLOPS lub 1 500 000-1 800 000 GFLOPS).

Na stronie rankingu TOP500 (obejmuje on najszybsze komputery świata) można znaleźć archiwalne dane z lat 90. Zwycięzcą pierwszej rywalizacji zorganizowanej w 1993 r. był CM-5/1024. 1024-rdzeniowa maszyna zainstalowana w laboratorium w Los Alamos uzyskiwała wydajność 60 GFLOPS. Była więc prawie dwa razy wolniejsza od współczesnego Core i7!

W 1989 r. najbardziej wydajnym komputerem na świecie mógł pochwalić się Uniwersytet Stanu Floryda. Był to ETA10-G/8 (10,3 GFLOPS). Tego „potwora” obejmował zakaz eksportu. Administracja George’a Busha seniora obawiała się, że zostanie wykorzystany przez wrogie mocarstwa do prowadzenia badań nad bronią jądrową (dziś już na szczęście można to robić w domowym zaciszu ).

Amiga lepsza od komputera Apollo

A co z komputerem, który wyniósł człowieka na Księżyc? Tak zwany Apollo Guidance Computer, wykorzystywany w latach 1966-1975, miał kwarcowy zegar o częstotliwości ok. 2 MHz. Do tego dochodziło 2 kB pamięci operacyjnej i 32 kB pamięci ROM. To wszystko kontrolowało ważącą 45 ton konstrukcję składającą się z modułu dowodzenia i lądownika.

Jeszcze większa przepaść dzieli nasz przykładowy procesor Intel Core i7 i pierwszy superkomputer – wyprodukowany przez IBM Naval Ordnance Research Calculator. Urządzenie pracowało w latach 1954-1963 na Uniwersytecie Columbia. Wykonywało 15 tys. operacji na sekundę i było wykorzystywane do obliczania trajektorii rakiet balistycznych. To też da się dziś na szczęście zrobić bez wychodzenia z domu .

Prawo Moore’a na razie jest dla starszych komputerów bezlitosne. Obecnie liczba tranzystorów podwaja się co ok. 24 miesiące. Eksperci obawiają się jednak, że za kilka lat zasada twórcy Intela przestanie obowiązywać. Osiągnięte zostaną fizyczne granice technologii tworzenia procesorów. Nadzieją są memrystory – pamięciowe oporniki. Pomogą one w budowie nowych generacji czipów.

Wszystkie opisane w artykule procesory można porównać na poniższym wykresie. Wyniki najstarszych maszyn zostały nieco zawyżone w stosunku do skali – inaczej nie byłoby ich wcale widać . Oczywiście, swój własny super komputer możemy złożyć samodzielnie, co opisaliśmy w innym artykule.