英特爾未來技術發展趨勢

【iThome技術編輯劉人豪美國舊金山報導】按照過去的慣例，IDF的開幕及最後的重點致詞，都由英特爾資深副總裁兼技術長Pat Gelsinger所負責，他也是英特爾史上最年輕的高階主管（43歲，但加入英特爾已有25年）。由於Pat Gelsinger領導英特爾的新技術研發事務，更是IDF之父（Father of IDF），所以他的重點致詞一直是IDF的焦點，對於資訊科技的未來走向都有著舉足輕重的指標性，也堪稱英特爾高階主管重點致詞中最精采者。現在，就讓我們看看，英特爾是如何看待資訊科技的未來發展。

「The Era of Tera」

由於人類每個生活層面都有數位化的可能，導致在生活中，就會產生極為鉅量的數位資料。Pat Gelsinger列舉一些驚人的數字，形容為「冰山一角」（Only The Tip of The Iceberg），顯示在資訊時代中，這些資料究竟有多麼的龐大。所以，為了要對Tera等級的資料量（Dataset Size）進行辨別（Recognition）、資料挖掘（Mining）、以及分析合成（Synthesis），也就需要Tera等級的運算能量（Processing Power）。

為此，Pat Gelsinger以數位照片做為例子，如果要在個人電腦裡的一萬張照片中，想要找出自己想要的，有多麼的困難，但是影像辨識分析又是極為需要運算能量的工作。從上述RMS的角度來看，不同工作負擔（Workload）逐漸聚集的趨勢，也會導致電腦架構往聚集化發展。摩爾定律並不保證運算能量的提升

不過，電腦的運算能量真的可以持續穩定的發展嗎？答案不見得是肯定的。摩爾定律雖然一直延續不斷，但是，摩爾定律所預測的是電晶體數目的成長，而這並不保證實際上的運算效能也會有相對應的提升。要達成高度的效益，除了需要電腦硬體架構上的改進，更需要軟體演算法針對平行化處理的可擴張性（Scalability）。

為此，會場邀請了inTrace GmbH公司創辦人之一、現任德國Saarland大學教授Philipp Slusallek，現場實機展示即時光跡追蹤（Real-time Ray-Tracing）運算，比較傳統硬體的Rasterization（編按：這應該是Environment Bump-Mapping所做出來的效果）和軟體即時光跡追蹤的差異，即時光跡追蹤的效果理所當然的勝出。雖然後者需要極高的運算能量，但是隨著場景複雜度的提升，以及處理器數量的增加，卻有著遠較為佳的穩定效能提升、實作的簡易度以及對運算能量的有效利用。

另外，要維繫運算能量的穩定成長，進而邁進「The Era of Tera」，有著諸多的困難，例如記憶體延遲（Memory Latency）、邏輯運算電路與記憶體效能的差距逐漸拉大、高時脈導致耗電和熱量問題等等，這些都有待克服，而且牽涉範圍極廣。維繫運算能量成長的眾多技術發展

我們要如何達成運算的同時平行化（Concurrency）？這可以分為數個層次來考慮。首先，最簡單的方式，就是有效利用摩爾定律所預期的電晶體成長，將處理器實作為多核心（Multi-Core）、核心共享快取記憶體的形式。接著，導入同步多執行緒的觀念，以達成更高的運算能量利用率。

不過，由於快取記憶體誤失（Cache Miss）所導致的記憶體延遲，對於運算效能有著極為不利的影響，英特爾為此發展非對稱性（Asymmetric）同步多執行緒架構，可透過另外產生「Helper Thread」預先計算、擷取程式所需要的下一筆資料，這樣就可以降低快取記憶體的誤失率，目前英特爾已經在新版編譯器支援Helper Thread。現場實機展示兩臺Itanium 2系統在64位元Windows上執行DB2的效能，支援Helper Thread者擁有8.9%的效能提升以及減少23%的快取誤失。（編按：不過Itanium 2目前並未支援硬體同步多執行緒，這是值得懷疑的地方）。

為了克服高時脈下的漏電（Leakage）問題，英特爾正在發展基底電壓交換技術（Swapped Body Biasing），這已經在IDF會前RD部門技術簡報發表過。由於英特爾短期間內並不考慮導入絕緣矽（SOI）技術，所以要處理漏電問題，必須研擬其它的方法。如果漏電問題不克服，未來要持續提升處理器時脈就會相當的困難。針對提升網路效能的系統架構調整

由於網路運算上有著相當高的平行化空間，加上隨著網路通訊協定的複雜化，如果可以透過大量簡單的可程式化處理器來實作，隨著通訊協定的複雜度而調整處理器的數目，就可以大幅縮短產品的設計成本及時間。就某種意義上而言，這非常類似網格式運算（Grid Computing）的概念，只是規模變小而已。在未來，這也許會成為嵌入式處理器的設計趨勢。

歷史的教訓證明，網路持續穩定的傳輸，最後都得倚靠系統的效能來支撐，並非盲目的提升頻寬就可以提升網路的效能表現。尤其目前的個人電腦架構並非針對網路的需求量身訂做，其實還有很大的改善空間。

首先，通訊協定堆疊可以透過硬體線路實作，這樣就可以去除作業系統通訊協定軟體堆疊的overhead。另外，在傳統的DMA架構下，網路卡必須先將資料傳送至記憶體、再由處理器存取主記憶體，這樣就會因記憶體延遲降低效能。如果可以透過Helper Thread、事先將資料擷取至快取記憶體內，就可以改善效能。最後，結合通訊協定運算的最佳化，就Pat Gelsinger所提出的範例，可以將效能提升至原本的10倍之譜。在生活逐漸數位化的催化下，到處都有革新的機會

在重點致詞開始之時，Pat Gelsinger就提出一個看法：現有的技術是否已經夠好？技術革新的代價是否太過昂貴？資訊技術的發展是否已經走到了盡頭？英特爾目前所進行的技術研究，充分展現出英特爾有別於其它廠商、極力思考最具經濟效益方式的企業文化。

更重要的是，只要找出效能瓶頸，對症下藥，不需要付出太多成本，就可以得到效能上的飛躍成長，這也是在摩爾定律持續邁進之際，所應該反思的問題。文⊙劉人豪