Hvordan chiptilpasning, kjernelisensiering kan endre prosessorvirksomheten

I denne runden med overraskende utviklinger innen prosessorteknologi lærer vi at Nvidia og IBM bestemmer seg for å lisensiere prosessorkjernene sine henholdsvis Kepler GPU og Power CPU-kjerner - slik at andre selskaper kan inkludere disse kjernene i sine egne produkter.

Dette er en stor forandring. Til nå, hvis du ønsket en GeForce GPU, måtte du kjøpe den fra Nvidia, og hvis du ville ha en Power CPU, måtte du kjøpe den fra IBM. Nå kan andre prosessorleverandører eller endelige kunder være i stand til å inkludere disse kjernene i sine egne tilpassede eller semi-tilpassede produkter.

Lisensiering av åndsverk i form av kjerner for prosessorer eller grafikk er ikke noe nytt. ARM har gjort en enorm virksomhet med å selge CPU-kjerner og arkitekturer, og Imagination Technologies bygde sin virksomhet ved å selge grafikkkjerner og teknologier. Mer nylig har hver enkelt kommet seg inn i den andre virksomheten. ARMs CPU-rettighetshavere inkluderer nesten alle de mobile prosessorprodusentene (Apple, Qualcomm, Samsung, Nvidia, Mediatek og mer), i utgangspunktet alle unntatt Intel. Imaginations Power-VR-grafikk er lisensiert til Apple, Intel og mange andre, med Imagination, ARMs Mali og Vivantes grafikk som kjemper for de fleste mobile prosessorer (bortsett fra de fra selskaper som har sin egen grafikk). Som et resultat av lett lisensierte kjerner for CPUer og grafikk, har vi sett et stort utvalg av ferdige prosessorer med en rimelig mengde kompatibilitet.

Nvidia har vært en ARM-lisenshaver, og kombinerer ARMs CPU-teknologi med sin egen grafikkteknologi for å lage sin Tegra-serie med mobile prosessorer. For noen uker siden demonstrerte Nvidia at den hadde portert sin Kepler GPU-arkitektur slik at den ville fungere i systemer med ARM-CPUer. (Selskapet har brukt mindre kraftig grafikk i Tegra; oppdateringen vil være en del av selskapets kommende "Logan" -versjon av linjen, og vil være den første mobile prosessoren som støtter CUDA GPGPU-prosesseringsfunksjonene.) Mer overraskende sa det det vil nå lisensiere GPU-kjernen så vel som rettighetene til den visuelle databehandlingsintellektuelle eiendommen, slik at kundene kan lage sine egne GPU-er.

Høres kjent ut? Det er fordi Nvidia hadde lisensiert en tidligere GPU-kjerne til Sony for PlayStation 3 og har en patenteringslisens hos Intel (som er vanlig blant store leverandører). Men de nye lisensplanene ser ut til å være først og fremst rettet mot andre leverandører av mobile prosessorer og mot det voksende innebygde markedet, med Nvidia som fokuserer på hvordan Kepler nå kan operere med så lite som en halv watt strøm. Nvidia hadde tidligere kunngjort sin intensjon om å lage en serverbrikke som kombinerte GPU-ene med ARM-CPUer; Dette vil teoretisk sett tillate andre selskaper å gjøre lignende ting.

Denne uken sa IBM at den vil tilby sin Power-teknologi, som vanligvis brukes av selskapet i brikkene sine for avanserte servere og mainframes, for utvikling. IBM sa at det sammen med Google, Mellanox, Nvidia og Tyan danner OpenPower Consortium med sikte på å utvide Power-arkitekturen og serveren, nettverkslagring og grafikk-teknologien rundt det for å lage løsninger rettet mot veldig store datasentre.

Den første Power-arkitekturen som IBM vil lisensiere er Power 8, som selskapet planlegger å kunngjøre på Hot Chips-konferansen senere denne måneden, og vil begynne å sende i 2014. Power 8 inkluderer en ny avansert I / O-buss, kjent som Coherent Attached Processor Interface (CAPI), som IBM sier vil gjøre det lettere å kombinere Power-kjerner med andre systemkomponenter for heterogen databehandling.

Ideen er å la organisasjoner først enklere koble flere Power CPU-er med Nvidia GPU-er på en måte som gir mening for "Web 2.0" -skala-ut datasentre, og etter hvert gi rom for spesialiserte prosessorer som kan skape et alternativ til standard Intel-servere. Husk at i servermarkedet i dag utgjør Intel-baserte servere omtrent 90 prosent av enhetene (selv om bare omtrent to tredjedeler av inntektene, siden ikke-x86-serverne stort sett er mye høyere og mer prisgunstige produkter). IBMs egenutviklede Power-baserte servere blir i økende grad en nisjeaktør, og selskapet må få flere brukere til Power-arkitekturen for å holde den relevant og rettferdiggjøre den fortsatte investeringen i arkitekturen.

Det er spesielt interessant å se IBM og Nvidia sammen. Man kan forestille seg at Power CPU blir kombinert med CUDA-grafikk for å lage serverprodukter som gir mening i HPC (high performance computing) eller superdatamarkedet, der hvert selskap allerede er en betydelig aktør. Og Mellanoxs ekspertise på samtrafikk vil også hjelpe i det markedet.

Men fokuset er mer på det store skala-out datasenteret, der teknologien beveger seg raskt og som nylig har blitt et stort og raskt voksende marked. Ideen er at bedrifter teoretisk kan lage System-on-Chip (SoC) -design tilpasset for denne typen applikasjoner.

Delvis er dette enklere fordi de store kundene ofte skriver sin egen programvare. Google, Facebook eller Microsoft kan omskrive en del av programvaren til de veldig store skydatasentrene, sier webserveren eller databaseserveren, til en annen arkitektur enklere enn en typisk bedrift, med det brede utvalget av leverandører og interne applikasjoner. Det samme konseptet ligger selvfølgelig bak de nylige kunngjøringene av en rekke ARM-baserte serverbrikker, som først og fremst er designet for å dramatisk kutte strøm i slike miljøer.

Google er involvert i OpenPower-konsortiet er spesielt spennende. Selskapet har stort sett tatt en veldig hemmelighetsfull tilnærming til sitt datasenter og antas å bygge sine egne servere; den er stor nok og bruker nok servere slik at den har råd til å opprette eller få noen til å lage en serverbrikke tilpasset et bestemt program, for eksempel websøk.

Dette vil også være komplementære til andre trekk designet for å riste opp datasenteret markedet, for eksempel OpenCompute Project.

IBMs flytting hit er ikke helt enestående. Jeg husker da IBM, Apple og Motorola ble enige om at de ville ta Power-arkitekturen og opprette PowerPC, som blomstret i noen år, men for det meste kollapset da Apple flyttet Mac-bærbare PC-ene til Intel-arkitekturen. Og det har lenge vært Power.org, en organisasjon designet for å ta Power-arkitekturen til det bredere markedet, inkludert det innebygde rommet. Kraft har tapt terreng de siste årene, og IBM håper den nye lisensieringsmodellen kan bidra til å snu dette, spesielt i datasentermarkedet.

Visstnok fører mer konkurranse til ny innovasjon, og et marked der en aktør som leverer 90 prosent av enhetene høres moden ut for konkurranse.

Til en viss grad står de sittende x86-serverprodusentene heller ikke i ro. AMD, som har vært et fjernt sekund for Intel i servermarkedet, har kunngjort sin intensjon om å lage ARM-baserte servere så vel som x86-baserte. Og det har vært veldig kraftfullt for å fremme ideen om at fremtiden ligger i å lage "semi-custom" chips, som tar kjernene og legger til annen IP for å lage tilpassede løsninger for store kunder. De tidlige gevinstene her har vært i spillkonsoller, men det er knapt en strek å forestille seg dette på servermarkedet.

Og Intel snakket under kunngjøringen om sin neste generasjon datasentre-brikker om hvordan den lager semi-tilpassede versjoner av sine Xeon-serverbrikker for noen store kunder, med funksjoner som spesifikke akseleratorer for bestemte funksjoner. Selskapet omtalte Facebook og eBay som kunder.

Igjen, kan du forestille deg hvor dette gir mening for de største, mest teknisk sofistikerte kundene, de som utgiftene til spesialiserte chips og omskriving eller i det minste tester programvare på nye plattformer er mye mindre enn kostnadene for å faktisk drive datasenteret. Men jeg lurer på hvor mye av markedet dette er. Selv om den er laget med vanlige kjerner og grafikk, krever hver tilpasset brikke fremdeles en viss designtid, for ikke å nevne masker, skiver og testing, så de bør være dyrere å produsere enn mer massemarkedsbrikker, som har mye større stordriftsfordeler.

Jeg antar at du kunne tenke på det som et trinn til i dekonstruksjonen av industrien. En gang i tiden ble prosessindustrien dominert av integrerte designprodusenter (IDMer) som opprettet sin egen kjerne-IP, designet full chips, bygget den i sine egne fabs og deretter solgte den til kunder. I dag er det bare Intel og i mindre grad Samsung og TI som er igjen i den bransjen. I neste trinn så chipdesignere som hadde tilsyn med deres viktigere IP- og chipdesign, men overlot produksjonen til andre; dagens dominerende modell er fabelaktige halvlederselskaper og chipstøperier. Kanskje er neste trinn at kundene selv skal ta IP designet av andre, ha et eksternt firma som klaffer sammen slik de vil, og så få et støperi til å lage det, og dermed kutte ut mesteparten av brikkedesignet helt. I en slik modell ville de store vinnerne være IP-designere og de store taperne ville være mellomnivåbedriftene som har trivdes med å sette sammen chips de så solgte til mange forskjellige kunder, til noe forskjellige formål.

På den annen side kan jeg ikke la være å tenke at det alltid vil være et marked for relativt få chips som serverer folk flest godt nok, og kan være rimeligere på grunn av det enorme volumet.

Fortsatt bør trekk som de vi har sett nylig fra Nvidia og IBM, samt en mye større åpenhet for tilpasning fra selskaper som AMD og Intel, føre til mer mangfoldighet og dermed mer valg i prosessorens verden. Og det igjen kan bare være bra for innovasjon.