Made at Intel: Сделано в Intel бесплатное чтение

Я подустал от мрачных текстов и вспомнил о своей давней мечте. За 20 с хвостиком лет работы в «Интел» у меня развеселых историй накопилось на целую книгу. Хотелось в ретроспективе посмотреть на некоторые события, участником которых мне довелось быть. И еще хотелось отдать дань уважения компании и людям, с которыми мне посчастливилось работать. Я уже даже название придумал – Made at Intel. Понятно, что пока я был внутри конторы, речь о публикации этих баек идти не могла. Я сам подшучивал, что для публикации нужно правильно выбрать время. В смысле, сначала уволиться, а потом публиковать, а не быть уволенным вследствие публикации. Однако примерно два года назад я «Интел» покинул, и, казалось бы, меня уже ничего не сдерживало. Но тут как всегда – то перо поломается, то струна порвется, то еще какая беда приключится. К тому же на то, чтобы писать книжку – это же решимости набраться надо… И вот вчера я решил, что большое надо начинать с малого. Буду писать по главке. Так мало-помалу и наберется.

Итак, сегодня вашему вниманию представляется первая глава, в которой эволюция архитектур Intel рассматривается с точки зрения… истории религиозных течений. Да-да, не удивляйтесь, архитектура вычислительных устройств – это одна из самых религиозных вещей. Не думайте, что все решения по Instruction Set Architecture[2] принимаются исключительно на основе анализа данных – это совсем не так. Скорее похоже на средневековое государство – тут есть немного бизнеса, побольше политики и очень много религии. Все просто – почти любой эксперимент в этой области растягивается на годы и обходится в миллиарды долларов. Хуже всего, что в процессе дизайна можно давать лишь приблизительные оценки ключевых характеристик – частоты, производительности, энергопотребления, температурной карты. То, как все оно будет на самом деле, становится понятным уже только тогда, когда чип выходит из печки. Да, сейчас в этой области уже накоплен определенный опыт, и наши оценки становятся несколько точнее, но и только. А 20 лет назад этих знаний было куда меньше. И пионеры, подобные «Интел», двигались в темноте на собственный страх и риск. Разумеется, в таких условиях на первый план выходит, кто во что ВЕРИТ. Ну да – еще кто лучше говорить умеет. Лучшие архитекторы приходят из школ с углубленным изучением богословия.

Именно поэтому история эволюция развития архитектурной мысли так странно напоминает историю религий. Разница только в масштабе времени – то, что в религии формируется веками, в дизайне чипов складывается за считанные годы, а иногда даже месяцы. Взять хотя бы школу Бориса Арташесовича Бабаяна (наверно, самую древнюю из известных мне архитектурных школ). Мне трудно впрямую причислить себя к его ученикам, но то, сколько мы общались и сколько идей я от него набрался, наверно, позволяет так говорить. Так вот, там на протяжении 60 лет было все: расколы (наподобие католической и лютеранской церкви), формирование новых течений и, разумеется, идейные конфликты. Существенную роль играл фактор времени. Отколовшиеся недавно признавались «последователями», а долго упорствующие в своих «заблуждениях» – прямыми «еретиками». Много всякого происходило за 60 лет, и я видел из этого лишь малую толику. Поэтому меня подмывает нарисовать полное «генеалогическое древо» этой школы. Когда поеду навестить Арташесовича в следующий раз, надо будет этим заняться. Но давайте вернемся к «Интел». В этой главе я расскажу о трех культах, которые имели все признаки религиозных и формировали историю компании.

Гонка гигагерц

Это течение сформировалось в конце XX – начале XXI века. В основе лежала, в общем-то, простая мысль – при повышении тактовой частоты производительность приложений при прочих равных растет. Не обязательно линейно (обмены с памятью никто не отменял), но растет. Заменяя процессор на новый, пользователь получает ускорение «из коробки». Без всяких мучительных манипуляций с исходным кодом ради распараллеливания и векторизации. Тенденция эта началась еще во времена Pentium III, но полностью развилась уже в Pentium IV. Все было бы прекрасно, но вот только загвоздка в этом самом «при прочих равных». Очевидно, что чем короче такт, тем больше их потребуется для выполнения данной инструкции. Ведь x86 – это все же CISC. И «Интел» задумал поменять архитектуру в угоду частоте. Так родился NetBurst c его гиперпайплайном. Идея в том, чтобы разбить команду на микроинструкции (такой RISC внутри CISC) и запихивать их в огромной длины пайплайн. В Willamette он составлял 20 стадий, а в Prescott – 31, и это не считая декодирования. Суть в том, что эти микроинструкции можно выполнять на гораздо большей частоте, чем настоящие x86 команды. И это неплохо работало на прямых, как палка, кодах и прогретых кэшах. Но стоило поймать промах в кэш, и в пайплайне образовывался баббл (пузырек) – молотилка работала вхолостую. Еще хуже дело обстояло при неправильном предсказании ветвлений. Они не часто (буфер предсказания ветвлений BTB выдавал 94-процентную точность предсказаний), но все же случались. В этом случае цена была астрономической – только для очистки конвейера (flush) могло потребоваться до 100 тактов. А ведь надо было еще снова его загрузить… Тем не менее «Интел» твердо уверовал в парадигму и в начале 2000-x (если мне память не изменяет) провел публичный эксперимент, где P4 работал на частоте около 8 гиг и охлаждался жидким азотом. Это, конечно, вдохновило оверклокеров и заставило серьезно задуматься всех остальных. Ибо гигагерцы – оно, конечно, круто, но жидкий азот – это все-таки жидкий азот…

«Самосожжение» Боба Колвелла

Кульминация, однако, случилась еще раньше. Боб Колвелл (один из самых уважаемых мной дизайнеров) проработал в «Интел» всего пять лет (1995–2000), но сумел оставить в истории компании яркий след. Он был одним из ведущих архитекторов линейки Pentium и, наверно, раньше всех осознал, что «гонка гигагерц» – тупиковый путь. Однако беда была в том, что тогда частота уже превратилась из чисто физического (или инженерного) понятия в предмет новой религии. И обычными средствами набирающую ход лавину было уже не остановить…

В одно прекрасное утро Бобу Колвеллу позвонил тогдашний CEO «Интел» Крейг Баррет. С Крейгом я встречался лично раз пять (больше только с нынешним CEO Пэтом Гелсингером), и он всегда производил впечатление человека исключительно здравомыслящего. Но, видимо, в том момент всеобщий экстаз захватил и его.

– Боб, дружище, нельзя ли поднять частоту еще на 20 %? – «поинтересовался» Крейг.

– Это очень сложно, – ответил Боб. – И более того, контрпродуктивно.

Но тем не менее частота была поднята.

Следующий звонок был таким:

– Боб, дорогой. Нельзя ли добавить еще процентов 15?

– Это почти невозможно и бессмысленно.

– Ну постарайтесь, вы же настоящие гении…

И последний.

– Боб, золотой мой, кровь из носа нужно еще 10 %.

– I deliberately do not agree[3], – ответил Боб, повесил трубку и написал заявление «по собственному желанию». Позже он описал это в своей замечательной книге The Pentium Chronicles: The People, Passion, and Politics Behind Intel’s Landmark Chips[4].

Дальнейшее развитие

Но «Интел» не был бы «Интелом», если бы так легко отказывался от своих убеждений. NetBurst вышел на рынок и столкнулся там с платформой AMD Opteron, которая мало того что имела существенно более короткий конвейер, так еще и обладала встроенным контроллером памяти. В то время как интеловские платформы все еще использовали технологию North Bridge. На меня самое большое впечатление произвел следующий эпизод. Мы как-то попробовали запустить Linpack на процессоре Irwindale. И не смогли получить более 70 % эффективности. Обычно неприхотливый HPL уперся… в memory bandwidth. Возможно, мы что-то сделали не так, но шок был настолько велик, что мы очень быстро это занятие бросили.

Реальность рынка быстро оказала свое отрезвляющее воздействие. Intel начал стремительно терять долю рынку в пользу AMD. Однако ситуация, как ни странно, имела и положительные моменты для развития софтовой организации в «Интел» (и российской в частности). Контора осознала, что программатуру можно использовать для того чтобы прикрыть недостатки архитектуры. Нас бросили «на фронт», чтобы «распрямлять» коды (уменьшать количество ветвлений) и по возможности уменьшать зависимость от memory bandwidth. В «Интел» наступил (второй?) «золотой век софта». Затем в 2005 году, как глоток свежего воздуха, появился Merom, разработанный в Israel Design Center (IDC). Архитектура Core имела существенно более короткий конвейер и скорее являлась развитием идей P3. Но окончательно «смутное время» закончилось с выходом Nehalem – серверного чипа с архитектурой Core и интегрированным контроллером памяти. Империя встала с колен и нанесла сокрушительный ответный удар.

Linpack как важнейшее из искусств

Второй важнейший «культ», который определял развитие серверной архитектуры на протяжении десятилетий, – это «сакрализация» Linpack. Сам бенчмарк представлен Джеком Донгаррой аж в 1979 году. Но культовым статусом своим он обязан усилиям маркетологов из многих IT-компаний (Intel, AMD, IBM, Nvidia, Fujitsu и т. д.). Linpack имеет массу неоспоримых достоинств.

• Это всего лишь ОДИН тест, в отличие от, скажем, SPEC CPU, где их 40 с хвостиком.

• К тому же (в отличие от SPEC) он совершенно бесплатный.

• Очень легко объяснить, что Linpack делает. Он решает систему линейных алгебраических уравнений с числами двойной точности. Используется метод (P) LU-разложения (Гаусса) с выбором ведущего элемента.

• В качестве результата Linpack выдает ОДНО число – измеренную производительность системы в (гига-, тера-, пета-, экза-) флопах. На основании Linpack строится мировой рейтинг суперкомпьютеров TOP-500 и российский TOP-50. Так же вычисляют эффективность (искушенные люди обращают на нее внимание) – как отношение измеренной производительности к пиковой. Правда, в последнее время само понятие эффективности является несколько «размытым» из-за того, что в процессе исполнения теста тактовая частота может «плавать».

• Linpack идеально параллелится (MPI, OpenMP и вообще что угодно) и векторизуется.

• И, наконец, Linpack обеспечивает практически полную (> 90 %) загрузку вычислительных устройств. В то время как обычные приложения редко показывают больше 20.

И все же Linpack – это всего лишь ОДИН (и к тому же весьма специфичный) тест, и переоценка его роли обходится очень дорого. Тем не менее история показывает, что зачастую так оно и происходило.

Гении Линпака

Несмотря на интенсивный promotion со стороны маркетинга, Linpack не приобрел бы и половины своей популярности, если бы не вклад многих талантливых инженеров. Вслед за Донгаррой, безусловно, надо упомянуть Kazushige Goto. Этот парень – настоящий гений (вот только разговорный английский у него хромает), а его статья Anatomy of High-Performance Matrix Multiplication[5] давно стала «настольной книгой» для разработчиков библиотек. Я часто приходил к нему с разными вопросами по Линпаку: «Гото-сан, почему так?» И он обычно начинал свои объяснения фразой: «Ну вот представь, что ты – Linpack. Как бы ты поступил на его месте?» Конечно, я ничего не представлял. Просто сидел и слушал с открытым ртом. Потому что для меня это какой-то запредельный уровень понимания. Велик вклад ребят из интеловских MKL (а Linpack это на 95 % dgemm) и MPI. А также их аналогов для других платформ. Ну и не забуду коллег из Intel Competitive Response Team, в которой я провел восемь лет (2005–2013). В нашу задачу входила поддержка больших тендеров в области High Performance Computing[6], а также сопровождение подачи заявок в рейтинг Top-500 Supercomputers для свежепостроенных кластеров на базе процессоров Intel.

Мерило тщеславия

Top-500 – самый престижный мировой рейтинг суперкомпьютеров. Чтобы попасть туда, люди тратят десятки и сотни миллионов долларов. Нужно купить и собрать систему, которая может насчитывать десятки тысяч узлов и сотни тысяч интерконнектов. И когда все это сделано, остается последний (и очень ответственный) штрих – измерить производительность системы с помощью теста Linpack и подать заявку. Задача эта отнюдь нетривиальная – у нас была разработана многошаговая процедура для достижения максимального результата. Но надо понимать, что Linpack – это не только Computer Science[7], это еще и игра вероятностей. Продолжительность теста зависит от многих факторов: производительности процессоров, количества памяти на узел, количества MPI-ранков и OMP-тредов (если используется гибридная схема параллелизации) и т. д. Таким образом, время прогона может варьироваться от часа до десяти (а то и больше). А за это время с системой из нескольких тысяч узлов может случиться все что угодно – перегреться один из процессоров, отвалиться интерконнект, «cнести башню» драйверу и т. п. Поэтому мало все сделать правильно – нужно, чтобы тебе еще и немного повезло. И ты не можешь предсказать, когда это случится. Для того чтобы получить хороший результат, может потребоваться несколько сотен экспериментальных и «боевых» прогонов. Поэтому за 3–4 недели до International Supercomputing (июнь) и US Supercomputing (ноябрь) у нас начиналась горячая пора. Работа велась посменно и не прекращалась круглые сутки.

В тот день была моя очередь, и я появился на работе в 8:30. Экстремально рано по своим меркам. В офисе было пусто – график посещения в нашей развеселой лавочке был фривольный, и раньше 10–11 обычно никто не появлялся. Застал я только Серегу Шальнова, который гонял Linpack в ночную смену на немецком кластере.

– Чё как? – осведомился я за текущий статус.

– Ночной ран не выжил, – мрачно откликнулся Шальнов. – Сразу несколько узлов скопытились. Я полночи ковырялся, чтобы их вычислить и удалить из списка.

Потом мы наскоро прикинули «расклад» (параметры Np, P и Q) с учетом изменившегося количества узлов, и в этот момент у Сереги зазвонил телефон. Оказалось, что это Войтек, польский чувачок, который занимался технической поддержкой того кластера, на котором мы гоняли тест. Процесс его настолько захватил, что он приперся на работу даже раньше восьми по своему времени.

– Серега, заряжай! – прокричал Войтек так, что даже мне было слышно.

– Ты куда торопишься? – спросил Шальнов. – Скорее в историю войти?

– Дело не в этом. У нас тут похолодало. У меня в подсобке возле датацентра семь градусов. И если ты сейчас не запустишь Linpack (а тепла в процессе теста выделяется дай Бог), я тут сдохну от холода.

Серега положил трубу, посмотрел на меня уставшими, красными после бессонной ночи глазами и изрек:

– Предназначение Линпака не в том, чтобы быть мерилом человеческого тщеславия. Предназначение Линпака в том, чтобы приближать тепловую смерть Вселенной…

Linpack vs HPCC

Если речь зашла о разных «мерилках», то уместно будет упомянуть о HPCC. Мой товарищ Андрей Нарайкин активно продвигал этот набор бенчей как «альтернативу» Линпаку. Нет, разумеется, HPL в составе High Performance Computing Challenge (HPCC) тоже был. Но кроме этого там присутствовали Stream (вечный «антипод» Линпака), Random Access и FFT (плюс несколько дополнительных). Я тогда стебался в том духе, что «Излюбленное занятие джентльменов – мериться размерами достоинства. А ты хочешь указать им на то, что у достоинства, помимо длины, есть еще и другие тактико-технические характеристики. Например, толщина, коэффициент расширения, угол стояния и т. п.» А теперь, спустя более 15 лет, я понимаю, насколько Андрюха был прав. Если бы джентльмены не зацикливались исключительно на длине достоинства, «Интел» сумел бы впоследствии избежать многих болезненных проблем.

Влияние на архитектуру

Колоссальное (при этом не всегда положительное). Я не знаю другого бенчмарка, который оказал бы сравнимое воздействие на историю вычислительной техники в области HPC. Вторым, наверно, идет SPEC CPU, но разрыв огромен (по вышеперечисленным причинам). По сути, SSE2-SSE4, AVX, AVX2, AVX-512 – это все про Линпак. Я здесь остановлюсь на трех кейсах, которые протекали при моем (прямом или косвенном) участии.

• FMA впервые в истории Intel x86 увидел свет в процессоре Haswell. Fused Multiply-Add – это настолько же естественно, как улыбка младенца. Если ты занимаешься умножением, то сложение можешь получить практически бесплатно. Для целых чисел это очевидно, для чисел с плавающей точкой (IEEE754) чуть сложнее, но ненамного. К тому же, по счастливому стечению обстоятельств, наши алгоритмы (например, Dot Product) устроены так, что количество сложений и умножений примерно одинаково. И когда инициативная группа ребят предложила FMA под лозунгом «Линпак – в двойку!», c ними практически никто не спорил. Не, ну а чего спорить, когда ты получаешь сплошные плюсы без каких-либо серьезных минусов.

• AVX-512. Cледующая попытка удвоения производительности была связана с расширением длины SIMD. И вот тут, как говорится, «нашла коса на камень». Возражения возникли моментально, и сколько мы копий тогда сломали, в 2010-2013-х (примерно), пером не описать…

a. Нет в природе столь длинных векторов, чтобы эта машинка давала какие-то преимущества.

b. Tail processing[8]. Чем длиннее SIMD, тем большей проблемой становится обработка «хвостов» циклов, не кратных 8 (16, 32 и т. п.) операндам. Частично проблема решается маскированием, но лишь частично.

c. Mы в очередной раз уродуем кодировку команд, вводя расширение EVEX.

d. Bytes/Flop. Это было мое основное возражение. Мы усугубляем извечную проблему баланса между загрузками и числодробильными операциями (отношение stream/linpack). И эту архитектуру становится все тяжелее программировать.

e. Непонятно, насколько хорошо можно реализовать всю эту концепцию с физической точки зрения. Как ни странно, в тот момент «люди с паяльниками» вели себя на удивление тихо. Типа «надо – сделаем». И, как оказалось, напрасно…

И все же сила заклинания «Линпак – в двойку!» оказалась достаточной, чтобы перевесить все эти соображения. AVX-512 появился в Xeon Phi и Хeon (начиная со SkyLake) и сразу столкнулся со сложностями. Выяснилось, что основную роль играет именно последнее возражение. Функционирование AVX-512 приводит к перегреву кристалла, и непонятно, как с этим бороться. Упрощенно ситуацию можно описать так. При задействовании AVX-512 в единицу времени срабатывает очень много транзисторов. И они рассеивают много энергии в виде тепла. И ладно бы нагревание происходило равномерно по площади кристалла. С этим можно бороться – поставить кулер помощнее, подвести жидкостное охлаждение и т. п. Но беда в том, что перегрев происходит локально, и это делает проблему куда более злобной. Поначалу Intel пошел по пути наименьшего сопротивления – просто начал сбрасывать частоту при задействовании AVX-512 (в экстремальном случае чуть ли не на гигагерц). Это серьезно подсаживало производительность системы, но на тот момент представлялось временной мерой. Другой путь состоял в том, чтобы «размазать горячие вычисления» по площади кристалла (ядра). Однако тут возникла другая проблема – с синхронизацией и собиранием результата «в кучу». И она оказалась сложнее, чем представлялось изначально. За восемь лет усилий лучшие умы в области электроники так и не смогли подобраться к решению. То, что «Интел» постепенно отказывается от AVX-512, служит косвенным доказательством. И все же хочу сказать пару слов в защиту наших тогдашних решений. Это сейчас представляется «научно доказанным фактом», что 256 бит – оптимальная длина SIMD. А 10 лет назад это было ни разу не очевидно. Наступать на грабли – удел пионеров.

Xeon Phi явился, наверно апогеем культа Linpack. AVX-512 хотя бы умирает (и не факт, что умрет) мучительной смертью, следуя пожеланиям обычно нордически-сдержанного Линуса Торвальдса. В то время как Xeon Phi так и не сумел толком оторваться от взлетной полосы. Он задумывался как ответ набиравшим силу GPGPU. Концепция была такая: давайте натыкаем кучу слабосильных (в Knights Corner использовалась архитектура Pentium), низкочастотных ядер с «православной» ISA и снабдим их зубодробительной длины SIMD. Все это неплохо работало ровно на одном бенчмарке (угадайте, каком). Как только Xeon Phi сталкивался с критическими участками однопоточного кода (а такими, например, являются огромных размеров «cвитчи» в MPI), он немедленно шел на дно (кстати, ISA тут ни при чем.) Всего этого можно было бы избежать, если б в качестве основного теста был взят не HPL, а хотя бы HPCC. Но увы, случилось так, как случилось…

И снова о «гениях»

В момент краха Xeon Phi я был от этого уже довольно далеко. Последние годы в Intel (2016–2020) я провел, возглавляя команду VTune. И фокус моего внимания был сильно смещен в сторону uncore. Во-первых, хотелось какого-то разнообразия. Во-вторых, uncore-поляна, в отличие от core, была сильно менее изученной и «затоптанной». В-третьих, становилось понятно, что с увеличением числа ядер в процессоре роль core падает, а uncore – растет. Центром «анкорной» мысли тогда была тусовка под названием IO-intensive workloads group[9]. Я еще в шутку называл ее «клубом любителей DPDK». Кроме самого DPDK, в игре были и другие прилаги – базы данных, Hadoop, Ceph. Но всепроникающая сила Линпака в «Интеле» была такова, что он сумел меня достать и там. Проблемы наша группа обсуждала суровые. Вот есть core, uncore, шина и девайс – и все это работает на разных частотах. Как сопрячь, буферизовать и синхронизировать? А как быть с RDMA? В общем, почти любой доклад на этой группе так или иначе превращался в «плач Ярославны». И если core-тусовка, периодически наступая на грабли, оставалась более или менее на позитиве, то наша лавочка напоминала сборище неисправимых нытиков.

Был там такой «обряд посвящения», стихийно сложившийся и оттого особенно смешной. Бывало, приходил к нам мальчик, только что закончивший Стенфорд, Беркли или другое уважаемое учебное заведение Объединённых Штатов Северной Америки. Первый раз он обычно сидел тихо, внимательно слушая наши стенания. Зато в следующий раз приходил одухотворенный.

– Ребята, я понял, что надо сделать.

– Ну и?

– Надо понизить частоту ядра. Ведь оно все равно по большей части ждет ввода-вывода. И чем меньше оно намолотит тактов в этом процессе, тем лучше, – в этот момент у ветеранов тусовки делались уксусно-кислые лица. Типа «ну вот, еще один юный гений»…

– Все это логично, правильно и было бы хорошо, если б не одно «но», – в тот день была моя очередь «резать правду-матку».

– Какое?

– Знаешь, что сделает с нами маркетинг за недобор флопов на Линпаке? Он утопит нас в пруду. Всех в одном мешке, как котят. Даже не будет разбираться, чья идея была.

– Правда? – голос у паренька заметно дрожал.

– Ага. Добро пожаловать в реальный мир.

На этом разговор закончился, но спустя некоторое время пожилой и уважаемый всеми индус, который председательствовал в группе, сделал мне замечание в личной беседе:

– Зря ты так, Валер. Парнишка прям серьезно расстроился.

– Да ладно, пусть привыкает. Здесь не Стенфорд.

И тут он меня ненавязчиво осадил:

– Ну, ты сам-то вспомни, что сказал, когда первый раз к нам пришел…

Главная вера

И все же важнейшей религией компании является сама x86 Instruction Set Architecture[10]. Intel изначально свято придерживался принципа backward compatibility[11] – программы, написанные для предыдущих поколений процессора, работают на следующих без изменений (ну, разве что требуют эмулятора операционки). Без этого нельзя построить никакой экосистемы, ибо ее формирование – процесс, занимающий многие годы. И именно благодаря последовательности Intel x86 ISA стала для компьютерного мира чем-то вроде христианства. Аналогию можно продолжить, сравнив разделение христианства на католическую и православную ветви – Intel и AMD (или наоборот). Но мы этого делать не будем. Однако принцип backward compatibility требует, чтобы любое изменение ISA оставалось в ней навсегда. И, наверно, нам следовало относиться к архитектуре более бережно. Когда я был маленьким, а деревья большими, один умный человек (Ronak Singhal) говорил мне, что тут, дескать, не о чем печалиться. С каждым shrink (переходом на более совершенный процесс изготовления чипов) площадь, необходимая для поддержки legacy[12] инструкций, «сжимается» в два раза. Но вот когда Intel серьезно «застрял» на 10-нм техпроцессе, мои опасения вернулись с удвоенной силой.

Отчасти, впрочем, наши промахи можно объяснить тем, что x86 – «закрытый клуб», в отличие от ARM и тем более RISC–V. Ну, например, собирается ARM «выкатить» новую версию ISA. Он будет согласовывать ее со всеми основными вендорами – Apple, Samsung, Qualcomm и т. д. Поэтому у него куда меньше шансов совершить какую-нибудь глупость. Intel, конечно, тоже советуется с основными партнерами – Microsoft, Google, Amazon. Но основные решения все же принимаются внутри. Мне это почему-то представлялось так. На унылом севере, вдали от людского жилья, стоит темная башня. Лишь на последнем этаже ее горит свет. И там наверху собрались адепты тайного ордена… В случае с «Интел» «орден» имеет вполне конкретное название – ISA CPT. Именно там принимаются самые важные архитектурные решения. На этот митинг вхожи лишь ведущие технические лидеры компании – Fellows, Senior Principal Engineers. Мне трудно всерьез назвать себя одним из адептов (так, скорее, младшим послушником). Но я всегда был юношей любопытным, и время от времени мне удавалось туда пролезть – (восьмым) содокладчиком в какой-нибудь презентации или просто «вольным слушателем». Чаще все же приходилось довольствоваться информацией из вторых-третьих рук. И сегодня я немного расскажу вам о разного рода «ересях», которые зарождались и погибали внутри «Интел».

Гибель «Титаника»

Хотя Itanium нарекли «Титаником» сразу же после анонса архитектуры 4 октября 1999-го, он не был поначалу и вполовину так плох, как его реноме. Архитектура VLIW/EPIC смотрелась необычно по сравнению с CISC и манила новыми возможностями. Мою фантазию будоражили предикатное исполнение, вращающиеся регистры и explicit software pipelining[13]. К тому же IA-64 была in-order[14] архитектурой – можно было точно предсказать, сколько будет обрабатываться один элемент достаточно длинного цикла при условии прогретых кэшей. Для кого как, а для меня эта «иллюзия контроля» почему-то всегда была важна. Тогда я еще плохо представлял себе важность software ecosystem[15] для успеха платформы. Да, понимал, что работа предстоит огромная, но шансы представлялись вполне себе неплохими.

Но все же Itanium, как и «Титаник», видимо, был проклят с самого начала. Дело в том, что против него играли как религия (not invented here[16]!), так и политика. А в средневековом государстве это необоримая сила. «Крестным отцом» Itanium был Mike Fister, тогдашний глава серверного подразделения Intel. И в начале 2000-х между ним и Полом Отеллини развернулась борьба за то, кто станет следующим CEO Intel после Kрейга Баррета. Борьбу эту Captain Itanic[17] проиграл и ушел в CEO в Cadence (который, безусловно, уважаемая компания, но все же не Intel). Также ко дну пошло его детище. А спасать было некому – Отеллини Itanium не жаловал. Уж не знаю, вследствие «разборок» начала 2000-х или по каким-то другим причинам… К тому же обнаружилась масса других проблем.

• Индустрия как-то сразу не поверила в Itanium. Портирование софта шло без особого энтузиазма. А Intel не решился на большую ставку – Itanium enabling strategy[18] всегда оставляла у меня ощущение какой-то недосказанности…

• Возможно, расчет был на x86 compatibility block[19], но именно он стал больным местом Itanium – энергии потреблял больше, чем весь остальной процессор, и грелся, как сволочь. Бинарный транслятор также не выглядел панацеей: преобразование из CISC в VLIW является одним из самых сложных (хотя на «Эльбрусе» как-то работает).

• Насколько увлекательным являлось написание микрокернелов для Itanium на ассемблере – настолько кошмарным было портирование приложений. Компилятор является основным камнем преткновения для архитектуры VLIW/EPIC. Одно из немногих исключений, которое я знаю, – опять же «Эльбрус». Но для того чтобы довести его компилятор до ума, потребовалось порядка 20 лет. «Интел» столько ждать не захотел…

• Ну и последнее – Itanium всегда выпускался с отставанием на шаг по техпроцессу от x86. И в этом трудно не усмотреть наличие «доброй» политической воли.

IA-64 влачила жалкое существование до начала 20-х. И лишь в феврале 2019-го Linus Torvalds сказал: «It’s dead, Jim[20]». Но можно было спокойно сделать это и на 10 лет раньше. И все же у меня осталось от Itanium ощущение «неспетой песни». Да, я не люблю VLIW (я тоже религиозен) и мне кажется, что рано или поздно мы бы все равно «уперлись» в его ограничения. Но все же стоило пытаться по-честному пройти этот путь…

X-Files

Архитектура StrongArm (а впоследствии XScale) – еще одно наследие, полученное Intel от DEC. Было тогда в компании подразделение Intel Communication Group[21]. Ваяло контроллеры для IO и сетевых устройств. И там неприхотливый и экономичный ARM пришелся весьма ко двору. Но именно в этот момент наступила эпоха handheld-девайсов (наладонников, как их тогда называли) – предтечи современных смартфонов. Intel попробовал – и оно как-то сразу полетело. BlackBerry, Dell, Compaq, Toshiba, Palm, Amazon Kindle – вот далеко не полный список компаний, начавших производство продуктов на базе XScale. Воодушевившись, в 2004-м Intel выпустил SIMD-расширение ISA под названием Wireless MMX. И в отделе IPP (в котором я пребывал с 2002-го по 2005-й) закипела работа по оптимизации библиотек.

И вдруг… как гром среди ясного неба в 2006-м грянула новость – Intel продает XScale бизнес Marvell за жалкие 600 миллионов долларов. Бросьте в меня камень, но я по чисто бизнесовым причинам считаю это одной из самых больших ошибок компании. Недостатки этого решения более чем очевидны.

• Мы в очередной раз «прокинули» своих клиентов (впрочем, не в первый и не в последний).

• Вместе с XScale ушла команда, наработавшая уникальную экспертизу в области мобильных устройств. И потом ее ой как не хватило…

• XScale был «входным билетиком» в мобильную экосистему. А кому как не Intel понимать ее значение. И беспечно выбросив его, мы сами захлопнули дверь перед собственным носом.

• Именно в тот момент, недооценив потенциал рынка смартфонов и планшетов, Intel обрек на неудачу свои дальнейшие (дорогостоящие) попытки стать там существенным игроком. (Способности Intel предсказывать индустриальные тренды я еще коснусь в одной из следующих глав.)

Объяснение у меня только одно, чисто религиозного характера. XScale был ARM-ом. Not made at Intel. Уже зрел в недрах компании Atom – low-power[22] процессор с «православным» набором команд. И Intel принял решение избавиться от «чужеродного» продукта (мне до сих пор представляется правильной стратегией на тот момент – тащить одновременно две линейки). Я сейчас выскажу очень спорную мысль – ни одна другая компания так бы не поступила. Но Intel, безусловно, уникален в своей вере.

Поначалу Atom достиг определенного успеха в сегменте нетбуков и неттопов. Тут надо понимать, что Intel все еще играл на своем поле – батарейки у этих устройств мощнее, чем у телефона, а стандартной операционкой является Windows co всем набором классического x86 софта. А вот дальнейшее «наступление» в область смартфонов и планшетов успеха не имело. Экосистема уже полностью сложилась вокруг ARM, и даже трюк Houdini – бинарный транслятор ARM > x86 – не спас положения.

Но главная беда даже не в этом. Дело в том, что мобильные процессоры – это с необходимостью System on Chip[23] (SoC). По сути, не так важно, какое ядро тащит операционную систему: ARM или Atom – Android неплохо оптимизирован под оба. Важно то, что большинство стандартных функций – поддержка wireless[24], медиа-кодеки, шифрование/дешифрование – выполняются на отдельных IP-блоках. Мне довелось попасть на «разбор полетов» (вроде бы он тоже был на ISA CPT) по поводу этих функций. И там все говорили одно и то же – здесь конкуренты сделали на доллар дешевле, здесь на полватта эффективнее и т. п. Что совершенно неудивительно – пока мы решали вопрос религиозной чистоты, потом восстанавливали легкомысленно потерянную экспертизу, потом заново выстраивали экосистему, наши конкуренты занимались оптимизацией. Так что, как и в случае с Xeon Phi, к неудачам Intel в мобильном сегменте ISA как таковая не имеет особого отношения. Просто мы упустили время, которое потом не смогли наверстать…

Индульгенция

Мне не сосчитать различных ISA, которые нашли свой конец в Intel, не выдержав противостояния с х86. Впрочем, есть одно исключение – встроенной интеловской графике всегда позволялось иметь instructions set[25], отличный от ортодоксального. Как будто она получила некую «папскую грамоту» которая хранила ее в самые темные времена костров инквизиции. Что можно объяснить бизнесовыми причинами, но все равно немного удивительно. Но тем не менее интеловская графика продолжает жить с начала 2000-х как независимая программируемая структура. Так, глядишь, и саму x86 переживет.

Варфоломеевская ночь

Ну и, конечно, мой рассказ об истории архитектуры был бы неполным, если не упомянуть о драматических столкновениях различных религиозных течений. Вообще, история развивалась циклически – вначале «еретические» архитектуры плодились (хотя бы в виде экспериментальных проектов), и потом «консерваторы» собирались с силами и брали «кровавый реванш». Я расскажу об одном случае 2013 года, когда «ортодоксы» Per Hammarlund и Bryant «Большой Полосатый Мух» Bigbee в один день «похоронили» проекты «вольнодумцев» VIP Бориса Бабаяна и Moonrun Дейва Дитцела (ex-Transmeta). Я тогда сумел просочиться на ISA CPT в день postmortem[26]. Арташесович отстрелялся минут за десять. Во-первых, он был расстроен. Во-вторых, длинные речи на английском ему не очень даются. Зато Дитцел выдал настоящее шоу. Там было все – картинки, жесты, эмоции и очень много стоящих мыслей. Наконец спустя полтора часа Дейв открыл свой последний слайд «New Architectural Ideas at Intel[27]». Слайд был пустой. В гробовой тишине заседание закончилось. Занятно, однако, что из четырех упомянутых мной Intel Fellow[28] дольше всех продержался в конторе именно Бабаян (aж до декабря 2021-го). Дитцел отвалил практически сразу после описанных событий и создал свою фирму Esperanto Technologies. Hammarlund ушел в Apple в начале 2015-го. Bigbee продержался немногим дольше…

Но мне особенно врезалось в память, как примерно спустя год после Варфоломеевской ночи на ISA CPT кто-то вдруг задал риторический вопрос:

– А помните тех, которых мы сожгли на костре в прошлый раз? Возможно, они были не так уж и неправы…

Продолжаем сагу под названием Made at Intel. Сегодня я хочу посмотреть на историю развития IT-компаний скорее глазами финансиста (есть у меня такая слабость), а не инженера. И провести некоторые параллели между жизнью корпораций и жизнью обычных людей.

Корпорации как люди

«Корпорации не существуют ради людей. Они не существуют ради великих идей. Они существуют исключительно ради денег». Я любил так говорить, объясняя какой-нибудь очередной затейливый поворот истории Intel. Действительно, далеко не все решения поддаются объяснению с чисто технологической точки зрения. Соображения бизнеса играют не меньшую роль. Также надо принимать во внимание внутреннюю политику, оргструктуру и массу других факторов. Корпорация напоминает живой организм со своей внутренней логикой, зачастую противоречивой. Сегодня может быть так, а завтра по-другому. Наблюдая за развитием ведущих мировых IT-компаний в течение примерно четверти века, я пришел к выводу, что между корпорациями и людьми можно провести некоторые аналогии. Сегодня я попытаюсь проиллюстрировать эту мысль, сравнивая Intel c такими IT-гигантами, как IBM, Microsoft, Apple и Huawei. Как и люди, компании обладают своим «темпераментом» (о котором можно судить, например, по волатильности курса акций) «характером», «возрастом»… Даже от места «рождения» кое-что зависит. Ну вот, например, IВM – корпорация восточного побережья США. С глубокой иерархией, склонностью к дипломатии и близким к европейскому менталитетом. В то время как Intel (да, наверно, и Microsoft) – типичные компании «дикого Запада», в методах себя особенно не стесняющие. Однако сегодня я бы хотел сосредоточиться на том, как меняются корпорации с течением времени. Как они проходят периоды роста, расцвета, зрелости и… перерождения (хотя и не все).

Юнцы, мужи и «ветеран»

Разумеется, «молодость», когда компания из стартапа превращается в IT-монстра, безусловно, интересна. Но коль скоро мы интересуемся лидерами рынка, начальный период можно охарактеризовать короткой фразой Юлия Цезаря: «Пришел, увидел, победил». Разумеется, его проходят единицы из тысяч. Но, как правило, начальный период – это поглощение доли рынка, либо существующего, либо вновь созданного и растущего. Как правило, в этот момент «у руля» компании находятся «творцы» – инженеры, создающие конкурентное преимущество, и предприниматели, обеспечивающие экспансию на рынке. Доходы и (или) капитализация прибывают по экспоненте. Деревья кажутся растущими до небес, а небеса – бесконечно высокими. Такой вот сценарий успешной юности. И с изрядной долей произвола к таким молодым (или входящим в раннюю стадию зрелости) компаниям я отнесу Google (основан в 1998-м), Amazon (1994), Facebook (2004) и Netflix (1997).

Но вот потенциал роста исчерпан, и компания сталкивается с новыми для себя проблемами. Они требуют нового подхода и зачастую приводят к изменению структуры и самого духа корпорации. Поэтому с исторической точки зрения более занимательны компании постарше. Наиболее почтенной IT-компанией с точки зрения возраста является IBM. Корни ее уходят еще в XIX век, но само название IBM появилось в 1924 году – то есть почти 100 лет назад. В своей истории IBM прошла через несчетное число кризисов и перерождений, вполне пройдя «проверку на прочность». Intel (1968) и Microsoft (1976) я отнесу к корпорациям зрелого возраста, и многое из того, что произошло с ними, можно понять, изучив историю IBM. Аpple (1976) хоть и является почти «ровесником» Microsoft, стоит все же несколько особняком. Дело в том, что история Apple долгое время была неразрывно связана с одним человеком. С такой неординарной личностью, как Steve Jobs – человеком, всегда стремившимся к вершине и сумевшим ее достичь (пусть и не с первой попытки).