Kas bus, jei pašalinsime kompiuterio mikroprocesorių? Jūsų nuostabai, jis ims sparčiau veikti. Daug sparčiau.

   Neseniai susikūrusi Silicio slėnio kompanija WinCom Systems rengiasi pristatyti savo naują ir gana įdomų kompiuterį. Šis skaitmeninio grotuvo dydžio specialios paskirties serveris sukurtas aptarnauti WWW tinklapius. Jis gali atlikti tokį pat darbą, kurį daro daugiau kaip 50 Dell, IBM ar Sun Microsystems serverių, kainuojančių po 5 tūkst. dolerių Jau dabar jis kainuoja tik 25 tūkstančius. Bet labiausiai stebina, kad WinCom projektuotojai - buvę IBM ir Cicso darbuotojai jį sukūrė be paties svarbiausio visų dabartinių pasaulio kompiuterių komponento - mikroprocesoriaus.

   Naujajame kompiuteryje plaka ne Intel Pentium ar Sun SPARC procesoriaus, bet vartotojo programuojamų loginių elementų matricų (field programmable gate arrays - FPGA) širdis. Jų sparta mažesnė, nei Pentiumo, tačiau loginės matricos tuo pat metu gali atlikti kelias užduotis, o mikroprocesorius - tik vieną. Rezultatas akivaizdus - WinCom serveriai su keliomis 2 tūkst. dolerių kainuojančiomis FPGA gali išstumti Sun ar Intel procesorių kompiuterius. "Jie nuo 50 iki 300 kartų spartesni. Toks yra didžiulis skirtumas," - pareiškė WinCom Systems (San Chosė, Kalifornijos valstija) rinkodaros viceprezidentas Douglasas Hendersonas, turėjęs pristatyti savo kompiuterį šių metų pavasarį.

   Įvertinkime WinCom ir Xilinx (San Chosė, Kalifornijos valstijoje, įsikūrusi lustų gamintoja, iš kurios loginių matricų sukurtas WinCom kompiuteris) materialiąją kompanijų sėkmės išraišką. Xilinx kontroliuoja maždaug 60 proc. pasaulinės FPGA rinkos. Šiais metais iš jos planuojamų 1,1 mlrd. dolerių įplaukų šie lustai sudarys 85 proc.

   Yra nemažai nišų, kur loginių elementų matricos jau dabar pajėgios grumtis su galingiausiais mikroprocesoriais. Xilinx FPGA valdo EMC kompanijos atminties blokus, Lucent, Nokia bei Ericsson pagrindines korinio mobiliojo ryšio stotis bei maršruto nustatymo įrenginius. Šie lustai patinka ir palydovų sistemų kūrėjams, nes radijo bangomis parsisiuntus naujas programas, juos galima lengvai iš naujo konfigūruoti bei keisti jų funkcijas. FPGA skverbiasi net į plataus vartojimo prietaisų rinką, įskaitant mobiliuosius telefonus bei skaitmenines kameras. Šioje srityje Xilinx dirba jau trečius metus; kartu su garsiosiomis Philips, Nokia, Palm ir Sony firmomis ji susilaukė sėkmės ir dabar iš plataus vartojimo prietaisų rinkos gauna savuosius 15 proc.

   58 m. Xilinx vyriausiasis vadybininkas Willemas Roelandtsas pranašauja, kad jų gaminami lustai keis kompiuterių kūrimo principus. Daugiau kaip prieš 50 m. vengrų matematikas Johnas fon Neumannas pasiūlė pirmąjį kompiuterio modelį, kuris tebeveikia visuose dabartiniuose kompiuteriuose. Pagal šį modelį kompiuterio procesorius vienu metu gali atlikti tik vieną užduotį. Tačiau netrukus turėtų būti kuriami kompiuteriai, kurių procesorius pavaduojantys lustai vienu metu galės vykdyti daugelį užduočių. "Fon Neumanno architektūros galimybės netrukus bus išsemtos, - tvirtina W. Roelandtsas. - Atsirita kita didelė naujovių banga - programuojami lustai".

   Gaminančioms kompanijoms, tokioms, kaip Xilinx ir jos varžovei Altera Corp., pranašaujama graži ateitis. Praeity jos smarkiai nukentėjo nuo JAV ekonominio nuosmukio ir iš dalies dėl nepasiteisinusių vilčių bendradarbiauti su smunkančiomis telekomunikacijų kompanijomis. Pasak oficialiųjų šaltinių, programuojamų loginių lustų pardavimo apimtis pasaulio mastu nukrito nuo 4,1 mlrd. dol. 2000 m. iki 2,3 mlrd. 2002 m. Visgi tikimasi, kad šiais metais apyvarta 11 proc. padidės ir sieks 2,6 mlrd. dol., o iki 2005 m. programuojamų lustų verslas turėtų atsigauti nuo ankstesniųjų metų nesėkmių.

   FPGA prigimtinė savybė yra gebėjimas iš naujo konfigūruotis (jei reikia - daug kartų). Dauguma fiksuotųjų grandynų loginiai lustai ir mikroprocesoriai projektuojami tik vieną kartą; paskui jų galimybės nesikeičia. O FPGA atminties ląstelių turinys gali būti programuojamas daug kartų. Perjunginėdami atminties grandynų tranzistorius, prietaisų projektuotojai gali pasirinkti jiems reikiamas grandines. Gebėdamos tuo pat metu atlikti daug skirtingų užduočių, loginės matricos gali būti sėkmingai naudojamos sudėtingiems uždaviniams spręsti (greičiau nei bendrosios paskirties ar skaitmeninių signalų procesoriai): aptarnauti pasaulinio raizginio tinklapius ar pasaulio mastu prognozuoti orus. Visa tai jie atlieka, būdami palyginti nedidelio taktų dažnio.

   Deja, FPGA yra daug brangesni nei fiksuotos logikos lustai, todėl iki šiol kompiuterinių sistemų kūrėjai juos naudodavo tik įvairiose fiksuotos logikos lustų projektavimo pakopose. Laimei, tobulėjant technologijai, šie lustai smarkiai pinga - dabar Xilinx, Altera ir kiti gamintojai ant didelio 300 mm skersmens silicio plokštelių formuoja labai mažų matmenų tranzistorių grandynus. Taip didinama lustų išeiga. Xilinx lustas, 1996 m. kainavęs 1 tūkst. dol., dabar kainuoja tik 10 dol. Kai Xilinx įvaldys 90 nanometrų laidžiųjų takelių pločio lustų technologiją, jie atpigs dar labiau. Beje, 130 nm architektūros lustai jau gaminami. Kitąmet naujausios Xilinx loginės matricos bus sudarytos iš 20 mln. loginių elementų. 1993 m. jų tebuvo 20 tūkst.

   Pingant FPGA lustams, vis daugiau kompanijų atsisako pirkti brangią įrangą (kartais kainuojančią apie 1 mln. dol.) fiksuotos logikos lustams gaminti, o perka programuojamos logikos lustus. Kompanijai, per metus sunaudojančiai iki 100 tūkst. lustų, labiau apsimoka pirkti jau pagamintus produktus nei investuoti lėšas į gamybos įrangą.

   Programuojamos loginės matricos kol kas neprilygsta Intel mikroprocesorių gebėjimams vykdyti bendrosios paskirties uždavinius, bet toms elektroninėms mašinoms, kurios daug kartų skaičiuoja vis tą patį, jos būtų kaip reaktyvinis variklis senos laidos automobiliui.

   Crystal Bay miesto (Nevados valstija) korporacija TimeLogic yra vienas iš sėkmingo FPGA lustų pritaikymo pavyzdžių. Kompanijos darbuotojai paspartino standartinius Sun ir Dell gamybos serverius Altera programuojamomis loginėmis matricomis ir dabar genų šifravimo uždavinius gali spręsti mažiausiai tūkstantį kartų greičiau.

   Kompanija Micro Systems (Anapolis, Merilando valstija) parduoda kompiuterius spartinančias plokštes su įmontuotomis Xilinx matricomis. Nors gaminys parduodamas vidutiniškai už 25 tūkst. dolerių, bet kompanijos vyriausioji vadybininkė Džein Donaldson tvirtina, kad dabar jie plokščių parduoda dvigubai daugiau negu prieš dvejus metus. Kai kurie iš jų klientų yra vyriausybės finansuojamos laboratorijos, vykdančios labai specifinius mokslinius tyrimus, tačiau FPGA lustai įveikia ir gerokai platesnės paskirties uždavinius.

   San Chosė kompanija BlueArc iš Altera FPGA lustų kuria atminties blokus, kurie spartesni už konkuruojančių Networks Appliance ir EMC kompanijų atmintines. MidStream Technologies (Bellevue, Vašingtono valstija), naudodama Xilinx logines matricas, kuria serverius, veikiančius srautiniu vaizdo duomenų režimu. Jų vartotojai - kabelinės televizijos kompanijos operatorės. Vos 8 cm aukščio MidStream blokai naudoja du FPGA lustus ir lygiagrečiai tiekia 425 vaizdo duomenų srautus, todėl yra gerokai spartesni už bendrosios paskirties procesorių kompiuterius.

   Xilinx kartu su IBM šiuo metu projektuoja hibridinius lustus, kurie būtų tarsi IBM mikroprocesoriaus PowerPC ir Xilinx FPGA junginys. Jie tiktų tinklų serveriuose, kur FPGA sekcija būtų pritaikyta įvairių šalių standartams - nereikėtų kiekvienam standartui kurti naujo lusto.

   Reikia pripažinti, kad daugumai vartotojų visiškai nesvarbu, kokiais lustais veikia jų kompiuteris. Bet jei skaitote šį straipsnį, vadinasi, esate kvalifikuotas vartotojas ir deramai įvertinsite visą ateities technologiją.