מ-CEVA עד MIPS: מעבדי RISC-V נכנסים אל המרכז

חברת SiFive הכריזה על השלמת פיתוח המעבד החזק ביותר שלה המבוסס על ארכיטקטורת RISC-V הפתוחה, P550, אשר מסמן את כניסתה של הארכיטקטורה הפתוחה אל רמת השרתים ומערכות לינוקס ארגוניות בקנה מידה מלא. המעבד החדש הוא בעל רוחב מילה של 64 סיביות ויכיל ארבע ליבות עיבוד. הוא עובד במהירות שעון של 2.4GHz ומספק ביצועים ברמה גבוהה אשר קיבלה את הציון 8.65/GHz במבחן SPECInt 2006.

המעבד ייוצר על-ידי שותף רב עוצמה: חברת אינטל הודיעה שהיא תייצר אותו בתהליך של 7 ננומטר ותוציא אותו לשוק במסגרת פלטפורמת Horse Creek, אשר תכלול בנוסף למעבד גם את ממשקי ה-DDR וה-PCIe של אינטל. המעמד המתחזק של ארכיטקטורת המיחשוב הפתוחה RISC-V בא לידי ביטוי בהחלטתה המפתיעה של חברת MIPS לפתח את הדור הבא של מעבדיה בארכיטקטורת RISC-V ולא בארכיטקטורת MIPS שלה עצמה. זהו מהלך היסטורי, מכיוון שחברת MIPS מספקת קניין רוחני של מעבדים המבוססים על הקונספט של מעבדי RISC מהדור הראשון, ובמשך זמן רב נחשבה למתחרה קשה של חברת ARM.

MIPS יוצאת מצ'פטר 11 עם רעיון חדש

בשנת 2013 היא נרכשה על-ידי Imagination הבריטית תמורת 100 מיליון דולר, לאחר תחרות מחירים מול חברת CEVA מהרצליה. בסוף 2017 מכרה אותה אימג'יניישן לקרן ההשקעות Tallwood VC מקליפורניה תמורת 65 מיליון דולר בלבד והפעילה אותה כחברה בת של Wave Computing. אלא שהמיזם לא התרומם ובחודש אפריל 2020 היא קיבלה הגנת צ'פטר 11 בעקבות פשיטת רגל. במרץ 2021 הכריזה Wave על יציאה מצ'פטר 11 בעקבות השקעה של 61 מיליון שביצעה קרן טאלווד.

אלא שההודעה על חזרתה לפעילות מסחרית כללה פרט מעניין: MIPS החליטה שהדור הבא של המעבדים שאותו היא מפתחת כעת, יתבסס על ארכיטקטורת RISC-V. יש הגיון רב בהחלטה הזאת: כדי להתחרות ב-ARM זקוקה MIPS לא רק לארכיטקטורת עיבוד יעילה, אלא גם לתמיכה מלאה בתוכנות, ביישומים ובכלי פיתוח שרק סביבת משתמשים גדולה יכולה לספק. המעבר לסביבת RISC-V יאפשר לה ליהנות מהתוצרים של קהילה פתוחה גדולה מאוד שאותה יכולה לספק הארכיטקטורה החדשה הזאת.

לשם המחשה, הארגון התעשייתי RISC-V International המקדם את הארכיטקטורה הזאת, צמח בשנה האחרונה ליותר מ-1,000 חברים מכ-220 חברות, בהן חברות ענק כמו וואווי, ZTE, ווסטרן דיג'יטל, גוגל, יבמ, אינפיניאון, NXP, סמסונג, זיילינקס, וכמובן MIPS ואפילו CEVA הישראלית. זו האחרונה נושמת ככל הנראה לרווחה, וכיום היא שמחה שנכשלה בתחרות על רכישת MIPS.

כבר בשנת 2018 זיהתה סיוה את הפוטנציאל של ארכיטקטורת RISC-V, כאשר הכריזה שחברת RivieraWaves הצרפתית שאותה היא רכשה ב-2014, התאימה את הקניין הרוחני של שבבי Wi-Fi ו-Bluetooth גם לארכיטקטורת RISC-V. בינואר 2021 היא דיווחה על שיתוף פעולה עם חברת SiFive (שהוקמה על-ידי מפתחי RISC-V מאוניברסיטת ברקלי, קליפורניה) שבמסגרתו ישולב הקניין הרוחני של המעבדים הקוליים CEVA-BX, מעבדי התמונה CEVA-XM, ומאיצי הבינה המלאכותית של סיוה בחבילת Edge AI SoC DesignShare של SiFive, לפיתוח רכיבים לאבזרי קצה מבוססי RISC-V.

סוג השוק שחברות טכנולוגיה אוהבות

בחודש מאי 2021 רכשה סיוה את Intrinsix Corp האמריקאית תמורת 33 מיליון דולר במזומן. אינטרינסיקס מספקת שירותי תכנון רכיבי ASIC מורכבים בטכנולוגיות RF, mixed signal, דיגיטל, מעבדי אבטחת מידע ומעבדים המבוססים על ארכיטקטורת RISC-V. בין השאר היא משתתפת בפרוייקט DARPA CHIPS המתמקד במתודולוגיות תכנון שבבים מאובטחים, ומספקת לו שבבים מבוססי RISC-V ליישומי IoT ותקשורת צבאיים.

בעקבות שתי ההתפתחויות האחרונות, הפך שוק ה-RISC-V לשוק יעד משמעותי של סיוה. זהו שוק מהסוג שחברות הייטק אוהבות: הוא מבוסס על טכנולוגיה חדשה אשר מקבלת את ברכת הדרך של הענקיות בתחום – אולם עושה בינתיים רק את צעדיה הראשונים. כלומר, שוק צומח. בשבוע שעבר סיוה נתנה לכך הכשר רשמי, כאשר בהודעה לעיתונות שהיא הוציאה בעניין כניסה לתחום ה-UWB, היא הוסיפה שורה חדשה לפיסקה המסורתית המתארת את פעילותה: "מוצרי החברה כוללים שילוב של מעבדי RISC-V".

הדילמה של מובילאיי

להתפתחויות האלה יש נקודה ישראלית נוספת: חברת MIPS מספקת קניין רוחני (IP) של מעבדי מחשבים. הלקוחה המפורסמת ביותר שלה היא מובילאיי, שמעבדי הראייה EyeQ שלה מבוססים על ארכיטקטורת MIPS. כעת עולה שאלה מעניינת, האם גם מובילאיי תעבור בעתיד לארכיטקטורת RISC-V, או שהיא תחליט לאמץ את ארכיטקטורת x86 של החברה האם שלה – אינטל.

אינטל חשפה קטגוריה חדשה של מעבדים: IPU

בתמונה למעלה: מנהל הפרוייקט אילן אביטל, לצד סכימת קונספט של מעבד IPU

חברת אינטל הגדירה קטגוריה חדשה של עיבוד בשם Infrastructure Processing Unit – IPU אשר מיועדת לטפל בכל המשימות שאחראיות לניהול תשתית מרכז הנתונים כמו התקשורת בין השרתים, גישה אל מערכי הזיכרון, ניהול ואבטחת התקשורת, הקצאת משאבים בין המשימות במרכז הנתונים, ניהול רשתות וזיכרונות וירטואליים, ניהול הקצאת המשימות בין המעבדים הייעודיים השונים (עיבוד מקבילי, מעבדי בינה מלאכותית, מעבדי CPU ועוד.

סגן נשיא קבוצת הפלטפורמות למרכזי נתונים והאחראי על חטיבת ההנדסה אשר מובילה את הפיתוח, אילן אביטל, סיפר בראיון ל-Techtime, שהצורך בגישה החדשה בא לידי ביטוי במחקרים של גוגל ושל פייסבוק, שהראו כי 22%-80% ממחזורי העיבוד של מעבד ה-CPU במרכזי הענן עוסקים בטיפול בניהול המערכת והמשאבים, במקום בעיבוד נתונים וביצוע משימות עבור הצרכן הסופי.

אילן אביטל: "זהו גם חזון וגם פורטפוליו"

אביטל: "אנחנו נמצאים בקשר הדוק עם השחקנים הגדולים ביותר בשוק שירותי הענן ולמדנו מהם שהגיוון העצום בטכנולוגיות ובשירותים מייצר מצב שבו אין מנוס מהגדרת קטגוריות חדשות של מעבדים, מכיוון שהגיוון הזה מגדיל מאוד את המרכיב של משקל ניהול תשתיות כדי להבטיח את התפקוד התקין של מרכז הנתונים. כיום השוק מתחלק בין שתי קטגוריות מרכזיות: מעבדי CPU ומעבדי XPU, שזו קבוצה של מעבדי האצה למשימות ייעודיות. מעבדי ה-IPU יטפלו בניהול כל התשתיות, וישאירו את מעבדי ה-CPU וה-XPU לביצוע פעולות העיבוד שהצרכן מבקש.

מה הם המרכיבים של ה-IPU?

אביטל: "למעשה, IPU זו הגדרת חזון וגם הגדרת הפורטפוליו של פתרונות שאינטל תספק למרכזי הנתונים העתידיים, אשר ייבנו מסביב לפתרונות חומרה ופתרונות תוכנה שינהלו את תשתיות מרכז הנתונים. מוצרי החומרה יופיעו במספר צורות, כמו מעבד ASIC ייעודי, מעבד ASIC המשלב גם מעגל FPG, פתרון המבוסס אך ורק על FPGA, וכדומה. בהתאם לצרכים של הלקוח. אבל הבסיס הוא ש-IPU היא ארכיטקטורה המשלבת חומרה ותוכנה".

מה אתה יכול לספר על הרכיב הייעודי?

"כרגע יש לנו רכיב ASIC הנמצא בשלבי בדיקות אימות מתקדמות במעבדות התקשורת בחיפה ובארצות הברית. עדיין אי-אפשר למסור עליו פרטים נוספים, אבל בחודשים הקרובים אינטל תבצע הכרזה משמעותית בקשר אליו".

הרעיון בעצם מבטל את הצורך בכרטיסי רשת חכמים. הוא גם מכניס אתכם לשוק הטלקום?

"ה-IPU מכניס את ה-SmartNIC (כרטיסי האצה חכמים) לגומחת שוק קטנה, מפני שהם לא מטפלים בבעיה האמתית של מרכזי הנתונים. המטרה העיקרית של SmartNIC היא האצה מאובטחת של תשתיות רשת ואחסון, בניגוד ל-IPU שיהיה נקודת שליטה בכל משאבי המערכת. ה-IPU כולל שורה של מאיצי חומרה ותוכנה המטפלים בכל העומסים של הדטה סנטר. כל בקשה שתגיע אליו תנוהל באמצעות ה-IPU. להערכתנו הטכנולוגיה הזו תשפיע על האקוסיסטם – מהענן ועד אבזרי הקצה (Edge). קרוב לוודאי שהוא ייכנס גם לתשתיות של חברות הטלקום. יש לטכנולוגיה הזאת הרבה תכונות שמפעילות התקשורת יכולת ליהנות מהן".

מהו המשקל של ישראל בפרוייקט הזה?

"כל החומרה של חטיבת התקשורת של אינטל צמחה מישראל וליבת החטיבה עדיין פועלת מישראל. לכן היה לצוות בישראל חלק מאוד מרכזי בפיתוח ובמימוש הטכנולוגיה. כיום אנחנו מעסיקים כ-450 עובדים במרכזי הפיתוח בחיפה, בפתח תקווה ובירושלים ואנחנו נכנסים לתוכנית גיוס שאפתנית של מהנדסים נוספים בישראל. אנחנו מחפשים מהנדסים עם הבנה בתקשורת, אבל בעיקר אנשים יצירתיים שאוהבים אתגרים ולעבוד בצוות".

חלק מצוות הפיתוח של מעבדי IPU באינטל ישראל
חלק מצוות הפיתוח של מעבדי IPU באינטל ישראל

סרטון של אינטל המסביר את התפישה של מעבדי IPU:

קואלקום תתחרה באינטל: רוכשת את NUVIA ב-1.4 מיליארד דולר

בתמונה למעלה: מייסדי חברת נוביה (מימין לשמאל): ג'רארד וויליאם השלישי, ג'ון ברונו ומנו גולאטי

חברת קואלקום (Qualcomm) חתמה על הסכם לרכישת חברת NUVIA מקליפורניה תמורת כ-1.4 מיליארד דולר. בדיווח שהיא העבירה לבורסה, מסרה קואלקום שבשלב הראשון היא תשלם 1.4 מיליארד דולר במזומן, ובהמשך ישולמו סכומים נוספים, שהיא לא ציינה את היקפם ואם יהיו במזומן או במניות. חברת נוביה מפתחת מעבד מרכזי עבור מרכזי נתונים ותשתיות ענן אשר מיועד להתחרות במעבדי Xeon של אינטל. חברת נוביה הוקמה בתחילת 2019 על-ידי ג'רארד וויליאם השלישי, ג'ון ברונו ומנו גולאטי, במטרה לפתח SoC שיתחרה באינטל בעולם השרתים. כיום היא מעסיקה כ-200 עובדים, ומאז הקמתה היא גייסה 293 מיליון דולר.

ה-CPU  של קואלקום יתבסס על ARM

קואלקום מסרה שעם השלמת העיסקה ישולבו כל עובדי נוביה ומנהליה בתוך חברת קואלקום. מאחורי החברה עומדים מהנדסים בעלי ותק ומוניטין בעולם המיחשוב, שביחד תכננו יותר מ-20 שבבים ומעבדים, ורשמו יותר מ-100 פטנטים. המנכ"ל ג'רארד וויליאם השלישי הגיע מחברת אפל שבה הוא שימש במשך 9 שנים כמנהל הארכיטקטורה של כל מעבדי ה-CPU של אפל. לפני-כן הוא עבד בחברת ARM שבה היה שותף לתכנון מעבדים רבים והיה אחראי להובלת הפיתוח והשיווק של מעבדי Cortex-A15.

סגן נשיא והמייסד המשותף מנו גולאטי, שימש כארכיטקט ה-SoC הראשי של גוגל, ולפני-כן כארכיטקט המיקרו-ארכיטקטורה של מעבדים רבים בחברת אפל, בהם: A7, A9, A11, A12 ועוד. סגן הנשיא ג'ון ברונו, ניהל צוותי פיתוח ASIC גדולים בחברות גוגל, אפל ובחברת AMD, שבה הוא היה אחראי בין השאר על ההגדרות של משפחת מעבדי APU: רכיב SoC הכולל CPU ו-GPU.

להערכת נוביה, אינטל מצליחה להחזיק בשוק בזכות שיפורים הדרגתיים, אולם הם לא עומדים בדרישות הגוברות שעימן מתמודדות תשתיות הענן, עקב עומסי העבודה הגדולים הקשורים לבינה מלאכותית ולרשתות הדור החמישי. היא מתכננת להתמודד עם האתגר באמצעות משפחת מעבדים חדשה בשם Orion, שפרטיה הטכניים עדיין שמורים מתחת למעטה כבד של סודיות. יחד עם זאת, בפוסט שהעלה בסוף נובמבר 2020 באתר החברה, הסביר ג'ון ברונו שרכיבי Orion SoC יתבססו על ליבה בשם Phoenix שהחברה מפתחת, אשר תתבסס על הארכיטקטורה של ARM.

הכיוון המסתמן: Snapdragon נגד Xeon

המעבדים החדשים מיועדים לעמוד בעומסים גדולים מאוד תוך שמירה על צריכת הספק נמוכה מאוד. החברה ביצעה מבחנים השוואתיים של כל המעבדים המובילים בשוק באמצעות מדד Geekbench 5, המעניק למעבדים ציון על הביצועים ביחס לצריכת ההספק שלהם. האסטרטגיה שלה מיועדת למקם את Phoenix בצד השמאלי העליון של המבחן, המייצג ביצועים גבוהים בהספק נמוך, כפי שנראה בגרף למעלה (נוביה בכחול).

ברונו הבטיח שבשבועות הקרובים או בחודשים הקרובים, החברה תמסור יותר פרטים טכניים על המעבדים החדשים שהיא מפתחת. "אנחנו מאמינים שגם אם המתחרים יבצעו שיפורים משמעותיים במהלך 18 החודשים הקרובים, ויציגו ארכיטקטורות עיבוד יעילות יותר בכ-20%, עדיין נספק את את הביצועים הטובים ביותר לכל וואט הספק. באמצעות קפיצת מדרגה בביצועים, נוביה תספק את היסודות הדרושים לדור הבא של תשתיות עיבוד בענן".

חברת קואלקום הודיעה ששילוב מעבד ה-CPU של נוביה בפלטפורמות Snapdragon שלה, "ימצבו את Snapdragon במעמד של פלטפורמת העיבוד המועדפת לעולם המיחשוב המקושר". קואלקום מתכננת לשלב את המעבד בכל הפלטפורמות שלה, החל מסמארטפונים, מחשבים אישיים עתידיים, מערכות מחשב לתעשיית הרכב ותשתיות תקשורת. הנשיא ןוהמנכ"ל הנבחר של קואלקום, כריסטיאן אמון, אמר שביחד עם הצוות של נוביה, "נגדיר את המיחשוב מחדש".

מעבד 5 ננומטר הראשון בעולם: A14 של אפל

חברת אפל (Apple) הכריזה על גרסה חדשה של טאבלטים ממשפחת iPad Air אשר יוצאים לשוק עם המעבד החדש ביותר של החברה: A14 Bionic. מדובר באחד מהמעבדים המתקדמים ביותר בתעשייה והמעבד הראשון המיוצר בתהליך של 5 ננומטר. החברה דיווחה שבזכות המעבר לטכנולוגיית הייצור החדשה, היא הצליחה לייצר SoC הכולל 11.8 מיליארד טרנזיסטורים – ב-40% יותר טרנזיסטורים מאשר במעבד A13, המיוצר בתהליך של 7 ננומטר.

בשנים האחרונות גובר הצורך בארכיטקטורת עיבוד היברידית, הכוללת גם CPU, גם GPU וגם מעבד נוירוני ליישומי בינה מלאכותית. אפל התמודדה עם הצורך הזה באמצעות בניית מערכת בשבב (SoC) הכולל את כל הארכיטקטורות הללו ביחד. השבב כולל מעבד CPU בעל 6 ליבות, שהוא מהיר ב-40% מהמעבד הקודם שלה. בנוסף למאיצי לימוד מכונה ששולבו ב-CPU, אפל הטמיעה בשבב מעבד נוירוני ייעודי בעל 16 ליבות, המאפשר להגיע לעוצמת עיבוד של 11 טריליון פעולות בשנייה, ומעבד גרפי בעל 4 ליבות המבוסס על ארכיטקטורת ה-GPU של אפל.

השבב כולל מעגלי-עזר נוספים עבור יישומי ליבה המאפיינים היום את השוק, בהם: מעבד אותות וידאו באיכות גבוהה (HDR), מעבד ייעודי למצלמה, מעבד אודיו ייעודי, מאיץ פיענוח והצפנה ושימוש בזכרונות מטמון מהירים מאוד. אפל גם ביצעה שינויים בארכיטקטורת ה-CPU (מבוססת ARM) המאפשרת לו להריץ הרבה יותר פקודות במקביל.

TSMC תייצר 80 מיליון מעבדי A14

מעבדי סדרה A של אפל מיוצרים בשנים האחרונות על-ידי חברת TSMC הטאיוואנית. שתי החברות לא מסרו מידע על עסקת הייצור של השבב החדש, לכן ניתן להניח שגם הפעם הוא מיוצר ב-TSMC. חברת TSMC השקיעה 17 מיליארד דולר בשנתיים האחרונות בהקמת מפעל ייצור שבבים בגיאומטריה של 5 ננומטר. המפעל החל לפעול לפני מספר שבועות, ויהיה אחראי על ייצור כל השבבים המתקדמים של NXP המיועדים לתעשיית הרכב.

בחודש מאי השנה היא הודיעה על הקמת מפעל 5 ננומטר באריזונה, ארה"ב, בהשקעה כוללת של כ-12 מיליארד דולר. עבודות ההקמה יתחילו ב-2021, והייצור מתוכנן להתחיל ב-2024. בתעשייה העריכו שהוא ייצר שבבים עבור אפל. בחודש יולי התפרסמו ידיעות לא מאומתות באתרי הטכנולוגיה בעולם, שלפיהן TSMC תייצר 80 מיליון מעבדי A14 של אפל. ההערכות היו שהמעבדים ישמשו במכשירי אייפון 12 שכולם ציפו להכרזתם החודשד, אולם בפועל הם הוכרזו בשלב הזה כמעבדים של מכשירי אייפד.

אפל נפרדת מאינטל

לטענת אפל, המעבד החדש מאפשר לטאבלטים החדשים לספק ביצועים גרפיים במהירות כפולה מאשר מחשבי PC הנמכרים ברמת המחיר של האייפד. ההשוואה הזאת אינה מקרית: החודש יוני 2020 הודיעה אפל שהיא תפסיק את השימוש במעבדי אינטל במחשבי מק (Mac) ותעבור לשימוש במעבד מתוצרת עצמית המבוסס על ארכיטקטורת ARM.

מדובר בשינוי דרמטי שאפל עצמה הגדירה כ"מהלך היסטורי". השינוי הקודם התבצע ב-2006, כאשר אפל החליפה את ארכיטקטורת PowerPC הוותיקה בארכיטקטורת x86 של אינטל. המטרה של אפל היא לגבש ארכיטקטורה אחידה הפועלת על כל המוצרים שלה: iPhone, iPad, Apple Watch ומחשבי iMac. המחשבים הראשונים המבוססים על המעבד שלה צפויים לצאת לשוק כבר השנה. יכול מאוד להיות שהם יתבססו על מעבד A14 החדש, ושאפל הכריזה על הפרידה מאינטל רק לאחר שהושלם הפיתוח שלהם.

חברת סטארט-אפ מסתורית קוראת תיגר על אינטל

לא בכל יום יוצאת לשוק ארכיטקטורת מחשוב חדשה, ולא בכל יום מכריזה חברת סטארט-אפ שהיא מפתחת מעבד לשרתים ולמחשבים עתירי עיבוד, שהוא יעיל, מהיר וחסכוני ממעבד Xeon של אינטל. בקיצור, לא בכל יום מכריזה חברת סטארט-אפ הפועל מעמק הסיליקון ומברטיסלבה, סלובקיה, שהיא מוכנה להתמודד מול אינטל במגרש הבית שלה – מרכזי הנתונים ותשתיות הענן הגדולות בעולם. אבל זהו בדיוק מה שעושה חברת Tachyum, המתכננת להוציא לשוק ב-2021 מעבד מסוג חדש לחלוטין, המספק לדבריה ביצועים טובים יותר מאשר מעבד Xeon המהיר ביותר של אינטל – בעשירית מההספק וברבע מהמחיר.

חברת טקיום פיתחה ארכיטקטורת עיבוד חדשה לגמרי המוגנת על-ידי 100 פטנטים והמבוססת על סט פקודות משלה (Native Instruction Set Architecture). מוצר הדגל שלה הוא המעבד האוניברסלי פרודג'י (Prodigy Universal Processor). הפרטים עדיין לא לגמרי ברורים, והחברה שומרת בסוד את פרטי הארכיטקטורה שלה. למרות זאת, הוא כולל ככל הנראה יחידות עיבוד פנימיות המסוגלות לפעול בארכיטקטורות CISC, RISC ו-VLIW – Very Long Instruction Word.

החברה פירסמה מספר פרטים על הביצועים והיכולת שלו: הוא מופיע בגרסאות של 16-128 ליבות ועובד במהירות שעון של 4GHz. כל הליבות מקושרות ביניהן ברשת Mesh סינכרונית. בנוסף, הוא כולל בקרי DDR4/5, ערוצי 400 Gigabit Ethernet ועד 48 ערוצי PCI Express 5.0. התכונה החשובה ביותר שלו היא התאימות לתוכנות שנכתבו עבור ארכיטקטורת x86 של אינטל: הוא יכול להריץ תוכנות שנכתבו עבור מעבדי אינטל ו-AMD, מעבדי הקוד הפתוח RISC-V והמעבדים המבוססים על ארכיטקטורת ARM, באמצעות מתרגם בינארי המתאים את הפקודות שלהם אל ה-ISA שלה.

גם ARM על הכוונת

בחודש שעבר (אוגוסט) היא דיווחה שהיישומים שנבנו עבור ARM ו-RISC-V רצים מהר יותר על-גבי המעבדים שלה מאשר על מעבדי המקור. בניסוי אחר, היא הריצה בהצלחה יישומי שרת אינטרנט שנכתבו גם בקוד Prodigy וגם בקוד x86. הדבר מוכיח לטענתה שמדובר בארכיטקטורה "הטרוגנית". זהו טיעון מרכזי: המעבדים של טקיום מיועדים להתחרות באינטל ובאנבידיה בתחום המחשבים עתירי העיבוד ומרכזי הענן הגדולים (Hyperscale Data Centers). מחשבים אלה כוללים מעבדי CPU, מעבדי GPU ומעבדי TPU, שהם מאיצי בינה מלאכותית בשם Tensor Processing Unit שפותחו על-ידי גוגל.

מכיוון שכל אחד מהמעבדים פועל באופן אופטימלי בפרופיל משימות שונה, המרכזים הגדולים משתמשים בכל הסוגים, ולכן, להערכת טקיום, בכל פרק זמן נתון חלק ניכר מעוצמת המיחשוב לא מבצע עבודה יעילה. היא מבטיחה ללקוחות שני דברים: להשתמש בכל המשאבים על-ידי כך לחסוך הרבה מאוד כסף, ולהריץ באופן חלק את תוכנות המורשת שנכתבו עבור הארכיטקטורות המתחרות.

לוח זמנים צפוף

חברת טקיום הוקמה בשנת 2016 על-ידי קבוצה של ארבעה מתכנני שבבים בעלי נסיון רב בתעשייה שעבדו שנים רבות ביחד בהנהגתו של המנכ"ל ד"ר ראדו דנילק. החברה פועלת מעמק הסיליקון ומברטיסלבה בירת סלובניה, שבה הוא מתגורר. דנילק עבד כארכיטקט GPU באנבידיה, היה הטכנולוג הראש של חברת SandForce שפיתחה בקר לזכרונות SSD מבוססי פלאש שנמכרה ל-LSI ב-2011, הוא תכנן את מרכיב לימוד העומק במעבד של Wave Computing והיה המייסד והמנכ"ל של חברת Skyera, שפיתחה כונני SSD ייחודיים ומאוד יעילים ונמכרה ב-2014 לווסטרן דיגיטל.

לוחות הזמנים של החברה צפופים מאוד: באפריל 2020 הסתיים תכנון המעבד. באוגוסט הצליחה הדמייה שלו להריץ את כל התוכנות, ולפני סוף 2020 החברה מתכננת להשלים את הבנייה של אבטיפוס מלא על-גבי כרטיס FPGA. לאחר שהבדיקות שלו יסתיימו, היא תעבור לייצור המוני בתהליך של 7 ננומטר. המעבד ייצא לשוק במהלך 2021 בתצורת שבב במארז FCBGA בגודל של 8.5 ס"מ על 8.5 ס"מ. במקביל, החברה מפתחת גרסת הפצה ייעודית של מערכת ההפעלה לינוקס שתצא לשוק ביחד עם המעבד.

השוק הבטחוני תחילה

בתוך כך היא סימנה השבוע את שוק היעד הראשוני שלה: טקיום הקימה חטיבה עסקית בטחונית, אשר ממוקדת בצורכי העיבוד של צבא ארצות הברית ומדינות ברית נאט"ו, במיוחד בתחומי הבינה המלאכותית ומשימות עתירות עיבוד (HPC). להערכת המנכ"ל ד"ר ראדו דנילק, הצבא ושירותי המודיעין צפויים להיות הלקוחות הראשונים של המעבד החדש.

דנילק: "הם מתעניינים במעבד Prodigy מכיוון שהוא יאפשר לבנות מערכת בינה מלאכותית בקנה מידה של המוח האנושי, 15 שנים לפני כל טכנולוגיה אחרת". דנילק מכיר היטב את הצבא, שכן הוא ביצע פרוייקטי פיתוח צבאיים במסגרת המעבדות הלאומיות סנדיה ובמסגרת חברת Skyera. בעקבות הפרוייקטים האלה, קיבלו  מייסדי החברה את אישורים בטחוניים גבוהים מאוד בארה"ב.

חוקרים מהטכניון השתמשו בזיכרון המחשב לביצוע פעולות חישוב

חוקרים מהפקולטה להנדסת חשמל פיתחו חידוש בשימוש בזיכרון המחשב לביצוע פעולות חישוביות. המחקר נעשה בהובלת פרופ' שחר קוטינסקי (בתמונה למעלה) והמסטרנט ברק הופר, בשיתוף קבוצת המחקר של פרופ' ריינר ואסר וד"ר ויקס ראנה וד"ר סטפן מנזל, ופורסם בכתב העת IEEE Transactions on Electron Devices. קוטינסקי הסביר שהמבנה הבסיסי של המחשב כמעט ולא השתנה מאז שנות ה-40. "המחשב בנוי משתי יחידות מרכזיות: המעבד המבצע חישובים, והזיכרון המאחסן את המידע.

"בשתי היחידות האלה חל בעשורים האחרים שיפור גדול, אבל התקשורת ביניהם הפכה לצוואר בקבוק המגביל את קצב החישוב של המערכת כולה, משום שהעברת המידע מהמעבד לזיכרון ובחזרה היא איטית משמעותית מהחישוב עצמו, ואף צורכת אנרגיה רבה". במסגרת מחקר שנועד למצוא פתרון לבעיית ההפרדה בין הזיכרון למעבד, מציג המאמר דרך לביצוע חישובים באמצעות יחידות הזיכרון עצמן. "הרעיון אינו חדש לגמרי, אבל מימושו הטכנולוגי מורכב עקב התכונות הפיזיקליות השונות של הרכיבים החישוביים במעבד (טרנזיסטורים) לרכיבי האחסון".

חוקרי הטכניון ביצעו הטמעה של שלושה שערים לוגיים בתוך יחידת הזיכרון, והדגימו כיצד ניתן לחבר מספרים בתוך הזיכרון. בנוסף הם מראים במאמר את היתכנותם של רכיבים לוגיים מורכבים יותר. קוטינסקי: "מזה כעשור אנחנו מפתחים תיאוריה ומדגימים בסימולציות מחשב כיצד השערים הלוגיים יבצעו חישובים לוגיים בצורה דומה לזו שבמעבד. זוהי עבודה ראשונה שמדגימה את השיטה הזו על רכיבי זיכרון שיוצרו ונמדדו במעבדה, ומעבירה את השיטה מהתאוריה אל העולם האמיתי".

לקריאת המאמר: Experimental Demonstration of Memristor-Aided Logic

אפל נוטשת את אינטל לטובת מעבד עצמי

בתמונה למעלה: מנכ"ל אפל, טים קוק, מכריז על התפנית האסטרטגית בארכיטקטורת העיבוד

חברת אפל תפסיק את השימוש במעבדי אינטל במחשבי מק (Mac) ותעבור לשימוש במעבד מתוצרת עצמית המבוסס על ארכיטקטורת ARM. מדובר בשינוי דרמטי שאפל עצמה הגדירה אותו כ"מהלך היסטורי עבור מחשבי Mac". השינוי הארכיטקטורני הקודם התבצע בשנת 2006, כאשר אפל החליפה את ארכיטקטורת PowerPC ועברה לשימוש בארכיטקטורת x86 של אינטל.

"השינוי יעניק למחשבי מק ביצועים מובילים וטכנולוגיות חדשות, ויספק ארכיטקטורה משותפת לכל המוצרים של אפל, מהלך שיקל על המפתחים לכתוב יישומים לכל האקוסיסטם". המחשבים החדשים יתבססו ככל הנראה על מעבד הדומה למעבד A12Z Bionic System, שנחשף בחודש מרץ 2020 כמעבד החדש של הטאבלטים ממשפחת iPad.

תאימות גם ברמת מערכת ההפעלה

המעבר מתבצע לאחר 10 שנות פיתוח שבהן אפל מפתחת את רכיבי העיבוד (Apple SoCs) עבור המכשירים שלה, על-מנת להשיג ארכיטקטורה אחידה אשר פועלת על כל המוצרים שלה: iPhone, iPad ו-Apple Watch. כיום היא מפתחת על בסיס הארכיטקטורה הזאת משפחה של מעבדים עבור מחשבי מק, שבהם ישולבו מעבדי GPU חזקים ותשתיות לעיבוד רשתות נוירוניות. אפל מתכננת להשיק לפני סוף השנה את המחשבים הראשונים המבוססים על המעבד שלה, ולהשלים את המעבר בתוך שנתיים.

במקביל, אפל הודיעה שהיא מבצעת את השדרוג הגדול ביותר במערכת ההפעלה שלה macOS, ומתכננת להוציא את גרסת macOS Big Sur, אשר תתבסס על ליבת Xcode 12 ותהיה מותאמת לארכיטקטורת העיבוד החדשה. בין השאר היא תאפשר להריץ את המחשבים גם על-גבי מערכת ההפעלה לינוקס. המערכת החדשה מרחיבה את התאימות בין כל מוצרי החברה, ותוכל להריץ בצורה חלקה את כל היישומים שפותחו עבור מערכות ההפעלה iOS ו-iPadOS, בלא צורך לבצע בהם התאמות.

אינטל תחת התקפה

פרוייקט פיתוח ארכיטקטורת העיבוד של אפל מנוהל על-ידי הישראלי ג'וני סרוג'י, המשמש כסגן נשיא אפל (Apple) לחומרה. עדיין לא ברור כיצד ההחלטה תשפיע על חברת אינטל ועל יצרניות אחרות של מחשבים אישיים, אולם היא מציינת שלב נוסף בתהליך ההיחלשות של ארכיטקטורת אינטל כארכיטקטורה המובילה בעולם המיחשוב.

המגמה הזאת מתבטאת בתחומים שונים במקביל: ארכיטקטורת ARM נכנסה בשנים האחרונות לטריטוריות מובהקות של אינטל כמו שרתים במרכזי נתונים, במקביל חברות כמו אנבידיה מביאות ארכיטקטורות מבוססות GPU אל תשתיות המיחשוב, וחברות דוגמת זיילינקס מפתחות שרתים ואבזרים למרכזי נתונים, בארכיטקטורות מבוססות FPGA.

אינטל מנסה להתמודד עם המגמה באמצעות גיבוש אסטרטגיית בינה מלאכותית לכל רוחב קווי המוצר שלה, אולם היא ככל הנראה תמשיך להיות פגיעה בפני נגיסות בשווקים הטבעיים שלה – לפחות כל עוד היא לא תצליח להביא לשוק מעבדים שהם חסכוניים בהספק בסדר גודל משמעותי בהשוואה למעבדים מבוססי ARM.

אינטל הכריזה על מחשב נוירומורפי לבינה מלאכותית

חברת אינטל (Intel) חשפה מערכת עיבוד נוירומורפית (neuromorphic system) הכוללת 8 מיליון נוירונים אשר ממומשים באמצעות 64 מעבדי Loihi, אשר פותחו במעבדות אינטל (Intel Labs) במסגרת פרוייקט פיתוח ארכיטקטורת עיבוד חדשה. עיבוד נוירומופרי הוא יישום ברמת החומרה של המבנה של רשתות עצביות נוירוניות, אשר בתחום הבינה המלאכותית מיושמות כיום ברמת התוכנה בלבד. כל מעבד מיוצר בתהליך של 14 ננומטר ומכיל 128 ליבות המיישמות 130,000 נוירונים.

להערכת אינטל, במשימות ספציפיות, מסוגל המעבד Loihi לעבד מידע במהירות גבוהה 1,000 וביעילות גדולה פי 10,000 מאשר מעבד סטנדרטי (CPU). אינטל מסרה שהמערכת שהיא פיתחה בשם Pohoiki Beach, מוגדרת כמערכת מחקר ושהיא זמינה מהיום לרשות חוקרים. לדברי מנכ"ל אינטל לאבס, ריץ' יוליג, כ-60 שותפים מחקר של אינטל יקבלו את המערכת כדי לפתור בעיות מורכבות ועתירות עיבוד. בין השאר, הארכיטקטורה הזאת מאפשרת לייעל את השימוש באלגוריתמים שפותחו בהשראת המערכת העצבית, דוגמת אלגוריתם Sparse coding, איתור מיקום ומיפוי בו-זמניים (SLAM) ותכנון מסלולים המסוגלים ללמוד ולהסתגל.

השלב הבא: 100 מיליון נוירונים

מערכת Pohoiki Beach מהווה שלב ראשון בתוכנית פיתוח שאפתנית, שהשלב הבא שלה יהיה להרחיב את הארכיטקטורה להיקף של עד 100 מיליון נוירונים עוד השנה (מערכת Pohoiki Springs). לאחרונה הודגמה היכולת של השבב החדש באמצעות מתן יכולות הסתגלות לרגל תותבת, מעקב אחר עצמים באמצעות מצלמות מבוססות אירועים ומתן יכולת הסקת מסקנות לרובוט iCub. המכון להנדסה קוגניטיבית באוניברסיטת סידני מבצע כיום פרוייקט מפתיע: משחק שיתנהל באופן עצמאי בין שתי קבוצת בכדורגל שולחן, אשר יתבסס על קבלת מידע ממצלמות רגישות לאירועים, אשר יעובד וינוהל על-ידי מערך של מעבדי Lohini.

שולחן כדורגל שיידע לנהל משחקון עצמאי באמצעות המעבדים הנוירומופיים החדשים
שולחן כדורגל שיידע לנהל משחקון עצמאי באמצעות המעבדים הנוירומופיים החדשים

המכון לחקר המוח באוניברסיטת ווטרלו דיווח שבאמצעות השבב Loihi הוא הצליח להשיג ביצועים זהים של רשת לימוד עומק בהשוואה למעבדי CPU אולם בצריכת חשמל נמוכה פי 109. חברת אינטל נכנסה לתחום לפני מספר שנים, ובשנת 2017 היא הציגה את שבב המחקר הנוירומורפי הנסיוני הראשון. בחודש מרץ 2018 היא ייסדה את קהילת המחקר הנוירומורפית של אינטל (INRC), במטרה לקדם פיתוח של יישומים ואלגוריתמים נוירו-מורפיים. באמצעות ארגון INRC היא מעניקה גישה למעבדים באמצעות הענן.

מוח אלקטרוני במעגל מודפס

אינטל שיחררה לפני מספר חודשים גרסה ראשונית של כלי הפיתוח Nx SDK, המאפשר לחברי פורום INRC לפתח באמצעותה יישומים מחקריים, כדי להריץ אותם על הפלטפורמה באמצעות הענן. קבוצה קטנה יותר של חוקרים קיבלה את כרטיס החומרה עצמו, כדי שיוכלו לבצע מחקרים הדורשים גישה ישירה לחומרה, כמו למשל בתחום הרובוטיקה.

אומנם פרוייקט העיבוד הנוירומורפי מוגדר באינטל כתחום נוסף שבו היא מחדשת את ארכיטקטורות המיחשוב כדי להתמודד עם בלימת חוק מור, אולם בתחום הבינה המלאכותית מדובר במהפיכה של ממש. על-פי ההערכה המקובלת כיום, במוח האנושי יש כ-84 מיליארד נוירונים. כאשר אינטל מדברת על 100 מיליון נוירונים במערכת אחת כבר בשנת 2019, ואולי מיליארד נוירונים בתוך שנה או שנתיים, מדובר כבר במוח אלקטרוני זעיר המשתווה לזה של בעלי חיים רבים. כאשר הוא מוצמד למערכת לומדת או לרובוט, הוא מייצר קפיצת מדרגה טכנולוגית.

מייסדי מלאנוקס גייסו 35 מ' ד' ל-proteanTecs

חברת proteanTecs מחיפה השלימה גיוס הון בהיקף של 35 מיליון דולר שבו השתתפו גם אביגדור וילנץ, קרן וולדן בניהולו של ליפ-בו טאן וקרן אינטל קפיטל. בסך הכל, עד היום גייסה proteanTecs כ-50 מיליון דולר. החברה פיתחה שפת מחשב חדשה בשם Universal Chip Telemetry, שנבנתה באופן ייעודי כדי לאסוף נתוני טלמטריה של ביצועי השבב, על מנת לאמוד מראש את יכולות לעמוד בביצועים המתוכננים.

מנכ"ל ומייסד משותף של החברה, שי כהן, הסביר שהמערכת מייעלת את התכנון והביצועים של השבב באמצעות מעקב אחר הביצועים של הרכיב ומתריעה על תקלות לפני התרחשותן. המערכת כוללת מעגל ייעודי של החברה המוטמע בשבב ופלטפורמת ענן הכוללת לימוד מכונה ואנליטיקה. המערכת מבצעת מיליארדי פעולות בדיקה ומדידה כדי לאתר נתיבים לא תקינים או ירידה בביצועים. החברה מסרה שכבר יש לה מספר לקוחות המשתמשים בטכנולוגיה, ושהיא תשתמש בהון המגוייס להמשך הפיתוח הטכנולוגי ולמימון החדירה לשוק.

חברת proteanTecs הוקמה בשנת 2017 על-ידי שלושה בכירים ממייסדי מלאנוקס בעבר: שי כהן, אוולין לנדמן ורוני אשורי. המנכ"ל שי כהן שימש כמנהל התפעול של מלאנוקס ולפני-כן כחבר בכיר בצוות פיתוח המעבד פנטיום של אינטל. הטכנולוגית הראשית אוולין לנדמן שימשה כסגנית נשיא להנדסת מוצר במלאנוקס ולפני-כן כמנהלת טכנית במחלקת המעבדים של אינטל. מנהל התפעול רוני אשורי היה סגן נשיא בכיר להנדסה בחברת מלאנוקס, ולפני-כן מילא תפקידי ניהול בכירים בחברות גלילאו ואינטל ישראל.

מחסור במעבדי אינטל עשוי לפגוע במכירות מחשבים וזכרונות

בתמונה למעלה: מחשב נייד המצוייד במעבד Intel® Core i9. צילום: אינטל

המחסור במעבדי CPU של אינטל (Intel) צפוי לפגוע במכירות של מחשבים ניידים ואולי אפילו לדחוף לירידה במחירי הזכרונות. כך מעריכה חברת המחקר TrendForce בדו"ח חדש על שוק הזכרונות. החברה מסרה שבמקור תכננה אינטל להתחיל כבר ברבעון השלישי השנה בייצור המוני של מעבדים מפלטפורמת Whiskey Lake החדשה, לקראת עונת השיא של מחשבים ניידים. אלא שיצרני המחשבים הניידים דיווחו לה שהם נתקלים במחסור במעבדים, אשר פוגעים בתוכניות הייצור והאספקה של מחשבים במחצית השנייה של 2018. "לכן אנחנו מעריכים שהיקף המסירות של מחשבים ניידים יירד השנה ב-0.2% בהשוואה לשנה הקודמת, כאשר המחסור במעבדים צפוי להשפיע על שוק הזכרונות כולו".

עדיין לא ברור לגמרי מדוע יש מחסור במעבדים מתוצרת אינטל, מכיוון שהמחסור מורגש גם במעבדים המיוצרים בתהליכי 14 ננומטר בפלטפורמת Coffee Lake, שהייצור ההמוני שלהם החל לפני כחצי שנה והם נחשבים לאחד מהפתרונות הנפוצים בשוק המחשבים המרכזי. להערכת החברה, שפער האספקה של מעבדי CPU צמח מ-5% בחודש אוגוסט ל-5%-10% בחודש ספטמבר. "קיימת אפשרות שהפער יהיה גדול מ-10% ברבעון האחרון של השנה, ויימשך ככל הנראה עד למחצית הראשונה של 2019".

לדבר הזה תהיה השפעה על מחירי הזכרונות, הנמצאים כיום ברמת שיא לאחר תשעה רבעונים רצופית של עליות מחירים. לאחרונה העריכה DRAMeXchange, שהיא מחלקת הזכרונות של TrendForce, שהמחירים צפויים לרדת בכ-2% ברבעון האחרון של 2018 מכיוון שהשוק מתחיל להתקרב למצב של אספקת-יתר, אולם כעת תיתכן ירידה גדולה יותר במחיר, מכיוון שהמחסור במעבדים מצמצם את הדרישה לזכרונות DRAM המותקנים במחשבים. במקביל, התופעה צפויה להשפיע גם על שוק ה-NAND Flash, מכיוון שהירידה במכירות מחשבים יביאו לירידה בייצור של כונני SSD עבור המחשבים. 

שוק השרתים מתנהג בצורה שונה: בשוק הזה מתנהל כיום מעבר מהשימוש בפלטפורמת המעבדים Grantley של אינטל לפלטפורמת Purley של החברה. חברת המחקר מסרה שמהבדיקה שלה עולה שרק חלק קטן מאוד מהיצרנים מתמודדים עם התארכות זמני האספקה של מעבדי Purley. החברה מתכננת לעקוב מקרוב אחר המצב בשוק השרתים, מכיוון שהשפעתם על המכירות של רכיבי NAND Flash ו-DRAM גדולה בהרבה מזו של שוק המחשבים הניידים.

מאינטל נמסר בתגובה: "אנו עומדים בלוח הזמנים לאספקת הדור החדש של מעבדי אינטל Core U – סדרת מעבדים למחשבים ניידים המתוכננים לקישוריות מהירה, ומתואמים ללוח הזמנים של יצרניות הציוד המקורי (OEM) בסתיו הקרוב. אנו ממשיכים לתעדף את הייצור של מעבדי Xeon ו- Core במקביל להמשך העבודה שלנו כדי לעמוד בביקוש הגדול של הלקוחות למוצרי אינטל."

אינטל ישראל שילבה עיבוד קולי בתוך המעבדים

אינטל השיקה בתערוכת IFA השבוע בברלין שתי סדרות חדשות של מעבדים מהדור השמיני שפותחו בהובלת מרכז הפיתוח של החברה בחיפה. המעבדים החדשים, מסדרה U – Whiskey Lake ומסדרה Y -Amber Lake, יאפשרו חיבור Wi-Fi מהיר במיוחד למחשבים ניידים דקיקים ומחשבי 2 ב-1. חברת אינטל מסרה שמחשבים המצויידים במעבדי סדרה U כוללים לראשונה חיבור Gigabit Wi-Fi המיושם באמצעות כרטיסי הרשת Intel Wireless AC. המעבדים החדשים כוללים עד ארבע ליבות ושמונה תהליכונים (threads). הם מציעים חיי סוללה של עד 19 שעות בתצורה אופטימלית. גם מעבדי סדרה Y יספקו חיבור Gigabit Wi-Fi, באמצעות מודמי Gigabit LTE של אינטל. הם יותקנו במחשבים בעובי של 7 מילימטר ובמשקל של פחות מ-450 גרם.

"המהנדסים שלנו עבדו בשיתוף פעולה קרוב עם התעשייה בכדי להבטיח שכל הרכיבים החשובים במערכת יתנהגו כהלכה", הסביר  סגן נשיא אינטל העולמית, רן סנדרוביץ', סיפר שהמחשבים החדשים יעברו במבהירות בין מצבי צריכת חשמל נמוכה לבין פעולה רגילה. ניתן יהיה "להעיר" את המחשב בפקודה קולית ולבצע פעולות קוליות נוספות "כדי להגדיל את התפוקה תוך כדי תנועה". אינטל הוסיפה למעבדים החדשים את פלטפורמת Audio DSP, התומכת בשירותים קוליים רבים כגון אלקסה וקורטנה.