De concurrentiestrijd tussen processorfabrikanten krijgt een nieuw aandachtsgebied: van kloksnelheid naar energieverbruik. Tot op heden waren chipmakers, vooral Intel en AMD, bezig met de snelheidsrace; het ging om de hoogste Megahertz (MHz). Chipproducenten als IBM, Compaq, Sun en nu ook Intel en AMD willen het stroomverbruik en de daaraan gerelateerde verhitting van processoren aanpakken.
Een laag energieverbruik was voorheen slechts van belang voor processoren voor mobiele computers, omdat die meestal op een accu werken. Terwijl fabrikanten van Risc-processoren, zoals de PowerPC, Alpha, Ultrasparc en PA-Risc, al geruime tijd profiteren van een relatief laag energieverbruik, wordt die eigenschap nu van breder belang.
Dit is deels te danken aan de stroomzuinige Crusoe-processoren van chipontwerper Transmeta. De ideeën achter die chiparchitectuur hebben met name Intel bewust gemaakt van mogelijkheden die gebruikers waarderen. Het feit dat software tegenwoordig niet meer afhankelijk is van hoge snelheid maar van de werkelijke verwerkingssnelheid van gegevens leidt tot het idee dat sneller niet per se beter is.
Intel heeft in juli vorig jaar al de 800 MHz-uitvoering van de zware Xeon-variant van zijn Pentium III geschrapt. Deze opvallende beslissing viel onder druk van serverfabrikanten. Die wilden niet geconfronteerd worden met weer een opwaardering, zeker niet terwijl zij bezig waren met de vereiste uitgebreide certificering van hun, veelal bedrijfskritische systemen.
‘Vooruitgang’
De nadruk op energiebesparing is echter vooral te danken aan de grote processorproducenten zelf. De vooruitgang die zij hebben geboekt in het streven naar hogere kloksnelheden – Intel versus AMD – en meer verwerkingscapaciteit – Sun, Compaq, IBM en anderen – heeft het energieverbruik van de chips fors opgedreven.
Vooral Intel loopt ‘voorop’ in dit opzicht; zijn chips hebben een notoir hoog stroomverbruik. Concurrent AMD loopt echter niet ver achter. Intels nieuwste processor, de Pentium 4, vereist – naast een nieuw moederbord vanwege de gewijzigde chipaansluiting – een krachtigere voeding en meer koeling. De 1,5 GHz Pentium 4 verbruikt 55 watt.
Computerfabrikanten die vroege uitvoeringen van die processor in handen hadden, worstelden met stabiliteitsproblemen. Die kwamen voort uit de hitte die de actieve, stroomverslindende processor genereerde. Intel moest twee revisies van de chip produceren voordat dit probleem de wereld uit was.
Overweging
Intel-ingenieur Glenn Hilton zegt dat het energieverbruik geen belangrijke ontwerpoverweging was in de tijd van 486-processoren en de eerste Pentiums. "Voor de Pentium 4 was het al wel een zwaarwegende factor, maar zeker niet de belangrijkste. In de toekomst moeten we onze ontwerpmethodes voor chiparchitecturen aanpassen voor laag energieverbruik."
Indien de huidige lijn van energieverbruik doorzet, komen processoren in 2010 uit op een benodigd vermogen van 600 watt, redeneert technologiedirecteur Pat Gelsinger van Intel. De vice-president stelt dat hitteproblemen aan te pakken zijn door koelingsmaatregelen als hittesleuven of koelvloeistofsystemen. "Maar uiteindelijk moet het probleem opgelost worden door beter chipontwerp."
Niet alleen de grootste processorproducent beseft dit. Ondanks de relatieve voorsprong op het gebied van energieverbruik richten ook de producenten van Risc-chips zich op efficiënter ontwerp. Enkele ideeën die Intel-topman Gelsinger oppert zijn rechtstreeks afgekeken van nieuwe snufjes die IBM, Compaq en anderen verwerken in hun processoren.
Ideeën
Zo is er het relatief oude idee van simultane ‘multithreading’ (smt). Hierbij splitsen aangepaste applicaties hun instructies in meerdere brokken (’threads’) die de smt-chip onafhankelijk van elkaar verwerkt. Intel verwerkt deze technologie in de aanstaande server-uitvoering, codenaam Foster, van zijn Pentium 4. De door Compaq overgenomen serverfabrikanten DEC en supercomputerproducent Cray zijn al jaren bekend met smt. Compaqs aanstaande Alpha EV8-processor is gebaseerd op deze technologie.
Een ander idee is het combineren van twee processoren op één chip, in wezen smp-op-één-chip (symmetric multi-processor). IBM kiest deze benadering voor zijn komende Power4-processorreeks, terwijl Sun Microsystems dit idee al heeft gebruikt voor zijn multimedia-chip Majc. Het bestaan van die chip onderstreept een andere benadering: het gebruik van gespecialiseerde componenten of instructies – zoals Intels mmx (multimedia extensions) en sse (streaming simd extensions) – voor bepaalde processorintensieve taken.
Deze methodes vergroten de verwerkingscapaciteit van processoren met een relatief kleinere uitbreiding van de transistors en de daardoor benodigde elektriciteit. Uiteindelijk moet dit uitkomen op een lagere stroomrekening voor grootgebruikers én – belangrijker – minder opgewekte hitte die de werking van systemen nadelig beïnvloedt.
IBM investeert in Crusoe-servers
Computerfabrikant IBM en investeerder Soros Private Equity Partners steken veertig miljoen dollar in de jonge serverproducent RLX Technologies. Dat bedrijf, geleid door Compaq-veteranen Gary Stimac en Mike Perez, ontwerpt energiezuinige systemen op basis van de Crusoe-processoren van Transmeta. RLX mikt met zijn producten op telecombedrijven en webhosting-ondernemingen die grote aantallen servers gebruiken en daarvoor veel fysieke ruimte en koelsystemen nodig hebben. In de eerste helft van volgend jaar komt RLX met een kleine, energiezuinige server, codenaam Razor. In de voorafgaande eerste investeringsronde wist het bedrijf negentien miljoen dollar binnen te halen.
