הרשמה

מלחמת הסיליקון: אפל, אינטל, ומה הלאה?

האם אנחנו בדרך למהפכה בתחום המעבדים? הפצצה של אפל, קרב הבלימה של אינטל ומה שביניהם

אפל הטילה פצצה ונדמה שאין דרך חזרה. האם אינטל ערוכה לקרב בלימה?

ב-10 לנובמבר 2020 אפל הטילה פצצה: החברה נוטשת את מעבדי אינטל לטובת מעבד שפיתחה בעצמה. על פניו, המהלך הזה לא הפתיע רבים מפני שחרושת השמועות אצה רצה לה וההכרזה רק אישרה את אלו. למה בכלל מהלך זה של אפל ראוי להתייחסות? הרי נתח השוק העולמי של אפל ממכירות מחשבים הוא נמוך מ-10%. הסיבה המרכזית להדים הייתה תוצאת מבחני הביצועים והביקורות. כשאלו התחילו לצוץ, הרבה פיות נשארו פעורים. הביצועים שהוצגו היו פשוט מדהימים וכאלו שמצליחים לנצח את המעבדים המקבילים של אינטל בהרבה מאוד מקרים. בנוסף, מעבדים אלו אפשרו למחשבי המקבוק החדשים זמן סוללה ארוך משמעותית ויחס עלות/ביצועים שבפעם הראשונה מביס את אינטל. הדבר גורם לנו לחשוב שהמק כבר לא יקר מדי לתמורה שמתקבלת - הייתם מאמינים? כל אלו עוררו הרבה הדים בתעשייה ויכולים לגרום לתחילתה של תגובת שרשרת שתקשה מאוד על אינטל להתאושש ממנה.

יש לזכור שאפל מפתחת ומייצרת מעבדים למכשיריה הניידים מאז שנת 2010 בה הוציאה לשוק מכשירים שהשתמשו במעבד הראשון מסדרת A (A4) המבוסס על הארכיטקטורה של ARM. מאז, אפל משדרגת, משפרת ומשכללת את המעבדים שלה ותהליך הייצור (5 ננומטר כיום), ותופסת פעם אחר פעם את המקומות הראשונים בכל האמור לכוח העיבוד במכשירי מובייל. לעומת זאת, אינטל שחקנית זניחה אם בכלל במשחק המובייל. הסיבה העיקרית לכך שאינטל לא שחקנית במגרש המובייל היא פשוטה אך מורכבת: אינטל פשוט איחרה את הרכבת והארכיטקטורה ותהליך הייצור עליה מבוססים המעבדים של אינטל, ה-X86 והארכיטקטורה של אינטל פחות מתאימים למכשירי מובייל.

מה בכלל הכוונה בתהליך ייצור וארכיטקטורת המעבד? בואו ונצלול פנימה.

על ארכיטקטורה, תהליכי ייצור והשפעתם

בעשורים הראשונים עולם השבבים אימץ לחיקו את "חוק מור" בכל הקשור לגידול בכוח העיבוד. בפשטות, חוק מור קובע שכל שנה כמות הטרנזיסטורים פר פיסת סיליקון תכפיל את עצמה, או לחלופין עלות הייצור תקטן פי שתים. אי לכך, כל שנה כוח העיבוד פר דולר מכפיל את עצמו. חוק מור היה נכון לעשורים הראשונים של התפתחות המעבד אך ככל שתהליך הייצור הלך וקטן כך גדל הקושי לשכלל אותו ולמזער אותו עוד יותר.

כאשר זורקים לאוויר מונחים כמו ייצור ב-10 ננומטר או ב-7 ננומטר, אנו מתייחסים לגודל הטרנזיסטור במעבד. לשם ההשוואה, אינטל רק כעת הכריזה על מעבר לתהליך ייצור ב-10 ננומטר של מעבדי הדור החדש ואילו המעבד במקבוק החדש של אפל (M1) עושה שימוש ב-5 ננומטר.המעבד עצמו בנוי ממיליארדי טרנזיסטורים זעירים, מעין שערים אלקטרוניים שנכבים ונדלקים בהתאם למתח החשמלי. תהליך זה דורש כוח (חשמל) ולכן ככל שגודל הטרנזיסטור קטן יותר, כך גם צריכת החשמל תקטן בהתאמה.

אז מה הכוונה בתהליך ייצור של X ננומטר? מאוד בכלליות, מעבדים מיוצרים בתהליך שבו "מוטבעת" התבנית של המעבד (IMAGE) על פיסה של סיליקון. ככל שתהליך הייצור קטן יותר, גודל כל טרנזיסטור הוא קטן יותר וכמות הטרנזיסטורים שניתן להטביע על פיסת סיליקון אחת גדולה יותר. די פשוט לא?

היתרונות ביותר טרנזיסטורים פר פיסת סיליקון הם רבים. ככל שהטרנזיסטור קטן יותר, כך הוא צורך פחות חשמל, פולט פחות חום ובעל יעילות גבוהה יותר. כולנו יודעים שהחום הוא האויב בכל האמור לרכיבי חומרה ולכן קר יותר = טוב יותר. בנוסף, בשל צריכת חשמל נמוכה יותר, אנו משיגים יעילות אנרגטית טובה יותר, תכונה שמהותית במכשירי מובייל ומחשבים ניידים, ולה השפעה ישירה וקריטית על זמן הסוללה כאשר לרבים מאיתנו זמן סוללה הוא ממש דיל ברייקר בכל האמור למחשב נייד או סמארטפון. בנוסף לאלו, ישנה גם השפעה ישירה על עלויות הייצור. ככל שתהליך הייצור קטן, כך אנחנו יכולים "לדחוס" יותר טרנזיסטורים על אותה פיסת סיליקון. התוצאה היא כוח עיבוד רב יותר על אותו תא שטח, או לחלופין אפשרות לייצר יותר מעבדים על פיסת סיליקון אחת מבלי להפחית בכוח העיבוד שלהם.

חשוב לציין שלא תמיד מדובר ביחס ישיר בין תהליך הייצור לכוח העיבוד. מעבד שמיוצר ב-5 ננומטר ולא ב-10 ננומטר לאו דווקא יהיה מהיר פי 2. הפערים בין תהליך של 7 נ"מ ו-5 נ"מ הם קטנים מאוד לעומת הפערים שהיו קיימים בין 180 ו-90 נ"מ מה שגורם להשפעה פחותה על ההבדל בביצועים. בנוסף, לעיתים אין אחידות באופן בו כל יצרנית מודדת את תהליך הייצור ואין לנו תקן מחייב בתחום, לכן תהליך הייצור יכול לשמש גם בתור באזז וורד שיווקי ללא השפעה מהותית בפועל. על אף זאת, ניתן להסיק שככל שתהליך הייצור ימוזער, המעבד יצרוך פחות חשמל ויפיק פחות חום וכך נקבל מכשירים ניידים בעלי ביצועים מצוינים וזמן סוללה ארוך – וזו רבותיי לא פחות ממהפכה.

זו הארכיטקטורה, טיפש!

בעוד תהליך הייצור מתייחס ליעילות, תכונות החומר ועלויות הייצור, כשאנו מדברים על הארכיטקטורה הכוונה היא לאופן בו תהליך העיבוד מתבצע, מיושם ומהו סט הפקודות בו משתמש המעבד. בעשורים האחרונים, מעבדים התבססו על ארכיטקטורת X86 אשר פותחה ע"י אינטל. בארכיטקטורה זו עושה שימוש במעבדיה גם AMD (ע"י תשלום לאינטל על רישיון שימוש) וכל יישומי הדסקטופ שאנו משתמשים בהם נכתבו לעשות שימוש ב-X86. לעומת X86, בעולם הסלולר מתבססים על הארכיטקטורה של ARM (שאינה מייצרת מעבדים אלא נותנת רישיון לשימוש בארכיטקטורה שלה לשם פיתוח מעבדים ע"י צד שלישי) שנחשבת מותאמת בצורה טובה הרבה יותר למכשירי מובייל. על אף העדיפות של ARM במכשירים ניידים, יש לזכור שהמחשבים הניידים עדיין עושים שימוש ב-X86 על אף שזמן הסוללה, חום ויעילות אנרגטית הן תכונות סופר קריטיות במוצרים האלה. אז מה בכלל ההבדלים בין X86 ל-ARM ומה גרם לאפל לעשות מהלך כל כך דרמטי ולנטוש את אינטל לטובת ייצור פיתוח עצמי של מעבדים והסתמכות על הארכיטקטורה של ARM?

עבודת המעבד באופן הפשטני ביותר מתבצעת באופן הבא: המעבד מקבל משימות שמאוחסנות בזכרון ולאחר מכן מבצע אותן ברצף. נרד רמה נוספת ונפרק את המעבד לחלקיו השונים. לכל ארכיטקטורה יש סט פקודות בהן משתמש המעבד לביצוע החישובים שלו. במעבד ישנם מספר תאי זכרון שנקראים Registers והם אלו שמקבלים נתונים מזיכרון ה-RAM של המחשב. בנוסף, ישנן יחידות עיבוד הנקראות יחידות לוגיות. היחידות הלוגיות הן אלו שאחראיות על הפעולות השונות כמו חיבור, חיסור וכו.

ניקח פעולת חיבור פשוטה כדוגמה: נרצה לקבל את התוצאה של 30 + 15. תחילה המעבד יצטרך לטעון את המספרים מזיכרון ה-RAM ולאחסנם ב-Register שלו. כל אחד מהמספרים 30 ו-15 נמצאים במקומות שונים על זיכרון ה-RAM והמעבד ניגש לכל אחד מהם ומאחסן כל אחד בתורו ב-REG. לאחר ששני המספרים מאוחסנים ב-REG אז היחידה הלוגית (ALU - Arithmetic Logic Unit) יכולה לבצע את פעולת החיבור ביניהם. פשוט לא?

מעבד ה-M1 של אפל פועל בבסיסו באופן דומה אך אופן היישום הוא שונה. בראש ובראשונה, סט הפקודות בו משתמש המעבד הוא שונה ומתבסס על ARM. אופן החישוביות כאמור נשאר דומה אך במקום לדחוף למהירות שעון גבוהה יותר פר מחזור, אפל מתמקדת בחישוב מקבילי ויעודי פר משימה. דמיינו את עצמכם בסופר בתור לקופה. רק קופה אחת פועלת ולפניכם יש מישהו עם עגלה מלאה. תיאלצו להמתין עד שהוא יסיים את הקניה, זמן מבוזבז. לעומת זאת, בסופר המקביל יש עשר קופות פתוחות שמתוכן שתיים מהן מהירות. כמעט אף פעם אין תור וניתן לתקתק את הקניות באופן מהיר ובמקביל ללא תלות אחד בשני. לכך בדיוק אפל מכוונת, תוך שימוש בטכנולוגיה שמצליחה להבין אילו פעולות ניתן לבצע בצורה מקבילית ואילו לא. כדי ליישם את הארכיטקטורה הזו בצורה מיטבית, M1 עושה שימוש במספר רב של מפענחים (decoders) שמטרתם היא לקחת את הקוד של היישום ולהעביר אותו בצורה מהירה אל המעבד. בהיבט הזה לאפל יש יתרון עצום על המעבדים של AMD ושל INTEL שכן יש ל-M1 מספר כפול של מפענחים וכן גם חוצץ (buffer) גדול יותר ממנו המעבד מושך את ההוראות. תחשבו על אצטדיון הקאמפ נואו עם תכולה של 90,000 איש ו-8 שערי כניסה (M1) לעומת אצטדיון בלומפילד עם תכולה של 30,000 איש ורק 4 שערי כניסה. כן, אלו סדרי הגודל.

בנוסף לאופן פעולת המעבד עצמו, צריך להבין שלא מדובר במעבד קלאסי (CPU) אלא ב-system on a chip, או בקיצור SOC. במחשב טיפוסי יהיו מספר מודולים שכל אחד מהם מבצע חישוב לצורך מטרה ספציפית. לדוגמה, ארכיטקטורת מחשב טיפוסית תכיל מעבד מרכזי CPU, וכן יחידת עיבוד גרפית GPU. כל אחד מהם יהיה אחראי על חישוב ייעודי לו הוא מתאים, יהיה בעל זכרון משלו ויפעל בצורה עצמאית. אם תרצו, SOC מהווה ONE STOP SHOP לכל צרכי החישוב של המכשיר, אם מדובר בטלויזיה, טלפון, סטרימר, טאבלט או לפטופ. כפועל יוצא, שבב ה-M1 מכיל את המעבד, המעבד הגרפי, את הזיכרון וכן עוד רכיבים שהיו עצמאיים קודם לכן. מעבד ה-M1 מאחד את כל יחידות העיבוד הפזורות לשבב אחד תחת קורת גג אחת. אמנם לא מדובר כאן בהמצאת הגלגל מחדש כי זו בדיוק הדרך בה פועלים מכשירי הסלולר שלנו כבר שנים, אך במחשבים ניידים ודסקטופים עדיין לא נעשה שימוש נרחב בארכיטקטורה זו.

גישה זו של שימוש ב SOC שונה מהשיטה בה הורגלנו שהיא פשוט מאוד הוספת ליבות כדי להגדיל את יכולת העיבוד. עד לאחרונה המשוואה היתה פשוטה: יותר ליבות = יותר כוח. בשנים האחרונות אפל הלכה והתרחקה מהגישה הזו, תוך כדי שימוש בשבבים ייעודיים שמבצעים פעולות ספציפיות בצורה מיטבית. כתוצאה מהפרקטיקה הזו, כל פעולה חישובית מתבצעת באופן יעיל יותר. אם נקביל זאת לצוות במשחק FPS תחרותי, אז מן הסתם שיש CLASS שכל שחקן מתמחה בו. אם נחזור ל-M1 אז במקום לדבר על צלף, רופא, נהג וחבלן, נדבר על מעבד, מעבד גרפי, מעבד תמונה, מעבד ניורונים ועוד. במקום לקבל שחקן כלבויניק שעושה את רוב הדברים בסדר אבל לא מומחה לפעולה ספציפית, אנחנו מקבלים צוות של מומחים. כפי שעדיף שרופא א.א.ג לא יעשה ניתוחי מוח, כך עדיף שיחידת עיבוד מתמחה תבצע עיבוד תמונה ולא מעבד חזק אך גנרי. תוסיפו לכל אלו זכרון RAM משותף עם גישה מהירה וישירה לכל אחד מיחידות העיבוד, ומה שמתקבל זו יחידת קומנדו מומחית בתחום העיבוד. כמה שזה נשמע פשוט, ככה זה גאוני. אה, ואם שכחתי, פועל יוצא של ארכיטקטורה זו היא צריכת חשמל יעילה יותר. כפי שאנו לא רוצים להפעיל מזגן מרכזי בשביל לקרר חדר אחד כי הוא בזבזן כך אנחנו לא רוצים שה-CPU יעבוד במלוא המרץ על פעולה קטנה שהוא אפילו לא מבצע בצורה הכי יעילה.

לאן ממשיכים מכאן?

אני מקווה שהצלחתם לשרוד את החלק הטכני מפני שהוא חשוב מאוד בכדי להבין איך אינטל תמשיך מכאן. בעוד אתם קוראים את הכתבה, יותר ויותר מפתחות עובדות על להתאים את היישומים שלהן לעבוד בצורה מיטבית על מעבדי ה-M1, כאשר כבר היום ניתן למצוא גרסאות מותאמות של אופיס וגוגל כרום שעובדות בצורה סופר מהירה תוך צריכת חשמל נמוכה. אם להאמין לשמועות, אפל צפויה להכריז בהמשך השנה על דגמים חדשים של מקבוק פרו 14 ו-16 אינץ', בהם ייעשה שימוש בדגם חדש של מעבד M1 חזק ובעל יכולות משופרות עוד יותר. אין לי נתונים עדכניים על מכירות מחשבי אפל עם מעבדי אינטל לעומת אלו שמבוססים על מעבדי אפל, אבל אני לא אתפלא אם נשמע בקרוב שכל מק חדש שנמכר מאז ההכרזה מכיל בתוכו סיליקון של אפל. ואתם יודעים מה הדבר הכי מפחיד? שמדובר בדור הראשון של מעבדים תוצרת אפל, מעבד בו משתמש המקבוק אייר שהוא הנייד הבסיסי ביותר של אפל. אפשר רק לדמיין את העוצמה של המעבדים בהם אפל תעשה שימוש בדגמים היותר מתקדמים של הניידים שלה. מבחינתה, אפל שוב הראתה את הכוח שלה בפיתוח מוצרים חדשניים ואת זה שאין לה בעיה לעשות שינוי משמעותי בקו המוצרים שלה אם היא מרגישה שזה הצעד הנכון. הביקורות (בקרוב כאן!) רק מאשררות שהכיוון בו אפל החליטה לצעוד הוא נכון בהחלט ואני לא אתפלא אם אנו עדים כיום לצעד הראשון בדרך לזניחת השימוש במעבדי אינטל כחלק מהיצע המוצרים של אפל.

ומה לגבי אינטל? אינטל בבעיה: בשוק המובייל היא לא קיימת. במחשוב הענן יש לה מתחרות רציניות והכניסה לתחום הרכב באמצעות מובילאיי עוד לא נשאה פרי. הנחמה היחידה של אינטל (וגם של AMD) היא שכרגע רק לחברה כמו אפל יש את היכולת להוציא לפועל פרויקט חומרה שאפתני שכזה. בהקשר הזה יש לזכור דבר חשוב: אפל מייצרת חומרה ותוכנה שנתפרות אחת לשניה, לכן יש לה את היכולת להתאים ביניהן בצורה מיטבית וזאת לעומת חברות אחרות ללא ניסיון במערכות הפעלה ותוכנה. עם זאת לא מן הנמנע שברגע שהארכיטקטורה של ARM עליה אפל מתבססת תאומץ ותיתמך ברחבי התעשיה, שחקניות גדולות נוספות ירצו לעשות את הצעד. יש לא מעט חברות ענק בעלות תקציב, רצון ויכולת, שירצו לפתח מעבדים בעצמן להתחרות באינטל ולא להיות תלויות בה. אני מעריך שאם מיקרוסופט תציג תמיכה טובה ומלאה במעבדים מבוססי ARM זה גורם שיאיץ גם הוא פיתוח של מעבדים ללא תלות באינטל. לא אתפלא אם נראה עוד כמה שחקניות בשוק מעבדי המחשבים בעתיד הלא רחוק.

באופן אישי, האמת שאני מרגיש חמלה כלפי אינטל, בדיוק כפי שחשתי בזמנו כלפי נוקיה. אינטל שחקנית חשובה, בייחוד בישראל בה היא מעסיקה מספר רב של עובדים באופן ישיר ועקיף. לא ארצה לראות גל פיטורין מאסיבי שיפגע בכל אותן משפחות בישראל שתלויות באינטל. על אף זאת, האמת צריכה להיאמר: מבחינתי, אינטל לא מחדשת כבר המון שנים. להיפך, היא אחת הסיבות לסטגנציה בחדשנות בתחום העיבוד. אין ספק שהיעדר תחרות ראויה מ-AMD עד לאחרונה בהחלט שתרם למצב שנוצר מפני שאינטל פשוט לא אותגרה. בהסתכלות הצידה, תראו את המהפכות שנעשו בשנים האחרונות בטכנולוגיית המסכים, ה-GPU, אמצעי האחסון ואיפה לא.

איפה החדשנות במעבדים? אינטל פשוט נתנו לנו עוד מאותו הדבר מבלי באמת לחדש. זו לא הפעם ראשונה שאנחנו רואים חברה שנהנית ממעמד מעין מונופוליסטי, מפסיקה לחדש ונחה על זרי הדפנה. פעמים רבות בעבר זה לא נגמר בצורה טובה לחברות אלו, כך שאני באמת מקווה שבשביל אינטל זו לא הדרך למטה אלא רק הסטירה המצלצלת שהיא היתה צריכה לקבל. אינטל החליפה מנכ"ל השבוע. כנראה גם הם מבינים שצריך זעזוע וחישוב מסלול מחדש לפני שיהיה מאוחר מדי. השעון מתקתק.

צבי ספיר - כתב תוכן

צבי ספיר - כתב תוכן

משחק על: PC, PS4

בחיים לא תנצחו אותי ב: FIFA, Warzone

המשחק שהגדיר לי את הילדות: UFO ,God of War ,Heretic, Dune

כשאני לא משחק אני: חושב על לשחק

מסר לעולם: The right man in the wrong place can make all the difference in the world.

צפיה בכתבות צוות תוכן צור קשר

תגובות

  1. 1

       | פורסם ע"י  

     

יש להתחבר כדי להתחיל דיון