Коли Apple в 2020 році відмовилася від архітектури Intel x86 та перейшла на процесори архітектури ARM – це стало революцією. В одну мить ноутбуки, які ледь «витягували» п’ять годин батарейки, почали забезпечувати удвічі більше часу на одному заряді. Що особливо важливо, ARM-процесори не знижуть продуктивність, на відміну від x86, для збільшення автономності. Розробники процесора Electron E1 кажуть, що він може бути ще більш енергоефективним, ніж ARM. Архітектура Electron E1 робить його у 100 разів більш енергоефективним.
Саме таку гучну заяву зробила компанія Efficient Computer, що нещодавно вийшла на ринок вбудованих систем зі своїм чипом Electron E1. За їх словами, ми надто довго залишались у парадигмі керованого потоку команд (control flow), змушуючи процесори постійно ганяти дані між кешами, пам’яттю та обчислювальними блоками — і на кожному етапі цього ланцюжка марнується енергія. Efficient пропонує альтернативу: статичне планування та контроль за потоком даних. Без кешів. Без out-of-order. І при цьому — це не спеціалізований чип, а універсальний процесор.
Скажімо, смартфон все ще тримає заряд день з постійно увімкненим екраном. Так, можна було б сказати: просто перейти на новий техпроцес і оптимізувати прошивку. Але Efficient йде глибше — вони вважають, що сам підхід до архітектури процесорів застарів.
Electron E1 — це “процесор із чистого аркуша”, зі спеціально розробленою архітектурою та власним “розумним” компілятором. Зазвичай заяви про “розумний компілятор” викликають недовіру, оскільки автопаралелізація або автовекторизація неодноразово виявлялись неефективними. Але Efficient Computer наполягає: їх архітектура — це просторовий потік даних, не ще один AI-акселертор, а справжній універсальний процесор, розрахований на енергообмежені системи.
Компанія заявляє про до 100 разів вищу енергоефективність, ніж у найкращих вбудованих процесорів ARM. Найбільше заінтригувало те, що у них вже є робочий кремній, і невдовзі він стане доступним для розробників. Попри те, що це ще лише перший раунд стартапу з фінансуванням від Eclipse Ventures, проект виглядає як серйозна спроба вийти за межі академічних експериментів.
Класичні CPU витрачають значно більше енергії на переміщення даних, ніж на їх обробку. Вбудовані процесори типово реалізують конвеєрну інструкційну модель з кешами, що викликає масу накладних витрат. Electron E1 використовує іншу модель — потік даних, де команди не йдуть у потоці через єдиний процесорний конвеєр, а фіксуються заздалегідь на вузлах обчислювальної сітки, так званих tiles.
Вузол запускає обчислення тоді, коли всі його операнди вже в наявності. Результат передається далі, до наступного вузла. Немає програмного лічильника. Немає глобального диспетчера. І як стверджує Efficient, саме це дозволяє радикально знизити споживання енергії.
У серці E1 — решітка обчислювальних вузлів (tiles), кожен із яких може виконувати базові дії: арифметика, логіка, доступ до пам’яті. Компілятор розкладає код C++ або Rust у граф потоку даних, фіксує, що кожен вузол має виконати, і маршрутизує передачу даних. Саме підтримка звичайних мов програмування дозволяє компанії позиціонувати E1 як універсальний процесор.
Комунікація між tiles — буферна, але статична, без повторних запитів. Тобто всі конфлікти маршрутизації мають вирішуватись на етапі компіляції, що економить енергію, але серйозно ускладнює розробку компілятора.
Electron E1 підтримує 32-бітні дійсні числа (FP32) — що незвично для енергоефективних архітектур, які зазвичай працюють з цілими або фіксованими числами. За словами CEO, професора Брендона Лучії, це необхідно для масштабованості. І це апаратна реалізація, а не софтова емуляція.
Але питання в тому, що відбувається, коли компілятор не справляється? Чи отримає розробник зрозуміле повідомлення про помилку, чи просто зависне? Для успіху нового парадигмального процесора важливо, щоби інструменти були надійні, а розробник не мусив вивчати нову модель мислення.
Efficient обіцяє в 10–100 разів вищу енергоефективність, ніж Cortex-M33, M85 і A5. Їхній головний показник — операцій на джоуль, що має сенс для пристроїв на батареї.
Поки що Efficient демонструє чипи на виставках, показує бенчмарки партнерам і готується до відправки наборів для розробників. Але без незалежних тестів на реальних задачах оцінити потенціал складно.
Electron E1 — лише перший крок. У планах Efficient — серія чипів, включаючи E2 і високопродуктивний Photon P1. Фокус — системи з критичним енергоспоживанням: космос, дрони, оборонна промисловість, носимі пристрої, сенсори з тривалим ресурсом автономної роботи.
Якщо Efficient справді зможе масштабувати цей підхід, ми станемо свідками рідкісного прориву — створення універсального процесора, що не є еволюцією попереднього. А це вже зовсім інший рівень гри.
