Softwarechippen

Hvad er det ved Transmetas CEO Dave Ditzel, der får dig til at tro på ham? Måske er det måden, han uforskammet bruger ord som cool og pæn. Måske er det, fordi han havde frækheden til at bygge sit opkomne chipfirma med udsigt til Intels hovedkvarter. Måske er det fordi han aldrig fuldfører en sætning, så begejstret er han for Crusoe, hans firmas mærke af mikroprocessorer. Fra januar sidste år, hvor Crusoe blev annonceret i en flammende fanfare, indtil midten af ​​august, hvor virksomheden ansøgte om at blive børsnoteret, gjorde Ditzel sig hæs ved at skubbe til Crusoe-chippen. Uanset om det var foran 200 ingeniører eller en enkelt reporter, var hans budskab upåklageligt: ​​Crusoe - den Intel-kompatible chip med en tiendedel af strømkravene fra en Pentium III - kommer til at ændre computerverdenen for altid. Crusoe har lav effekt, den er kompatibel og den er højtydende, sagde han i et af en række interviews, der blev afholdt før ansøgningen i august. Det er vores mantra.

Denne sommer gik virksomheden og Ditzel stille i den stille periode, der følger efter hvert børsnotering. Men på det tidspunkt havde Crusoe-budskabet udviklet sit eget liv: Ikke siden Apple iMac havde der været sådan et ballade i Silicon Valley som det, Crusoe har bragt i land. Det er ingen overraskelse, at Valley insider-kludene Upside og Red Herring kørte Transmeta som deres forsidehistorier sidste forår, men før den stille periode begyndte, blev Ditzel også citeret i Time, USA Today og en horde af andre forbrugerpublikationer. Transmetas reklameindsats er delvist næret af virksomhedens ansættelse af Linux-forfatter og open source software-guru Linus Torvalds. Torvalds har været en del af softwaredesignteamet hos Transmeta og har på det seneste arbejdet på en version af Linux, der vil komplementere Crusoes applikation på det eksploderende marked for mobile enheder.

Denne historie var en del af vores november 2000-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Selve børsnoteringen er et dystert, tætmundet dokument, der afslører lidt af Transmetas fremtidige designplaner, og i stedet er fuld af advarsler om, hvad der kan gå galt på Transmetas vej til rentabilitet. I skrivende stund er der faktisk ikke et eneste Crusoe-produkt afsendt i nævneværdig mængde. Virksomheden tabte 41 millioner dollars i 1999 og yderligere 43 millioner dollars i de første seks måneder af 2000; prospektet gør det klart, at investorer ikke skal forvente at se rentabilitet i den nærmeste fremtid.

Men det ville ikke desto mindre være svært at finde en startup, der begyndte mere lovende, eller med et bedre udvalg af indledende kunder. I maj sidste år erklærede America Online og Gateway, at Crusoe vil drive en ny linje af husholdningsapparater, der vil have trådløs netadgang. IBM, Hitachi, NEC og Fujitsu fulgte trop i juni med annoncering af Crusoe-baserede notebook-pc'er, der vil køre hele dagen på almindelige batterier. Sony fulgte efter med en meddelelse i august, at Crusoe vil drive en fremtidig version af sin Vaio PictureBook-serie af bærbare computere. Ikke dårligt for et chipfirma uden fabrikationsanlæg og uden track record - og hvis vigtigste aktiv er, som Ditzel udtrykker det, en vision om en bedre måde at bygge mikroprocessorer på.

Fra nu af vil Transmeta-tilgangen være den smarteste, hurtigste, billigste, mest pålidelige og mest fleksible teknologi til at løse stort set ethvert computerrelateret problem, siger John Wharton, mikroprocessordesignkonsulent, Stanford-professor og tidligere designingeniør for Intel. For 50 år siden blev de mest sofistikerede systemer bygget ved hjælp af vakuumrør. For ti år siden var den nyeste teknologi komplekse, fuldt integrerede megaprocessorer som Pentium og PowerPC. Jeg ser Transmeta som værende det næste gennembrud inden for grundlæggende designteknologi.

Det spor, som Transmeta slår, vil føre til chips, der bruger væsentligt mindre strøm. Det er gode nyheder for alle, der bruger en bærbar computer eller andre bærbare elektroniske enheder. Men mere dybtgående har Transmeta fundet en måde at radikalt forbedre chipdesignernes evne til at foretage ændringer i deres produkter uden at fremmedgøre de enorme biblioteker af software, der er blevet skrevet til at køre på et bestemt stykke hardware. De har på en måde fjernet den irriterende guvernør fra motoren til fremskridt i spånfremstillingen.

Befrielsens arkitektur

Selvom der har været masser af pressedækning af Transmeta som en ny satsning, er det, der ofte går tabt, selve teknologien. Crusoe er en hybrid software/hardware-chip, hvis eneste formål er at køre software designet til andre mikroprocessorer. Meget af det, Intel og andre udretter inden for silicium, har Transmeta skiftet til software. Fordelene? For det første tager chipsene i sig selv mindre silicium, hvilket gør dem billigere at bygge. For det andet bruger en enklere chip mindre strøm - et altafgørende problem for bærbare computere. Men den måske mest vidtrækkende effekt er, at Transmeta ved fremstillingen af ​​Crusoe er kommet med en innovativ tilgang fri for mange af de problemer, der har plaget chipdesign i de sidste to årtier.

Før Crusoe har hver mikroprocessor, der nogensinde er bygget, kommet med sit eget offentliggjorte instruktionssæt - en eksplicit kontrakt, der præciserer, hvordan chippen vil fungere med software. Et instruktionssæt lover, at hvis udviklere skriver software, der gør X, vil den resulterende handling fra chippen være Y-nu og for evigt.

Problemet er, at når først en ny chip er designet, er den låst i tide. Efterhånden som softwarebeholdningen til chippen opbygges, bliver det næsten umuligt at foretage forbedringer af instruktionssættet. Softwareudvikling er også hæmmet, da ethvert nyt program skal overholde lovene i chippens instruktionssæt for at fungere. Mikroprocessordesignere vil have chips til at køre hurtigere, men de skal også få dem til at køre på eksisterende software. Så de knirker trinvis af hastighed ud med tricks, såsom gensekvensering af instruktioner til processoren. Men det er nærmest umuligt at gennemføre store ændringer. Det er som et meget slemt trebenet løb, med software- og hardwareingeniører bundet til hoften, som aldrig er i stand til at bevæge sig hurtigt hen imod at adoptere avancerede produkter, så afhængige er de af hinandens designvalg og tidligere valg. generationer.

Ditzel har selv førstehåndserfaring med vanskeligheden ved at lave grundlæggende forbedringer i en chips oprindelige design. Hos Sun Microsystems, hvor han arbejdede, før han grundlagde Transmeta i 1995, var han ansvarlig for at ændre instruktionssættet til virksomhedens SPARC-mærke af mikroprocessor. Selvom han gik i gang med projektet i 1990, var det først sidste år, at det nye instruktionssæt var klar til brug. Du har brug for tid for industrien til at indhente det, for at få software derud, for at få konverteret applikationer, sagde Ditzel til TR før virksomhedens børsnotering. Det er en rigtig stor ting.

Software camouflage

For at fjerne deres chips fra forældede instruktioner vil mikroprocessordesignere med jævne mellemrum smide alt ud og starte forfra med en helt ny chip, komplet med et helt nyt instruktionssæt. Det er en proces, som Intel kæmper sig igennem med sin meget forsinkede Itanium-mikroprocessor, som bliver virksomhedens første chip, der dirigerer data rundt i digitale skår på 64 bit - det vil sige på en 64-bit bred bus. At frigøre designere fra den nuværende generations 32-bit bus vil resultere i et stort spring fremad i ydeevnen. Men at starte forfra resulterer også i en chip, der i starten ikke har nogen software til at køre på den, næppe en ideel tilstand. Selvom softwareudviklere samarbejder og begynder at skrive kode til det nye instruktionssæt, virker denne tilgang kun én gang: Så er du tilbage, hvor du startede, med ældre software og en årelang cyklus til at foretage grundlæggende ændringer.

Ditzel har prøvet start-over-tilgangen til chipdesign mere end én gang i sin karriere. For to årtier siden var han som kandidatstuderende ved University of California i Berkeley medforfatter til et papir med titlen The Case for Reduced Instruction Set Computing. Dette skelsættende arbejde inspirerede en hel skole inden for mikroprocessordesign; i dag er såkaldte RISC-chips overalt.

Efter at have afsluttet sit arbejde med RISC-design hos Berkeley, gik han videre til at designe en RISC-chipvariant kaldet CRISP hos Bell Labs; CRISP fik dog aldrig bred støtte fra softwareudviklere. Ditzel gjorde derefter et tredje forsøg på at designe en ny mikroprocessor, da han arbejdede på en galliumarsenidchip hos Sun, som aldrig blev produceret. Det var som om jeg sagde til folk: Se! Du kan bruge denne fantastiske nye mikroprocessor – alt du skal gøre er at smide al din software ud og starte forfra!’ sagde Ditzel. Jeg har kæmpet den kamp i 20 år, og jeg har givet op.

Men han gav ikke rigtig op. I stedet fandt han en vej ud.

Mens han var hos Sun i de tidlige 90'ere, blev Ditzel påvirket af arbejdet fra den russiske supercomputerekspert Boris Babayan, som han uformelt havde samarbejdet med, og som han udnævner som en nøglementor i hans udvikling af tanker om chipdesign. På det tidspunkt eksperimenterede Babayan og hans firma Elbrus med en teknik kendt som dynamisk binær oversættelse og kompilering (som Transmeta har givet det meget mere markedsvenlige navn code-morphing, et udtryk, som de siden har varemærket).

At skrive kode, så en slags software kan køre på en anden slags hardware, er en gammel idé: IBM gjorde det for eksempel tilbage i 1960'erne. Resultaterne af disse forsøg var dog altid håbløst træge. Men chips blev hele tiden hurtigere. I begyndelsen af ​​1990'erne postulerede designere, at der kunne være en måde at oversætte fra et instruktionssæt til et andet så hurtigt, at ydeevnen knap ville lide. I stedet for at være en statisk, en-til-en-oversættelse af hver instruktion, kan teknikken være dynamisk, idet den undersøger applikationen for ineffektivitet i realtid, retter dem og husker rettelserne.

Det er kontraintuitivt at tro, at det at sætte et ekstra lag af software mellem en applikation og en CPU ikke ville bremse tingene ned - det er som at sige, at en buet linje mellem to punkter er kortere end en lige linje. Men forholdet mellem software og hardware er ikke længere en lige linje: På grund af ineffektiviteten forårsaget af mange års udvikling omkring det samme instruktionssæt, kunne dynamisk oversættelse i teorien forbedre ydeevnen. På hardwaresiden kan processen med at jamme flere og flere kredsløb på en chip for at få de sidste præstationsgevinster faktisk give bagslag og bremse tingene. Software er også sjældent så effektiv, som den kunne være klar: Applikationsudviklere med øje på en afsendelsesdato vil fryse kode, når den virker, ikke når den er perfekt. Dynamisk oversættelse kunne teoretisk set finde slapt og stramme det.

Før Ditzel grundlagde Transmeta, var oversættelsesteknikker kun blevet brugt til at få eksisterende, ikke-kompatibel software og hardware til at tale med hinanden. Ditzel og hans medstiftere tog et intellektuelt spring: Hvis et ekstra lag af software kunne få applikationer til at køre på ikke-kompatibel hardware, hvad skulle forhindre dem i at foretage radikale ændringer i selve den underliggende hardware og udnytte de nyeste muligheder?

I 1994 kom Ditzel og medstifter Doug Laird begge fra et projekt hos Sun designet til at få Windows til at køre bedre på Sun-arbejdsstationer ved hjælp af dynamiske binære oversættelsesteknikker. Vi indså, at hvis vi bare kunne tilføje nogle funktioner til hardwaren, kunne vi faktisk få det her til at gå ret hurtigt, siger Laird. Det var en fed idé, tilføjer han og husker, at Sun ikke var interesseret i at ændre sit processordesign for at gøre det bedre til at køre programmer, der var skrevet til at køre på standard Intel-chips. Ditzel og Laird slog til på egen hånd. Ditzel rekrutterede Colin Hunter, en respekteret ekspert i emuleringsteknikker, og Robert Cmelik, som havde arbejdet med kodeoptimering hos Sun.

Som det ofte er tilfældet inden for teknologiinnovation, viste praksis sig sværere end teori: Transmetas første chipdesign kørte så langsomt, at det tog chippen en halv time bare at starte operativsystemet. Men med hver af fire chiprevisioner lærte holdet mere om binær oversættelse. Fem års omhyggeligt arbejde udført af en brigade på 200 ingeniører bakket op af adskillige hundrede millioner dollars i risikovillig kapital producerede en chip, der kørte hurtigt nok til at sammenligne med Intel-processorer. I januar i år annoncerede Transmeta de første to hybrid silicium/softwarechips i Crusoe-linjen. Den første, kaldet TM5400, er en 700 megahertz-chip til de ultratynde, ultralette Windows notebook-pc'er. Den kører software skrevet til Intel-chips på en brøkdel af den strøm, en Pentium bruger. Den anden, TM3120, er en 400 MHz-chip designet til at køre internetapparater ved hjælp af en version af Linux, som Torvalds udviklede til mobile enheder.

Begge chips præsenterer et ansigt for softwareudviklere, der er fuldstændigt kompatibelt med instruktionssættet i Intels processorer. Nedenunder er VLIW-chips, for meget lange instruktionsord, en arkitektur med en 128-bit bred bus, der kan kombinere Intel-chipinstruktioner til længere strenge og dermed eksekvere dem hurtigere. Mellem det udadvendte instruktionssæt og den underliggende hardware er Transmetas kode-morphing-software, som oversætter instruktionerne i Intel-stil til en form, som Crusoe kan håndtere, optimerer deres eksekvering og gemmer de optimerede eksekveringer i hukommelsen. Næste gang chippen støder på den samme operation, er oversættelse ikke længere nødvendig. Code-morphing-softwaren (som ligger i en skrivebeskyttet hukommelseschip) er det første program, der starter, når processoren starter.

Fordi så meget af Crusoes funktionalitet er blevet flyttet fra hardware til software, er chippen langt enklere end en sammenlignelig Pentium-processor og kræver kun en fjerdedel så mange transistorer. En sidegevinst ved færre transistorer er, at Crusoe bruger langt mindre strøm til at køre - derfor Transmetas beslutning om at målrette sine første chips mod mobilmarkedet. En anden fordel ved Crusoe-tilgangen er at forkorte den tid, det tager at udvikle en ny chip. Da meget af designet ligger i software, siger Ditzel, at nogle kunder allerede har bedt om ændringer i instruktionssættet, og at Transmetas ingeniører kunne implementere dem på 24 timer. Selvom dette sandsynligvis ikke inkluderer tid til nogen form for fejltest, er det ikke desto mindre klart, at Transmeta har fundet en måde at forkorte udviklingscyklussen drastisk.

Nick Tredennick, medarkitekt bag den originale Motorola 68000 (processoren, der drev de første Macintoshes), og nu en uafhængig mikroprocessordesignkonsulent, er ikke alene om at konkludere, at Ditzel er på vej til noget. Da jeg først hørte om Crusoe, troede jeg, at det bare var den seneste mode, eller en rehash af emulering, som aldrig har virket, siger Tredennick. Men efter at have hørt Ditzel tale, blev Tredennick konvertit. Transmeta, siger han, gør noget fundamentalt anderledes end det, der er blevet gjort siden opfindelsen af ​​computeren.

Transmetas chips er i sagens natur enklere at designe end konventionelle, siger Stanfords Wharton. Du kan foretage en softwareændring, inkorporere den i en testversion, køre den og se, om den virker, alt sammen på en eftermiddag. På hardwareområdet kan ekspeditionstiden være tre til ni måneder. Intel kan bruge 500 eller 1.000 mandår i at designe Itanium. Den næste Transmeta-chip kræver muligvis 10, 20 eller 50. Det er musenødder.

Bevægelsen mod at lave chips, der er hybrider af software og hardware, snarere end ren silicium, har fanget bredt. Men Transmeta vil sandsynligvis beholde føringen i en overskuelig fremtid. Det skyldes, at Ditzel var den første person, der tog disse ideer ud af laboratoriet, hyrede 200 medarbejdere til at arbejde på dem og byggede en chip, der fungerede. Undervejs skabte han mindst to vejspærringer, der vil bremse hans konkurrence.

Den første er virksomhedens testværktøjer. Faktisk er Transmetas juveler nok ikke engang selve chipsene, men snarere den diagnostiske software, som virksomheden var tvunget til at skabe i udviklingsprocessen. De hyldevareværktøjer, der findes til at tjekke konventionelle chips, antager alle, at der er et statisk forhold mellem software, en chip og en given instruktion. Transmeta havde brug for at løse problemet med at teste en mikroprocessor, der ændrer sig dynamisk som svar på den software, den kører. Andre virksomheder bliver nødt til at starte fra bunden for at bygge deres egne testværktøjer, hvilket nemt kan tage et år eller længere.

skjule