Vyznejte se v procesorech a jejich výrobcích

Procesorové čipy jsou základem všech moderních elektronických přístrojů. Jaké společnosti dnes patří mezi jejich největší výrobce a jaká byla jejich historie?

Jedním z největších výrobců čipů je slavný Intel, který většina z nás zná především z oblasti desktopových procesorů. Společnost Intel byla založena v roce 1968, tedy před více než 40 lety. Firmu založili fyzici a chemici, konkrétně Robert Noyce, který se podílel na vývoji integrovaného obvodu, a Gordon Moore, jež je slavný především svým Moorovým zákonem. Moorův zákon kopíruje vývojovou křivku a v oblasti počítačových čipů se zaměřuje na zvyšování složitosti čipů, která se přibližně každé dva roky zdvojnásobí, s čímž spíše souvisí celkový výkon za jednotku energie.

Největší výrobci čipů (Zdroj: Wikipedie)

SpolečnostPodíl na trhu (%)Meziroční růst (%)Příjmy (miliardy dolarů)
Intel Corporation13,224,348
Samsung Electronics9,360,828,1
Toshiba Semiconductors4,326,813
Texas Instruments4,334,112,9
Renesas Electronics3,9129,811,8
Hynix3,569,310,5
STMicroelectronics3,420,910,2
Micron Technology2,9106,28,8
Qualcomm2,412,37,2
Elpida Memory2,374,26,6
Broadcom2,152,16,5
AMD2,1226,3
Infineon Technologies239,75,2
Sony1,819,45,3
Panasonic Corporation1,758,15,1
Freescale Semiconductor1,427,24,3
NXP1,324,14
Marvell Technology Group1,243,13,6
MediaTek1,21,23,5
NVIDIA112,83,1
Ostatní společnosti34,820,2105

Intel Corporation

Po vzoru velikánů, jako byl například Hewlett-Packard, chtěli tito zakladatelé původně pojmenovat společnost také jako kombinaci jejich jmen – „Moore-Noyce“, to ale v angličtině může znít také jako „více šumu“. Po více než ročním používání označení NM Electronics bylo nakonec rozhodnuto pro konečné označení ze slov „Integrovaná Elektronika“. Intel se poprvé zapsal do historie mikroprocesorem 4004, který byl vyroben 10µm technologií v roce 1971, obsahoval 4bitové adresování a pracoval na frekvenci 740 kHz. Intel 4004 byl tvořen přibližně 2,3 tisíci tranzistory a zvládl zpracovat kolem 92 tisíc instrukcí za sekundu.

Tento procesor ale do poloviny osmdesátých let neznamenal pro Intel velký zdroj příjmů. Hlavní zisky přicházely díky výrobě pamětí typu DRAM, ROM nebo SRAM, na které se Intel soustředil již od počátku. Po roce 1980, kdy se začal rozvíjet trh domácích a firemních počítačů, se Intel potýkal s velkou konkurencí v segmentu výroby pamětí, takže bylo rozhodnuto se plně zaměřit na výrobu procesorů. To byla také doba, kdy byly představeny nové procesory Intel 8008, 8080 nebo 8086, jež ve znamení pokroku disponovali stále větším výkonem.

Intelu se tedy podařilo svézt se přesně po vlně poptávky osobních počítačů v devadesátých letech minulého století. Zajímavostí je určitě to, že tyto procesory tehdy ještě Intel nevyráběl ve svých továrnách, ale za pomocí externích dodavatelů, mezi kterými byla i dnes konkurenční AMD. Procesory Intel 8080, 8086 i 386 tak byly vyráběny převážně v továrnách AMD.

Všechny tyto procesory byly založeny na instrukční sadě x86, která se u běžných procesorů používá dodnes, i když architektura ARM už začíná nebezpečně útočit z oblasti úsporných čipů. Intel se sice pokoušel v osmdesátých letech uvést výkonný procesor iAPX 432, který byl svého času velmi revoluční, ale vzhledem k nekompatibilitě a složité optimalizaci stávajících systémů a programů nakonec vůbec neuspěl a Intel se tak soustředil především na rozvíjení x86 procesorů (vychází z modelu 8086, proto zkratka x86).

Bez komentáře: výroba čipů v továrně Intelu 

Zpětná kompatibilita instrukční sady zajišťovala stále dobrou poptávku po procesorech od Intelu. Ani společnost plná inženýrů se však nevyhne problémům, což se ukázalo na legendárním modelu Pentium. Procesor Intel Pentium s kódovým označením P7 byl představen v roce 1993, jak se ale zjistilo, obsahoval závažnou chybu ve výpočetní části, která se dala snadno nasimulovat i zadáním určité kombinace výpočtů, například do obyčejné kalkulačky v operačním systému. Velký poprask v médiích a několik žalob nakonec pro Intel znamenaly ztrátu přibližně půl miliardy dolarů. Současná chyba v Sandy Bridge čipsetech, která bude Intel stát v celkovém přepočtu téměř miliardu dolarů, je další velkou chybou, na kterou inženýři jistě nezapomenou.

Nejnovější architektura čipů od Intelu se již soustředí na hybridní technologii, díky níž se spojuje výkon procesoru i grafického čipu, který je původně založen na řešení od Imagination Technologies (PowerVR). V současnosti je Intel největším výrobcem polovodičů obecně s příjmem přes 40 miliard dolarů ročně a celkem 82,5 tisíci zaměstnanci.

Advanced Micro Devices

Pokud zůstaneme v procesorovém segmentu běžných domácích počítačů, nesmíme zapomenout na AMD, které je coby výrobce polovodičů ve světovém žebříčku až dvanáctý a jeho příjmy jsou téměř desetinásobně nižší než v případě Intelu.

AMD bylo založeno v roce 1969, tedy rok po Intelu. Zajímavostí je i fakt, že inženýři, kteří založili Intel, pocházeli původně ze společnosti Fairchild Semiconductor, jež se od založení v roce 1957 zabývala integrovanými obvody a tranzistory. Z této společnost ale odešli i vedoucí pracovníci a založili právě AMD. Od začátku se firma soustředila na výrobu integrovaných obvodů i pamětí.

V roce 1975 se jí podařilo pomocí reverzního inženýrství vyrobit klon procesoru Intel 8080, o jehož výrobu se starala ve svých továrnách. Prosazení vlastního RISC procesoru se AMD nedařilo, takže se začala soustředit pouze na architekturu x86, kterou používaly procesory Intel a na výrobu flash pamětí.

Klepněte pro větší obrázek
Společnosti a jejich výrobní technologie, které v současnosti používají
Pro mnoho firem včetně nVidie, Qualcommu a dalších vyrábí čipy třeba TSMC

Po spoustě soudních sporů, které AMD vyhrálo, protože s ním Intel neprávem ukončil spolupráci na výrobě procesorů, přišlo v roce 1991 s procesorem AM386, který byl taktéž klonem procesoru Intel 386, ale byl mnohem levnější. Za necelý rok se AMD podařilo prodat milion těchto čipů a strategie v podobě kopírování pokračovala i v rámci dalších procesorů, jako AM486 nebo AM5x86.

Svůj první vlastní procesor AMD vyrobila v roce 1996 pod názvem K5, pak následovaly modely K6, Athlon, Duron, Sempron, Phenom či serverový Opteron. V roce 2006 AMD strategicky koupilo výrobce grafických karet ATI a i nadále pokračuje ve vývoji grafických karet Radeon, i když už pod značkou AMD. Společnost také již začíná prodávat hybridní čipy, které kombinují procesor i grafický čip na jednom kusu křemíku. AMD mělo za minulý rok příjem kolem 6,3 miliard dolarů (10,4 tisíc zaměstnanců), přičemž právě díky hybridním čipům Fusion se očekává mnohem lepší budoucí konkurenceschopnost v rámci celých platforem. Tedy zatímco Intel má náskok v oblasti procesorů, AMD zase u grafického čipu.

Advanced RISC Machines

Samostatnou kapitolou je společnost ARM Holdings a její stejnojmenná architektura, která začíná znamenat velký problém pro oba hlavní výrobce procesorů pro moderní elektronická zařízení v podobě počítačů, notebooků nebo tabletů.

ARM je relativně mladá společnost s pouhými 1 700 zaměstnanci a příjmem kolem 300 milionů dolarů, která vznikla v roce 1990 celkem ze tří společností, přičemž jedním z původních zakladatelů je i známý Apple. Původní záměr byl vyvíjet extrémně úsporné procesory s vlastní architekturou, avšak se zcela jiným obchodním modelem, než mají zmínění velikáni v podobě Intelu nebo AMD. ARM totiž sám procesory nevyrábí ani je neprodává, ale pouze licencuje návrh.

 

ARM procesory nevyrábí, pouze licencuje návrh a technologie

 

Zjednodušeně tak ARM vyvíjí architekturu a jednotlivé řady procesorů pro různé segmenty použití a stovkám dalších výrobců pak prodává licence. Nemusí se tak starat o případné problémy s výrobou a prodejem, které jsou již na samotném vlastníku licence. Není tak neobvyklé, že si takový výrobce návrh ještě trochu poupraví podle svého, což je vidět například nejen u Applu, ale i třeba u Qualcommu.

ARM a jeho příjem roste raketovým tempem, ale není se čemu divit. Více než 80 % všech mobilních zařízení obsahuje nějaký druh procesoru s architekturou ARM – ty se najdou dokonce v herních konzolích, kamerách, GPS navigacích, televizích, automobilech nebo třeba v pračkách.

Co má společného ARM a Rubikova kostka?

S rostoucím rozvojem mobilních zařízení roste i poptávka po úsporných procesorech, které dokážou udržet přístroj v provozu delší dobu a jejichž velikost je několikanásobně menší než u klasických „velkých“ procesorů s architekturou x86 pro desktop nebo notebooky.

Procesory ARM navíc tvoří pouze část čipu, který se nazývá „SoC“ a je kompletním systémem na jednom kusu křemíku. Jeden takový miniaturní čip obsahuje nejen procesor a grafický čip, ale i další části pro akceleraci videa a zvuku, řadiče pamětí nebo komunikační rozhraní.

S rychlým vývojem ale začíná být u těchto úsporných čipů znatelný nárůst výkonu, v dnešní době jsou již k dispozici čtyřjádrové procesory ARM s tak výkonnými grafickými čipy, že se už vyrovnají některým desktopovým grafickým kartám z minulých let. Zároveň si však poradí s novými a potřebnými technologiemi, které jsou nutné například pro plynulou akceleraci Full HD videa nebo jeho kódování při nahrávání obrazu z kamery.

ARM před několika lety začal i s vývojem vlastních grafických čipů Mali pro tyto procesory a zatím se mu daří velmi dobře. Již má k dispozici i více jádrové modely, avšak v oblasti nejvýkonnějších mobilních grafik stále drží místo především Imagination Technologies s PowerVR čipy, nebo AMD s Adreno. Do této oblasti ale nedávno zavítala i nVidia, která má i v tomto segmentu velké plány.

nVidia Corporation

Ještě mladší je společnost nVidia, která byla založena v roce 1993 třemi společníky, mezi kterými je i dnešní CEO Jen-Hsun Huang, jež dříve působil ve společnostech LSI Logic a AMD na řídících a inženýrských pozicích. Nvidia se již od počátku zaměřila na vývoj grafických čipů a v roce 2000 koupila všechny patenty krachující společnosti 3Dfx. Nejznámější řada grafických karet GeForce dodnes soupeří s konkurenčním Radeonem od AMD (dříve ATI).

Společnost se chvíli věnovala i vývoji čipsetů, důležitým milníkem ale byl vstup do segmentu úsporných mobilních zařízení s platformou Tegra. Ta kombinuje procesor s architekturou ARM a speciální verzi vlastního grafické čipu vycházející ho z řady GeForce.

Klepněte pro větší obrázek
nVidia Tegra byla první mobilní platformou od nVidie,
tento rok se objeví už třetí generace s kódovým označením Kal-El

Nyní se na trhu nachází druhá generace s názvem Tegra 2, která kombinuje dvoujádrový ARM procesor Cortex-A9 a GeForce ULV. Společnost nVidia chce uvádět takřka každý rok novou generaci s násobně vyšším výkonem a podle tvrzení by měla v roce 2015 představit až stokrát výkonnější řešení, než které je dostupné dnes na současných mobilních zařízeních. V rámci projektu Denver se však chce nVidia více dostat i do serverového segmentu, který ji v současnosti zajišťuje větší zisk než prodej grafických karet pro desktopové počítače nebo notebooky.

Vše bude možné díky její nové architektuře Fermi, na které jsou založeny grafické karty z nejnovější řady GeForce 400 a 500. Architektura je totiž přizpůsobena pro univerzální využití i pro výpočetní úlohy a s optimalizací nabízí několikanásobně lepší výkon a poměr spotřeby a výkonu než běžné serverové procesory od Intelu a AMD.

Výkon čipu je znatelný především u paralelních úloh, kdy dokáže v jednom okamžiku zpracovat obrovské množství dat, hlavně kvůli stovkám malých procesorů, které jsou sice jednoduché, ale extrémně rychlé.

Již dnes nVidia nabízí své profesionální grafické karty nVidia Tesla s architekturou Fermi pro servery a superpočítače. Vzhledem k obrovskému výkonu a výborně efektivitě tak není divu, že dnešní nejvýkonnější superpočítače na světě jsou z větší části založeny právě na grafických kartách s vysokým výpočetním výkonem v řádu TFLOPS.

IBM

Pokud bychom měli popsat, co všechno společnost IBM vyvíjí, vydalo by to na samostatný a velký článek. IBM totiž byla založena už v roce 1911 a od té doby se pohybuje ve všech možných technologiích a vlastní více patentů než kterákoli jiná společnost. Má celkem 426 tisíc zaměstnanců a příjmy téměř 100 miliard dolarů. Vlastní devět specializovaných výzkumných center, ve kterých inženýři zkoumají nové architektury procesorů, pamětí, ale zaměřují se i na software, strojovou inteligenci nebo nanotechnologie. Posledním úspěchem byl například několikaletý projekt Watson. IBM Watson je program, který dokáže odpovědět na jakoukoli otázku, na kterou je známa odpověď. Nejtěžší překážkou a zároveň náročnou zkouškou byla výhra v soutěži Jeopardy, která se u nás vysílala pod názvem Riskuj. Inženýři museli vyvinout učenlivý software, který zvládne porozumět lidské řeči, a tím pádem i otázce.

Klepněte pro větší obrázek
Wafer s osmijádrovými procesory od IBM, které pracují až na frekvenci 5,2 GHz

Z oblasti procesorů a čipů se IBM zaměřuje především na serverový segment, kde poskytuje i kompletní systémy a superpočítače. IBM však nemá vlastní továrnu na výrobu čipů, ale využívá externích výrobců.

Samsung Electronics

Druhým největším výrobce polovodičů na světě je společnost Samsung. Tato obří firma s přibližně 150 tisíci zaměstnanci má roční příjem přes 110 miliard dolarů a vlastní i továrny na výrobu čipů nejrůznějších charakteru, ať už se jedná o procesory, nebo paměti.

Již od uvedení prvního iPhonu od Applu je Samsung hlavním výrobcem jeho čipů, které jsou založeny na architektuře ARM a grafickém čipu PowerVR. Zatímco v počátku Apple sázel na kompletní řešení od Samsungu, který má pochopitelně vlastní platformu, u posledních modelů se už Apple snaží platformu optimalizovat přímo podle sebe a svých potřeb, čehož je důkazem jejich vlastní čip Apple A4 nebo nový A5; tyto čipy se nacházejí i v iPadu. U mobilních zařízení Samsung se pochopitelně nachází čipy a platformy od Samsungu, které jsou navíc prodávány a implementovány i v zařízeních od jiných výrobců.

Klepněte pro větší obrázek
V iPadu 2 je nový čip Apple A5 o jehož výrobu se stará Samsung a který obsahuje
dvoujádrový ARM procesor a grafický čip PowerVR od Imagination Technologies

Zařízení od Samsungu pokrývají obrovské množství trhu, od televizí až po mikrovlnné trouby, přičemž v roce 2010 prodala společnost přes 280 milionů mobilních telefonů vlastní značky. Největší podíl ale drží u pamětí DRAM a NAND flash.

TSMC a GlobalFoundries

Pokud přeskočíme Intel, který má vlastní továrny ve kterých vyrábí své čipy, největším zajišťovatelem výroby pokročilých čipů je společnost TSMC. Založená v roce 1987 a nyní s téměř 30 tisíci zaměstnanci je dvorním výrobcem čipů pro společnosti jako Qualcomm, Marvell, nVidia, AMD nebo VIA. V současné době staví stále nové továrny, které budou schopné vyrábět nové čipy pokročilejší technologií pod hranicí 20nm, přičemž stále pomocí 300mm waferů.

Oproti tomu GlobalFoundries byla založena teprve v roce 2009 na popud AMD, která ji využívá pro výrobu, stejně jako společnosti Broadcom, Qualcomm nebo STMicroelectronics. Nejvíce se očekává od nadcházející 28nm výroby, která by měla být dostupná pro procesory s architekturou ARM i grafické čipy.

Budoucnost se blíží

Vývoj čipů se stále více nese ve znamení integrace, a tedy co největší rychlosti komunikace mezi jednotlivými a rozdílnými částmi systému. Hybridní čipy spojující grafický čip a procesorová jádra jsou jen začátkem, už v mobilních platformách je vidět extrémní míra integrace, která je zatím v předstihu oproti dnešnímu desktopovému řešení.

A jak si povedou jednotlivé společnosti? Intel i AMD budou mít možná těžké časy, především kvůli nástupu a obrovskému úspěchu architektury ARM, která navíc za dva roky ztratí svou jedinou a hlavní nevýhodu, jež jí brání masivnímu rozšíření i u desktopových počítačů – příští generace nejrozšířenějšího operačního systému Windows totiž bude kompatibilní i s architekturou ARM. Intel i AMD coby největší výrobci čipů s architekturou x86 tak pomalu přestanou mít v tomto segmentu základní výhodu. I když přechod bude kvůli kompatibilitě jednotlivých aplikací taktéž postupný, nesmíme zapomenout na možnosti virtualizace a také stále populárnější cloud computing.

Klepněte pro větší obrázek
Testovací prototyp 48jádrového procesoru od Intelu z projektu Tera-Scale

Díky cloudu a vzdáleným výpočtům totiž může dojít k přechodu od současného lokálního výkonu do systému klient-server. S rychlejším internetem totiž začíná mizet rozdíl mezi prací na lokální a vzdálené stanici, přičemž s obrovským výkonem v cloudu není zapotřebí výkonný počítač v každé domácnosti.

Tento způsob je nejlépe vidět například na cloudové herní platformě OnLive. Ta funguje na principu instalace jednoduchého klienta, který zajišťuje pouze přehrávání streamovaného videa a snímání ovládacích zařízení, jako klávesnice, ovladače nebo myši. Počítačová hra je kompletně spuštěna v obrovských datacenterech v tisících instancích, přičemž k vám už putuje pouze aktuální obraz s minimálním zpožděním, na jehož zobrazení vám postačí i slabá či několik let stará grafická karta a procesor, případně i úsporný mobilní čip v tabletu.

I přes to nelze očekávat, že velcí výrobci jako Intel nebo IBM skončí krachem, právě naopak. Obrovské výrobní kapacity a vývoj nejnovějších technologií ze všech oblastí zajistí přizpůsobení se i novým podmínkám na trhu. Velké finanční rezervy navíc umožní kdykoli koupit případného důležitého hráče, a zlepšit tak konkurenceschopnost.

Zatímco u desktopových čipů vede stále Intel, přechod na hybridní čipy by mohl pro Intel znamenat nevýhodu proti AMD, která vyrábí mnohem pokročilejší grafické čipy. Na mobilní sféře vládne architektura ARM a lze s celkem velkou pravděpodobností odhadnout, že tomu tak bude i nadále. Nasazování architektury ARM totiž zajišťuje více než 200 výrobců, mezi které patří velikáni typu nVidia, Samsung, Qualcomm a další.

V oblasti superpočítačů se ale budou dít značné změny. Nástup grafických čipů jako jeden z hlavních pilířů výpočetního výkonu totiž trochu vykolejí giganty typu Intel a IBM, kteří tyto vícejádrové čipy nevyrábí, a ty proto nejsou v tak pokročilé fázi vývoje. Možná se tak dočkáme i nějakého velkého nákupu některého z výrobců grafických čipů.

Tento článek si můžete přečíst také v Computeru 6/11

Témata článku: Hardware, Technologie, Nvidia, Intel, AMD, Historie, Denver, Elpida, Tera, Mali, Sram, Gordon

24 komentářů

Nejnovější komentáře

  • Petr Toman 29. 4. 2011 18:39:38
    Mě by třeba zajímalo v jakém Intelu (SB) je jaká grafika HD 2000/3000? U...
  • Fido 28. 4. 2011 17:17:17
    Jak je to s Transmetou? Vyrabi jeste procesory nebo uz skoncila?
  • Matin Kukač 28. 4. 2011 15:34:28
    Ať čtu část o Intelu jak chci, pořád mi z ní vyplývá, že 8008, 8080 a 8086...
Určitě si přečtěte

Novou superbaterii lze nabít za pár sekund, může prodloužit výdrž telefonu na více než týden

Novou superbaterii lze nabít za pár sekund, může prodloužit výdrž telefonu na více než týden

** Vědci vyvinuli nový nanomateriál pro tvorbu superkondenzátorů ** Ohebná struktura umožňuje použití i u nositelností ** Nová technologie umožní extrémně rychlé nabití a mnohem delší výdrž než současné Li-Ion baterie

26.  11.  2016 | Karel Javůrek | 36

Monitory do 10 tisíc: poradíme, jaké jsou teď nejlepší

Monitory do 10 tisíc: poradíme, jaké jsou teď nejlepší

** Dobrý monitor s kvalitním panelem lze pořídit pod tři tisíce korun ** Pod deset tisíc si můžete koupit pracovní 27" monitor nebo nejlevnější použitelné 4K ** Vybrali jsme také ideální model pro vícemonitorovou konfiguraci

27.  11.  2016 | Stanislav Janů | 13

Sbíječky vyměnili za klávesnice. Nový projekt má za cíl přeučit horníky na programátory

Sbíječky vyměnili za klávesnice. Nový projekt má za cíl přeučit horníky na programátory

** Programátorů je málo a horníků bez práce po uzavření dolu Paskov bude moc ** Problém řeší unikátní projekt ** Pilotní kurz dává naději, že by z horníků mohli být použitelní kodéři

28.  11.  2016 | David Polesný | 75