Введение

Американская компания-производитель электроники Centaur Technology была компанией, разрабатывающей процессоры x86, основанной в 1995 году и впоследствии ставшей полностью принадлежащей дочерней компанией VIA Technologies. В 2015 году документальный фильм "Восхождение Центавра" осветил раннюю историю компании. Компания прекратила своё существование в 2021 году.

Методика проектирования

Чипы Centaur исторически были значительно меньше, чем сопоставимые x86-процессоры того времени, что делало их более дешевыми в производстве и менее энергозатратными. Это сделало их привлекательными для встраиваемых систем. Философия проектирования Centaur всегда заключалась в обеспечении "достаточной" производительности для задач, востребованных целевым рынком. Некоторые компромиссы, на которые пошла команда разработчиков, противоречили общепринятым представлениям. Centaur/VIA одними из первых разработали процессоры с аппаратным ускорением шифрования в виде VIA PadLock, начиная с выпуска VIA C7 в 2004 году. Intel и AMD последовали за ними, представив AES NI в 2008 году, расширения Intel SHA в 2013 году и RDRAND в 2015 году.

ВИА С3

Поскольку производительность памяти является ограничивающим фактором во многих тестах, процессоры VIA реализуют большие первичные кэши, большие TLB и агрессивный предварительный захват данных, среди прочих улучшений. Хотя эти функции не являются уникальными для VIA, оптимизация доступа к памяти – одна из областей, где от функций не отказывались ради экономии площади кристалла. Фактически, большие первичные кэши (128 КБ) всегда были отличительной особенностью дизайна Centaur. Как правило, тактовая частота предпочтительнее увеличения количества инструкций на такт. Сложные функции, такие как внеочередное исполнение инструкций, намеренно не реализуются, поскольку они влияют на возможность повышения тактовой частоты, требуют значительной дополнительной площади кристалла и энергопотребления, и оказывают незначительное влияние на производительность в ряде распространенных сценариев использования. Конвейер организован таким образом, чтобы обеспечить выполнение за один такт широко используемых форм инструкций x86 типа "регистр-память" и "память-регистр". Некоторые часто используемые инструкции требуют меньшего количества тактов, чем на других процессорах x86. Редко используемые инструкции x86 реализуются в микрокоде и эмулируются как комбинации других инструкций x86. Это экономит площадь кристалла и способствует низкому энергопотреблению. Влияние на большинство реальных сценариев использования минимально. Эти принципы проектирования восходят к первоначальным сторонникам RISC, которые утверждают, что меньший, но лучше оптимизированный набор инструкций может обеспечить более высокую общую производительность ЦП. Дизайн C3 нельзя считать чисто RISC-дизайном, поскольку он поддерживает набор инструкций x86, который является CISC-дизайном. Помимо x86, эти процессоры поддерживают неофициальный альтернативный набор инструкций.

ВИА С7

VIA C7 Esther (C5J) как эволюционный шаг после VIA C3 Nehemiah+ (C5P), в котором Centaur придерживался своего традиционного подхода к балансированию производительности и ограниченного бюджета по транзисторам и энергопотреблению. Основополагающим принципом в дизайне чипов серии VIA C3 было то, что даже относительно простое скалярное ядро может обеспечить приемлемую производительность по сравнению со сложным суперскалярным ядром, если оно поддерживается эффективным "фронтендом", то есть механизмами предварительной выборки, кэшем и предсказанием переходов. В случае VIA C7 команда разработчиков сосредоточилась на дальнейшей оптимизации "фронтенда" чипа, а именно размера кэша, ассоциативности, пропускной способности, а также системы предварительной выборки. При этом, значительных изменений в исполнительное ядро ("бэкенд") чипа, по всей видимости, не вносилось. VIA C7 успешно сокращает отставание в производительности от чипов AMD/Intel, поскольку тактовая частота не ограничена тепловыделением.

VIA Nano

VIA Nano Isaiah (CN) – это сочетание множества инноваций от Centaur, включая их первый суперскалярный процессор с внеочередным выполнением и первый 64-битный процессор. Разработка VIA Nano была направлена на существенное повышение производительности на ватт при сохранении уровня тепловыделения (TDP), сопоставимого с VIA C7.

Ядро ЦНС

В конце 2019 года Centaur представила новый 64-битный процессор x86 "CNS" с поддержкой AVX 512 и встроенным AI-ускорителем. Процессор CNS был отменен в 2021 году после того, как VIA продала подразделение Centaur компании Intel.

Сравнительный размер штампа

Процессор Вторичный кэш (КБ) Размер кристалла130 нм (мм²) Размер кристалла90 нм (мм²) Размер кристалла65 нм (мм²) VIA Nano 1000/2000 1024 N/A N/A 63.3 VIA C3 / VIA C7 64/128 52 30 N/A Athlon XP 256 84 N/A N/A Athlon 64 512 144 84 77 Pentium M 2048 N/A 84 N/A P4 Northwood 512 146 N/A N/A P4 Prescott 1024 N/A 110 N/A

Примечание: Даже ядро Duron Morgan, изготовленное по 180 нм (106 мм²) с вторичным кэшем 64 КБ, при переходе на 130 нм процесс все равно имело бы размер кристалла 76 мм². Ядро VIA x86 меньше и дешевле в производстве. Как видно из этой таблицы, почти четыре ядра C7 можно изготовить на площади, равной площади одного ядра P4 Prescott, изготовленного по 90 нм процессу.