Co přináší nový procesor VIA C7?

Společnost VIA Technologies představila mikroprocesor s kódovým označením „Esther“ či C5J neboli VIA C7. Ten je vyráběn společností IBM s využitím 90nm technologie a SOI z továrny v East Fishkill (New York, USA). Jde tedy o první procesor VIA vyráběný touto technologií. VIA získala zároveň svůj první procesor, který dosáhl vnitřní frekvence 2 GHz. Procesor je pozoruhodný svou velikostí, protože 26,2 milionu tranzistorů na čipu velikosti 7,1 × 4,45 mm zabírá plochu pouhých 31,7 mm². Nejmenší pro C7 použité pouzdro zvané NanoBGA2 má rozměry 21 × 21 mm. Při maximální frekvenci si řekne o 20 W, při frekvenci 1 GHz jen o 3 W.

Cesta tam a zase zpátky

Procesory VIA od prvního do doposud posledního používaly sběrnici procesorů Intel Pentium II/III s původní frekvencí od 66 do 133 MHz. U některých modelů se otestovalo také zvýšení, a to na 200 MHz. Mezitím ostatní výrobci pokročili na mnohem vyšší frekvence. Ty jsou nutné pro co nejrychlejší průtok dat do a z procesoru, protože externí datová šířka 64 se zdá být konečná. VIA C7 používá 64bitovou sběrnici zvanou V4, která má frekvenční rozpětí od 400 do 800 MHz, tvůrci však nevylučují použití také hodnoty 1 066 MHz. V současné době se používá jen 400 MHz, v blízké budoucnosti také 533 MHz. Zajímavostí je možnost jen 32bitového režimu pro vyšší integraci; zde se nabízí současné zvýšení frekvence, aby se udržel přenosový výkon.

Matematika konečně naplno

Mikroprocesory VIA byly v minulosti zdiskreditovány mnohdy nevhodně prováděným testováním výkonu. Byly totiž určeny pro kancelářské aplikace, kde není výkon matematického koprocesoru až tak důležitým, proto pracoval na poloviční frekvenci. Pro běh typicky herních aplikací jsou operace v plovoucí desetinné čárce nezbytné (zpracovává je například matematický koprocesor). Právě proto se při testování hrami typu Quake III zadýchal jeho koprocesor natolik, že za konkurenty zaostával velmi výrazně. Tomu je však konec. Mikroprocesor VIA C7 podporuje práci s plovoucí desetinnou čárkou hned několikrát. Procesor podporuje příkazové sady SSE, SSE2 a SSE3 (a samozřejmě také MMX s pevnou řádovou čárkou). Pro lepší ochranu proti virům je použita technika s NX bitem. Cache L1 je stále dělená na 64 kB pro data a 64 kB pro instrukce, cache L2 se zvětšila na 128 kB.

Kryptografický koprocesor

Obecný procesor byl v průběhu doby doplněn lecčím. Koncem 80. let se na čip k mikroprocesoru přidal matematický koprocesor, v polovině 90. let se rozšířil o SIMD jednotku (MAX, MMX, VIS, SSE, AltiVec atd.). Na přelomu tisíciletí se přidaly jednotky mírně upravené i pro šifrování (například SSE2). Stále však nejde o žádný velký průlom. Procesor VIA C7 však využívá daleko více hardwarových prostředků, než by se na takový procesor „slušelo“. Vše je založeno na technologii, které VIA Technologies říká PadLock. Původní verze existovala v posledních verzích procesorů VIA C3, ovšem zde byla výrazně posílena. Pod názvem PadLock RNG se skrývá generátor pseudonáhodného čísla; v procesoru C7 je jednotka zdvojena. VIA PadLock ACE (Advanced Cryptography Engine) je nová jednotka pro šifrování v rámci AES standardu při délce klíče 128, 192 nebo 256 bitů. VIA PadLock Motgomery Multiplier není nic jiného než takzvaná Montgomeryho násobička, vhodná pro rychlé zpracování modulárních násobků, což dokáže výrazně urychlit některé části šifrování. Pro snazší identifikaci dat slouží VIA PadLock SHA (Secure Hash Algorithms), podporující algoritmy SHA-1 (délka 160 bitů) a SHA-256 (délka 256 bitů).

Aplikace, které šifrují

Když se řekne šifrování, ne každý si dovede představit dalekosáhlost a použitelnost. Procesor VIA C7 umožní něco, na co jsme doteď nemohli ani pomyslet. Zde uvedu několik příkladů: Vezměme si potřebu posílat video z počítače do počítače, ovšem šifrované. Proč? Může jít o videokonference třeba uzavřeného okruhu (vnitrofiremní apod.), a tak je šifrování nutností. Ještě zmíním jeden detail, kterým je čas. Komprese videa a šifrování musí probíhat v reálném čase! Současné jednoprocesorové stroje toto typicky nezvládají, procesory VIA C7 ano. Obdobou předchozího problému je videokonference ředitelů. To není typ uživatele, který používá pokud možno jen stolní počítač. Typickým doplňkem ředitelů je notebook. Tam se nachází výpočetní výkon ještě menší než ve většině stolních počítačů. Když šifrovat v reálném čase nezvládají stolní procesory, jak to má zvládnout mobilní verze a ještě šetřit energií? Procesor VIA C7-M je právě takovým procesorem. Dalším příkladem je přenos dat v rámci bezdrátové sítě. Je vždy lepší, když je možnost hardwarově šifrovat s co nejvyšší kvalitou (zabezpečením) bez toho, aby byl procesor přetížen. Hovořme konkrétněji. VIA uvádí, že Padlock technologie jsou využity v aplikacích (či jejich částech) jako CryptoAPI, Encrypted File System, PGP, GNU Privacy Guard, Winzip a PKZip, Hard Disk Scrubber a další.

Podpora operačních systémů

Velkou výhodou nového procesoru VIA C7 je, že může navazovat na instrukce svého předchůdce C3. Není tedy nutné čekat na podporu šifrování a dalších specialit, protože jsou již hotovy. Kde? Je to například podpora generátoru pseudonáhodných čísel v operačním systému OpenBSD od verze 3.3. Verze 3.4 podporuje také šifrování, což je od verze 3.5 výrazně zrychleno.

Kam může směřovat C7?

Společnost VIA Technologies uvedla procesor, který je schopen poměrně širokého použití. Rozcestníkem mohou být nadstandardní vlastnosti. První skupina používá procesor jako každý jiný x86 procesor a případné šifrování je bráno jen jako teoretická výhoda pro budoucnost. Tady patří mezi konkurenty například Intel Celeron D, Celeron M či Pentium M nebo AMD Sempron nebo Turion 64, dříve také procesory Transmeta. Druhá skupina využije VIA C7 jako nástroj pro šifrování. V této skupině je C7 unikátní kombinací x86 procesoru s šifrovacími schopnostmi. Přímou konkurenci nemá, mezi nepřímou konkurenci patří mikroprocesory řady AMD Alchemy™ (jádro MIPS32), síťové procesory Intel IXP465, IXP2325, IXP2350, IXP2850 a další (jádro XScale®) a další produkty kombinující rozšířené procesorové jádro a šifrovací schopnosti.

Mnohé z konkurenčních procesorů je možné najít na specializovaných síťových kartách, pro zrychlení šifrování síťových centrálních prvků (switche, routery) nebo některých serverů (NAS, SAN apod.). Jaký je rozdíl mezi výše uvedenými produkty a VIA C7? Ony specializované procesory jsou pro běžného vývojáře velmi obtížně dostupné, což se násobí, pokud se vývojář nachází mimo USA. K procesorům jsou nutné vývojářské desky či přímo hotové základní desky, což pro procesory VIA C7 znamená dostupnost ve formě klasické základní desky s procesory VIA. Jsou to typicky formáty Mini ITX či Nano ITX. Základní desku je nutno osadit do nějakého pouzdra, což v případě těchto formátů není tak velký problém. Po dostupnosti hardwaru nastupuje BIOS, který je součástí základních desek. Operačním systémem může být linux (ten je snad pro každý počítač ve Sluneční soustavě), ale také MS Windows snad v každé verzi, a to včetně těch běžně dostupných. Podstatná je samozřejmě cena a minimální odběrové množství. Opět je možno odhadovat, že zde jednoznačně zvítězí VIA C7, protože se může označit jako „normální“ procesor pro „normální“ počítač. Jen tímto způsobem se může dostat na pulty prodejen bez extrémních problémů s dostupností či cenou.

VIA C7 je obdobou klasického procesoru x86 a koprocesoru pro šifrování v jednom pouzdře za jednu cenu. Jedná se o velmi rozumný kompromis dostupnosti, výkonu a rozměrů. Pro některé aplikace jde o ojedinělé sloučení s doposud neobvyklým způsobem použití. Nyní je na výrobci, aby dostatečně účinně o výhodách informoval odbornou veřejnost, a také na oné odborné veřejnosti, aby se v problematice zorientovala.

Čipové sady

Procesor nikdy není sám, je připojen k čipové sadě. VIA Technologies vytvořila čipset CN900, který se má objevit v červenci 2005. S procesorem bude komunikovat pomocí nové sběrnice V4 s taktem 400 nebo 533 MHz. Podporovaná je RAM paměť typu DDR SDRAM 333/400 MHz nebo DDR2 SDRAM 400/533 MHz. Pokud nestačí integrovaný videoakcelerátor, je možno připojit externí AGP 3.0 zařízení (rychlost AGP 8×). Zajímavější bude jeho následovník CN900+ s masovou produkcí v 2. čtvrtletí 2006. Sběrnice V4 bude posílena o hodnotu 800 MHz. Paměťové rozhraní bude zdvojeno na dva 64bitové kanály. Integrovaný videoakcelerátor má plně podporovat DirectX 9, navíc má dekódovat video podle H.264 (mimochodem oficiálně schválený kodek, který již je součástí MPEG-4 jako část 10). Jeho southbridge umožňuje připojení dvou zařízení PCI Express ×1 a SATA zařízení. Zvuk umožní vysokou kvalitu (vzorkovací kmitočet 192 kHz, 32 bitů na kanál, kodek AC97 má 96 kHz a 20 bitů na kanál při 6 kanálech).

Mezi další zajímavé čipsety pro VIA C7 patří sada CX700. Sběrnice V4 bude pracovat na 400 nebo 533 MHz. Zajímavá je RAM paměť. Může totiž mít nejen obvyklou šířku 64, ale také jen 32 bitů (což je zajímavé pro integrovaná řešení). Navíc může podporovat ECC ochranu, což je důležité pro vyšší bezpečnost. DDR SDRAM může mít 333 MHz, DDR2 SDRAM 400 nebo 533 MHz. Sada má integrovaný videoakcelerátor. Masová produkce je plánována na říjen 2005. Pokročilejší sada VIA CX700M má v budoucnu přidat také frekvenci 800 MHz při komunikaci s procesorem. Videoakcelerátor má zvládat kromě obvyklých vlastností také dekódování MPEG-4, WMV9 nebo HDTV. VIA Technologies produkuje nejen procesory a čipsety, ale také je osazuje na vlastní základní desky. Model VIA EPIA CN1 formátu Mini ITX má sdružovat procesor VIA C7 a čipset VIA CN900. Je plánován na počátek 4. čtvrtletí 2005. Na přelomu let 2005 a 2006 se mají objevit desky VIA EPIA CN2 (vylepšení původního modelu – není podpora pamětí DDR, přibyla podpora Gigabit Ethernetu) a VIA EPIA CX1 (procesor VIA C7 a čipset CX700).

Kdy bude mít VIA 64 bitů?

Mikroprocesor VIA C7 je stále jen 32bitový, což se stává v poslední době poměrně nevýhodnou vlastností. Když odhlédnu od tradičních bašt 64 bitů, vstupuje 64bitový svět do 32bitových mikroprocesorů maximálně dva roky zpět. Z výrobců x86 již vstoupil Intel i AMD, zbývá ještě VIA a několik dalších, kteří však nemají motivaci. VIA Technologies plánuje vstup do 64bitového světa v první polovině roku 2006. Novince se zatím říká „Isaiah“ nebo kódovým názvem „CN“. Výrobce uvádí, že budoucí procesor s rychlou externí sběrnicí zvládne například násobení v plovoucí desetinné čárce za dva takty pro jednoduchou přesnost (dvojitou za 3 takty). Také cache má být větší než u současného modelu VIA C7.