Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να αυξήσεις τις επιδόσεις ενός επεξεργαστή. Ο πρώτος και πιο απλός, είναι να αυξήσεις την συχνότητα λειτουργίας του, το οποίο βελτιώνει σημαντικά τις επιδόσεις του σε single threaded εφαρμογές, αλλά δεν επηρεάζει τις επιδόσεις σε multi threaded εφαρμογές. Ο δεύτερος τρόπος είναι να αυξήσεις τον αριθμό των πυρήνων που αυτός διαθέτει. Αυτό οδηγεί σε σημαντική αύξηση επιδόσεων στις multi threaded εφαρμογές, αλλά δεν επηρεάζει τις επιδόσεις σε single threaded εφαρμογές. Ο τρίτος τρόπος, που είναι εξίσου αποτελεσματικός τόσο σε single threaded εφαρμογές, όσο και σε multi threaded, είναι μέσω της βελτίωσης της αρχιτεκτονικής του επεξεργαστή, ώστε αυτός να μπορεί να επιτυγχάνει υψηλότερο IPC(instructions per cycle) ή αλλιώς, να μπορεί να εκτελεί περισσότερες εντολές ανά κύκλο ρολογιού. Το πρόβλημα με την επιλογή αυτή είναι ότι αυξάνει το μέγεθος και την πολυπλοκότητα του επεξεργαστή, ενώ και τα κέρδη συνήθως είναι μικρά, λόγω της δυσκολίας να βελτιώνεται κάθε φορά μια ήδη βελτιστοποιημένη αρχιτεκτονική. Μέχρι στιγμής οι επεξεργαστές που χρησιμοποιούμε στους ηλεκτρονικούς μας υπολογιστές και τα κινητά τηλέφωνα, βασίζονται σε δύο αρχιτεκτονικές, στις CISC και RISC.

Η Soft Machines είναι μια ταχέως αναπτυσσόμενη εταιρία η οποία αναπτύσσει τεχνολογίες μικροεπεξεργαστών. Ιδρύθηκε το 2006 από δύο πρώην υπαλλήλους της Intel, τους Mohammad Abdallah και Mahesh Lingareddy, έχει βάση την Σάντα Κλάρα στην Αμερική, με δραστηριότητες σε Ινδία και Ρωσία και απασχολεί 250 υπαλλήλους. Στόχος των δημιουργών της εταιρίας, ήταν η ανάπτυξη και αδειοδότηση μιας νέας αρχιτεκτονικής, η οποία θα επικέντρωνε στην αύξηση των επιδόσεων σε single threaded εφαρμογές, κάτι που ουσιαστικά εγκαταλείφθηκε όταν, σύμφωνα με τον Mohammad Abdallah, οι αρχιτεκτονικές CISC και RISK χτύπησαν στον τοίχο της αυξημένης κατανάλωσης και υποχρέωσαν τις εταιρίες να στραφούν στην δημιουργία πολυπύρηνων επεξεργαστών.

Η Soft Machines, που μέχρι στιγμής διατηρούσε χαμηλό προφίλ, αποκάλυψε στο Linley Processor Conference την προηγούμενη βδομάδα κάποια χαρακτηριστικά της νέας της αρχιτεκτονικής, την οποία ονομάζει VISC(Virtual Instruction Set Computing). Σύμφωνα με την Soft Machines η νέα αυτή αρχιτεκτονική μπορεί να αυξήσει το IPC των επεξεργαστών τρεις με τέσσερις φορές, οδηγώντας σε συνολική αύξηση επιδόσεων ανά watt σε single threaded ή multi threaded εφαρμογές δύο έως τέσσερις φορές.

Η VISC αρχιτεκτονική το επιτυγχάνει αυτό με την εκτέλεση εικονικών threads σε εικονικούς πυρήνες, επιτρέποντας πρωτόγνωρα επίπεδα αποτελεσματικής χρήσης των πόρων ενός επεξεργαστή, που ξεπερνούν κατά πολύ αυτά του software multi threading. Η νέα αυτή αρχιτεκτονική είναι σχεδιασμένη με τέτοιο τρόπο, ώστε δυναμικά να δεσμεύει πόρους που υπάρχουν διαθέσιμοι σε έναν επεξεργαστή, για όποια εφαρμογή τους χρειάζεται. Βασικά αυτό σημαίνει ότι η VISC αρχιτεκτονική, επιτρέπει σε ένα single thread να αξιοποιήσει πολλαπλούς πόρους, από πολλαπλούς πυρήνες που θα υπάρχουν διαθέσιμοι σε ένα σύγχρονο πολυπύρηνο επεξεργαστή, προσφέροντας σημαντική αύξηση επιδόσεων, κάτι που μέχρι σήμερα θεωρείτο αδύνατο.


Μάλιστα για να το επιτύχει αυτό η VISC αρχιτεκτονική χρησιμοποιεί ένα ελαφρύ “virtual software layer” το οποίο μπορεί να εφαρμοστεί στο υπάρχον, αλλά και στο μελλοντικό software.


Αν και τα εσωτερικά σχεδιαγράμματα των VISC επεξεργαστών ομοιάζουν με αυτά των επεξεργαστών που υπάρχουν στην αγορά, οι VISC επεξεργαστές βασίζονται σε ένα μοναδικό εσωτερικό σύνολο εντολών και καινοτομιών. Για να μπορέσουν τα υπάρχοντα προγράμματα να λειτουργήσουν στους επεξεργαστές VISC αρχιτεκτονικής, χρησιμοποιείται ένα ειδικό επίπεδο μεταγλωττισμού, κάτι αντίστοιχο με αυτό που είχαμε δει από στους επεξεργαστές της Transmeta πριν μια δεκαετία. Σύμφωνα με την Soft Machines οι VISC επεξεργαστές μπορούν να χρησιμοποιηθούν με κάθε υπάρχον ISA(Instruction Set Architecture), που σημαίνει ότι η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να υιοθετηθεί από τους σημερινούς κατασκευαστές, τόσο για δημιουργία συμβατών με ARM, όσο και x86 αρχιτεκτονικής chips. Μάλιστα το cpu overhead για την μετατροπή από ARM(RISC) σε VISC είναι μικρότερο του 5%.


Καλά όλα αυτά στην θεωρεία, αλλά τι γίνεται με την πράξη; Η Soft Machines έχει ήδη ένα πρωτότυπο σύστημα με διπύρηνο VISC SoC επεξεργαστή κατασκευασμένο στα 28nm της TSMC για να στηρίξει τους ισχυρισμούς της. To SoC έχει 1 δις τρανζίστορ εκ των οποίων μόλις το 20% είναι αφιερωμένο στο core IP της Soft Machines.


Το τελικό αποτέλεσμα είναι πράγματι εντυπωσιακό με το σύστημα που αξιοποιεί την VISC αρχιτεκτονική να επιτυγχάνει σαφέστατα υψηλότερες επιδόσεις, έναντι οποιουδήποτε από τους επεξεργαστές που χρησιμοποιήθηκαν για το συγκριτικό. Ξεπερνάει ακόμα και τον Haswell της Intel κατά 51% στο IPC, παρόλο που ως υλοποίηση στοχεύει σε εφαρμογές χαμηλής κατανάλωσης, ειδικότερα για χρήση σε φορητές συσκευές.


Η Soft Machines μέχρι σήμερα έχει χρηματοδοτηθεί με πάνω από $125 εκατομμύρια δολάρια από διάφορες εταιρίες, όπως η Samsung Ventures, η AMD και η Mubadala που κατέχει την Globalfoundries, αλλά και οργανισμούς.