Привет, Хабр! Я управляю командами разработки уже 10 лет.

Недавно меня попросили поделиться на внутренней конференции «секретами управления» с другими руководителями. Поводом стала низкая текучка в моём подразделении и здоровый дух внутри команды — так было на всех моих работах. Я отказался, сославшись на то, что не делаю для этого ничего особенного. Сработала внутренняя установка «не будь выскочкой».

Потом я вспомнил, что живу в мире пустозвонов, не стесняющихся нести «знания» в массы: бизнес-консультанты без бизнеса, карьерные консультанты без карьеры, коучи по чему угодно после двухмесячных курсов от таких же коучей. Неопытные умы, наслушавшись их, думают, что так мир и устроен, а потом огорчаются, что ничего не вышло. А опытные крутят у виска и отмалчиваются.

Поэтому выключаю тумблер «не будь выскочкой» и делюсь «секретами».



Тут не будет стандартных «делегируй», «налаживай процесс», «стой в правильной позе на стендапе» — об этом написано уже достаточно. Будет о другом.

Одна из моих любимейших игр, Red Dead Redemption, в 2018 году вернулась с приквелом для консолей. В 2019 году её выпустили для PC, и мне наконец удалось поиграть в неё; меня сразу же поразила её графика. Однако я расстроился: мне едва удавалось играть при средних настройках с 25 FPS на настольном GPU 1050Ti. Понимаю, машина у меня не очень мощная, но 25 FPS на средних настройках?

Сегодня мы рассмотрим несколько примеров кадров из игры и проанализируем использованные в игре графические приёмы.

Предисловие

Это неофициальный анализ игры. Я просто проанализировал захват кадров при помощи RenderDoc. Если вы хотите узнать информацию от самих разработчиков, то можете изучить слайды с доклада на SIGGRAPH Фабиана Байера. Слайды (внизу страницы), видео (начинается с 1:58:00).

Также можно прочитать анализ графики GTA5, выполненный Адрианом Корреже [перевод на Хабре]. Так как и RDR2, и GTA5 созданы одной компанией и используют один движок, часть приёмов из GTA5 присутствует и здесь.

Ещё один важный момент — я не являюсь опытным программистом графики и по-прежнему новичок в этой области. Поэтому многое мне непонятно. Если вы найдёте ошибки или то, что можно улучшить, пишите мне. Ну, поехали!

Разбираем кадр

Вот наш основной кадр для анализа:


Кадр захвачен на PC со средними настройками.

Вчера состоялся релиз сиквела The Last of Us ― игры, уже семь лет являющейся одним из наиболее узнаваемых эксклюзивов PlayStation. Это кинематографическая история о человеческих жизнях в бесчеловечной реальности мира, разрушенного современной чумой. В то время, когда игроки берут на себя управление циничным и озлобленным главным героем Джоэлом, искусственный интеллект разыгрывает других персонажей, будь то союзник, враг или зараженный.

На фоне выхода второй части игры рассказываем о том, почему игрокам так понравился оригинал. В этой переводной статье поговорим о философии дизайна The Last of Us, касающейся всех аспектов искусственного интеллекта.



Предупреждение: речь в статье идет только об оригинальной игре 2013 года.

Нередко вижу слова в духе «по другим отраслям коронавирус сильно ударил, а вот IT практически не затронул». Мол, веб-сервисы от карантина только выиграли, писать код можно и удалённо, а раз сейчас ограничения отменяют — значит, всё закончилось хорошо, проблем нет и теперь уже не будет.

По-моему, заявлять такое означает не вполне понимать ситуацию. Существует, например, прогноз Минкомсвязи, что российская IT-отрасль может стать убыточной, а численность российских айтишников во втором полугодии может снизиться на 27 000 человек. Понятия не имею, насколько сбудется конкретно этот прогноз, но поискал разные данные, и в целом они подтверждают: хотя IT и повезло больше многих, картина невесёлая, а уверенно говорить «всё осталось позади» рано.

Как всё могло ухудшиться в период, когда популярность онлайн-сервисов резко возросла? Как происходящее может сказаться на обычном айтишнике? И что ему делать, чтобы сложности задели как можно меньше?

Троичные вычисления

Я готовлю курс лекций по архитектуре компьютеров для студентов нашего университета, и в качестве небольшой практической разминки я бы хотел предложить студентам построить примитивный программируемый вычислитель в троичной логике. Конкретно эта статья рассказывает про базовый модуль, который будет использоваться в постройке, а именно про троичный мультиплексор. В данном тексте я не пойду дальше простейшего сумматора (и его реализации в железе), текст и так получается достаточно насыщенным. В последующих статьях я буду потихоньку рассказывать, куда меня эта кривая заведёт, так как я в самом начале авантюры.

• Считаем до трёх: раз
• Считаем до трёх: два (память)
• Считаем до трёх: три (счётчики)
• Считаем до трёх: четыре (однотритный вычислитель и система команд трёхтритного)

Я выбрал сбалансированную троичную систему, в которой один трит может представлять одно из трёх значений -1, 0 или 1. Весьма подробно о ней можно почитать тут.

На любые вопросы из разряда «зачем?!» я отвечаю заранее: «Because I can».

На Хабре есть не только айтишники. Тут и электрики, и схемотехники, и химики, и маркетологи и кого только нет. И возможность переезда в другую страну в качестве специалиста широкого профиля интересна и им тоже. В довесок к истории Дудя и аналогичным статьям я хочу рассказать свою историю про переезд в США, на противоположный от Калифорнии берег с противоположной от IT профессии. Про жизнь, траты, поиск и смены работы и перспективы. Мне 36, я по образованию биотехнолог, семья — два человека, английский язык — так себе. Живу в Северной Каролине почти два года.

Поскольку написанного вышло много, вот короткая версия. При переезде практически гарантировано снижение социального статуса. Прожить можно на $1500. Средняя зарплата «неайтишника» $30к-50к в год. Средняя стоимость дома $200к. Получить медицинскую страховку бесплатно можно. Много плюшек от государства. Поиск нормальной работы очень нетривиален. Язык сам не учится, но есть бесплатные курсы. Жить комфортно. Наше образование никому не нужно. Очень многие мечтают о карьере в IT.

Важно! Все что я тут пишу это исключительно мой опыт и мое мнение. Я не претендую на истину в последней инстанции, а просто рассказываю как это было у меня, тем более что у всех неайтишных мигрантов весь путь довольно похожий.

Зачем это читать?

Всем привет! Меня зовут Винсент, и я с 2018 года живу в Кремниевой Долине со своей супругой и сыном.

Своим фильмом, Дудь хотел поднять стартапный ажиотаж в России, но в итоге возбудил всех моих товарищей гораздо больше здесь, в Silicon Valley.

Этот пост — расчет стоимости жизни "обычного разработчика" (не "стартапера"), который работает "на дядю". Все максимально честно и подробно.

Последние выходные я потратил на освоение программирования CUDA и SIMT. Это плодотворно проведённое время закончилось почти 700-кратным ускорением моего «рейтрейсера на визитке» ^[1] — с 101 секунд до 150 мс.

Такой приятный опыт стал хорошим предлогом для дальнейшего изучения темы и эволюции архитектуры Nvidia. Благодаря огромному объёму документации, опубликованному за долгие годы «зелёной» командой, мне удалось вернуться назад во времени и вкратце пройтись по удивительной эволюции её потоковых мультипроцессоров.

В этой статье мы рассмотрим:

Год    Поколение       Серия      Кристалл    Техпроцесс      Самая мощная карта
===========================================================================
2006    Tesla      GeForce 8          G80        90 nm             8800 GTX 
2010    Fermi      GeForce 400      GF100        40 nm              GTX 480
2012    Kepler     GeForce 600      GK104        28 nm              GTX 680
2014    Maxwell    GeForce 900      GM204        28 nm          GTX  980 Ti
2016    Pascal     GeForce 10       GP102        16 nm          GTX 1080 Ti
2018    Turing     GeForce 20       TU102        12 nm          RTX 2080 Ti

Тупик

Вплоть до 2006 года архитектура GPU компании NVidia коррелировала с логическими этапами API рендеринга^[2]. GeForce 7900 GTX, управлявшаяся кристаллом G71, состояла из трёх частей, занимавшихся обработкой вершин (8 блоков), генерацией фрагментов (24 блоков), и объединением фрагментов (16 блоков).


Кристалл G71. Обратите внимание на оптимизацию Z-Cull, отбрасывающую фрагмент, не прошедший бы Z-тест.

Эта корреляция заставила проектировщиков угадывать расположение «узких места» конвейера для правильной балансировки каждого из слоёв. С появлением в DirectX 10 ещё одного этапа — геометрического шейдера, инженеры Nvidia столкнулись со сложной задачей балансировки кристалла без знания того, насколько активно будет использоваться этот этап. Настало время для перемен.

“CVAX — когда вы забатите довольно воровать настоящий лучший”.
Надпись, оставленная американскими инженерами для советских коллег в топологии микропроцессора.

Реверс-инжиниринг микросхем — головная боль производителей с самых первых лет существования микроэлектроники. Вся советская электроника в какой-то момент была построена на нем, а сейчас с гораздо большим размахом тем же самым занимаются в Поднебесной, да и не только в ней. На самом деле, реверс-инжиниринг абсолютно легален в США, Евросоюзе и многих других местах, с целью (цитирую американский закон) “teaching, analyzing, or evaluating the concepts or techniques embodied in the mask work or circuitry”.

Самое частое легальное применение реверс-инжиниринга — патентные и лицензионные суды. Промышленный шпионаж тоже распространен, особенно с учетом того, что электрические схемы (особенно аналоговые) часто являются ключевой интеллектуальной собственностью и редко патентуются — как раз для того, чтобы избежать раскрытия IP и участия в патентных судах в качестве обвиняющей стороны. Разумеется, оказавшись в ситуации, когда нужно защитить свою интеллектуальную собственность, не патентуя ее, разработчики и производители стараются придумать способы предотвращения копирования своих разработок.

Другое не менее (а то и более) важное направление защиты микросхем от реверс-инжиниринга — обеспечение безопасности информации, хранимой в памяти. Такой информацией может быть как прошивка ПЛИС (то есть опять-таки интеллектуальная собственность разработчика), так и, например, пин-код от банковской карты или ключ шифрования защищенной флэшки. Чем больше ценной информации мы доверяем окружающему миру, тем важнее защищать эту информацию на всех уровнях работы обрабатывающих ее систем, и хардварный уровень — не исключение.

Самый первый транзистор был биполярным и германиевым, но подавляющее большинство современных интегральных микросхем сделаны из кремния по технологии КМОП (комплементарный металл-оксид-полупроводник). Как вышло, что кремний стал главным из многих известных полупроводников? Почему именно КМОП-технология стала почти монопольной? Были ли процессоры на других технологиях? Что ждет нас в ближайшем будущем, ведь физический предел миниатюризации МОП-транзисторов фактически достигнут?


Если вы хотите узнать ответы на все эти вопросы — добро пожаловать под кат. По просьбам читателей предыдущих статей предупреждаю: там много текста, на полчаса.

Многие утверждали, что строят троичный компьютер из дискретных компонентов, однако некоторые разрабатывают и заказывают троичные микросхемы уже прямо сейчас :)

Часть 1: 1976-1995 годы

Часть 2: 3Dfx Voodoo

Часть 3: консолидация рынка, начало эпохи конкуренции Nvidia и ATI

До прихода DirectX 10 не было смысла добавлять в чипы необязательную сложность, расширяя площадь кристалла, что повышало функциональность вершинных шейдеров, а также точность обработки чисел с плавающей запятой для пиксельных шейдеров с 24 до 32 бит для соответствия требованиям операций с вершинами. После появления DX10 вершинные и пиксельные шейдеры сохраняли высокий уровень общей функциональности, поэтому переход к обобщённым шейдерам избавил от большой части ненужного дублирования блоков обработки. Первым GPU, в котором применялась такая архитектура, стал легендарный G80 компании Nvidia.

Благодаря четырём годам разработки и 475 миллионам долларов был изготовлен монстр с 681 миллионом транзисторов и площадью 484 мм², впервые выпущенный на флагманской карте 8800 GTX и на 8800 GTS 640MB 8 ноября 2006 года. Разогнанный GTX под названием 8800 Ultra был вершиной мощи G80; он был выпущен в промежутке времени между двумя менее важными продуктами: 320MB GTS в феврале и GTS 640MB/112 с ограниченным тиражом 19 ноября 2007 года.

GTX, оснащённый новым алгоритмом Coverage Sample anti-aliasing (CSAA), благодаря своей несравненной производительности победил всех конкурентов как с одним, так и с двумя чипами. Несмотря на этот успех, в четвёртом квартале компания потеряла три процента рынка дискретной графики, которые благодаря силе OEM-контрактов перешли к AMD.

Часть 1: 1976-1995 годы

Часть 2: 3Dfx Voodoo

Падение 3Dfx и расцвет двух гигантов

На рубеже веков отрасль графики демонстрировала тенденции к дальнейшей консолидации.

С профессионального рынка полностью ушла iXMICRO, а NEC и Hewlett-Packard выпустили свои последние продукты — серии TE5 и VISUALIZE FX10. После продажи RealVision компания Evans & Sutherland тоже покинула отрасль, сосредоточившись на проекционных системах для планетариев.

На рынке потребительской графики ATI объявила о приобретении в феврале 2000 года ArtX Inc. за 400 миллионов долларов. ArtX разрабатывала GPU под кодовым названием Project Dolphin (который позже назвали «Flipper») для Nintendo GameCube, что значительно увеличило годовую прибыль ATI.


GPU компании ATI для GameCube

Также в феврале 3dfx объявила о сокращении штата на 20%, а сразу после этого купила Gigapixel за 186 миллионов и получила её технологии рендеринга на основе тайлов.

Часть 1: 1976 — 1995 годы

3Dfx Voodoo: смена правил игры

Выпущенная в ноябре 1996 года графическая карта 3Dfx состояла из платы только для 3D, которой требовался VGA-переходник к отдельной 2D-карте, подключаемой к дисплею.

Карты продавались множеством компаний. Orchid Technologies первой вышла на рынок с Orchid Righteous 3D стоимостью 299 долларов. Эта плата примечательна тем, что имела механические реле, которые «щёлкали», когда чипсет был в работе. В последующих версиях, как и в устройствах других поставщиков, уже применялись твердотельные реле. За этой картой последовали Diamond Multimedia Monster 3D, Colormaster Voodoo Mania, Canopus Pure3D, Quantum3D, Miro Hiscore, Skywell (Magic3D) и 2theMAX Fantasy FX Power 3D.

Voodoo Graphics почти за один день совершила революцию в графике для персональных компьютеров, превратив в устаревшие множество других устройств, в том числе широкий диапазон карт, предназначенных только для 2D. Рынок 3D в 1996 году благоволил S3, завоевавшей почти 50-процентную долю. Но вскоре всё должно было измениться. Подсчитано, что на пике популярности Voodoo компания 3Dfx захватила 80-85% рынка 3D-ускорителей.


Diamond Multimedia Monster 3D (3dfx Voodoo1 4MB PCI)

Эволюция современных графических процессоров началась с появления в 1995 году первых 3D-карт, за которым последовало широкое распространение 32-битных операционных систем и недорогих персональных компьютеров.

До этого индустрия графики в основном состояла из более прозаичных двухмерных неперсональных компьютерных архитектур. Графические платы чаще всего были известны по алфавитно-цифровым обозначениям чипов и отличались огромной стоимостью. 3D-игры и компьютерная графика постепенно объединились, возникнув из таких разнообразных источников, как аркадные и консольные игры, проекты оборонной промышленности, робототехника и космические симуляторы, а также медицинская визуализация.

Первые дни потребительской 3D-графики были Диким Западом конкурирующих идей: от способов реализации оборудования до использования различных техник рендеринга и интерфейсов приложений и данных. У первых графических систем имелся фиксированный конвейер функций (fixed function pipeline, FFP) и архитектура, следовавшая по очень строгому пути обработки; при этом графические API практически у каждого производителя 3D-чипов были собственные.

3D-графика превратила довольно унылую PC-индустрию в шоу света и магии, но своим существованием она обязана многим поколениям инноваций. В этой серии статей мы подробно рассмотрим историю GPU: первые дни потребительской 3D-графики, совершившую переворот 3Dfx Voodoo, консолидацию отрасли в начале века и современные GPGPU.

<< До этого: ENIAC

Пока что мы последовательно вспомнили о каждой из первых трёх попыток построить цифровой электронный компьютер: компьютер Атанасова-Берри ABC, задуманный Джоном Атанасовым; проект британского Колосса, возглавляемый Томми Флауэрсом, и ENIAC, созданный в школе Мура при Пенсильванском университете. Все эти проекты были, по сути, независимыми. Хотя Джон Моучли, главная движущая сила проекта ENIAC, знал о работе Атанасова, схема ENIAC ничем не напоминала ABC. Если и существовал некий общий предок электронного вычислительного устройства, то это был скромный счётчик Уинна-Уильямса, первое устройство, использовавшее электронные лампы для цифрового хранения, и позволившее Атанасову, Флауэрсу и Моучли встать на путь создания электронных компьютеров.

Но лишь одна из трёх этих машин, однако, сыграла свою роль в последовавших событиях. ABC никогда не производила полезной работы, и, по большому счёту, те немногие люди, что знали о ней, забыли её. Две военных машины доказали, что способны обойти по чистому быстродействию любой другой из существовавших компьютеров, однако «Колосс» оставался секретным даже после победы над Германией и Японией. Только ENIAC стал широко известен, и поэтому стал держателем стандарта электронных вычислений. И теперь каждый, кто хотел создать вычислительное устройство на основе электронных ламп, мог для подтверждения указать на успех школы Мура. Закоренелый скептицизм инженерного сообщества, которым встречали все подобные проекты до 1945 года, исчез; скептики либо поменяли своё мнение, либо умолкли.

Внутри многокристального секционного микропроцессора Am2901 от AMD 1970-х годов

Вы, возможно, знакомы с современными процессорами производства компании Advanced Micro Devices. Но AMD начала производить процессоры ещё в 1975 году, когда впервые представила свой Am2901. Это был т.н. многокристальный секционный процессор: каждый из чипов обрабатывал по 4 бита, а для увеличения размера слова использовалась работа нескольких чипов одновременно. Такой подход использовали в 1970-х и 1980-х годах, чтобы создавать процессоры на 16, 32 или 64 бит (к примеру), когда не могли разместить целый процессор на одном быстром чипе. Существовали процессоры и на одном чипе, однако их МОП-транзисторы работали медленнее. Со временем процессоры на КМОП стали быстрее процессоров на биполярных транзисторах, и когда их скорость достаточно выросла, на них перешли почти все производители.


Фото кристалла с чипом Am2901. Видны металлические слои чипа; кремний находится внизу. По краям кристалла крохотные проводники соединяют чип с внешними контактами.

Мне довелось программировать на ассемблерах разных процессоров. Последний в списке – это Xilinx MicroBlaze. Решил выложить некоторые свои наблюдения за особенностями этих почти волшебных железок, которые как волшебный ключик Буратино открыли нам двери в волшебную страну виртуальной реальности и массовой креативности. Об особенностях современных систем x86, x86-64, ARM, ARM-64 и т.п. писать не буду, может быть в другой раз – тема очень большая и сложная. Поэтому планирую закончить на Intel 80486 и Motorola 68040. Хотелось ещё включить в обзор IBM/370, с которыми имел дело. Эти системы были довольно далеки от широких масс пользователей, но оказали при этом огромное влияние на компьютерные технологии. На них просто не хватило выделенного на тему времени, они не использовали процессоры-чипы и самих их вроде бы почему-то не осталось совсем. Очень надеюсь, что мои материалы привлекут внимание и знатоков, которые смогут добавить что-нибудь из того, о чем не подумал или не знал.

В качестве иллюстративного материала прикрепляю свой небольшой камень из Розетты – программки для расчета числа π на разных процессорах и системах по алгоритму-затвору, претендующие на звание самых быстрых его реализаций. Похожий "камень" есть и для алгоритма для быстрого расчета множеств Мандельброта.

В первой части мы рассмотрели вкратце физику кремния, технологии микроэлектроники и технологические ограничения. Теперь поговорим о физических ограничениях и физических эффектов, которые влияют на размеры элементов в транзисторе. Их много, поэтому пройдемся по основным. Здесь придется уже влезть в физику, иначе никак.

Disclaimer: Когда-то давно и сам баловался написанием статей про изготовление чипов, а в серии статей «Взгляд Изнутри» даже заглядывал внутрь оных, т.е. тема мне крайне интересна. Естественно, я бы хотел, чтобы сам автор оригинальной статьи опубликовал её на Хабре, но в связи с занятостью он разрешил мне перенести её сюда. К сожалению, правила Хабра не разрешают прямую копи-пасту, поэтому я добавил ссылки на источники, картинки и немножко отсебятины и постарался чуть-чуть выправить текст. Да, и статьи (1 и 2) по данной теме от amartology знаю и уважаю.

Это вторая часть статьи про историю микропроцессоров для космического применения. Первая часть – вот здесь. В ней на примерах американских и европейских микросхем мы посмотрели на историю развития радстойких чипов от первых однокристалльных процессоров до конца двухтысячных, когда проектные нормы космических разработок плотную подобрались к рубежу 100 нм.

Следующий большой шаг в обеспечении радиационной стойкости наступил с переходом на суб-100 нм, где практически каждое следующее поколение технологии приносит новые вопросы: меняются материалы, меняются требования к топологии, растет статическая мощность (утечки безо всякой радиации, которые под дозой становятся еще хуже), продолжает расти значимость одиночных эффектов, которые превращаются во множественные. Эти задачи потребовали разработки новых подходов и, что удивительно, частичного возврата к старым, потому что часть вещей, отлично себя зарекомендовавших на нормах 1-0.18 мкм, на более тонких нормах не работает. Например, в таких технологиях для повышения выхода годных запрещено делать любимые дизайнерами радстойких чипов кольцевые транзисторы. О том, как дизайнеры справляются с новыми вызовами, я расскажу на примере России – и заодно сравню достижения наших соотечественников с успехами иностранных коллег и покажу, чего стоит ожидать в обозримом будущем.