\articolo{Tendenze nelle tecnologie digitali}{Paolo Canali}
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\noindent Nel corso di questo breve intervento esamineremo alcune delle
tendenze che stanno maturando nell'industria dei semiconduttori e la loro
applicazione ai personal computer.

\paragrafo{Integrazione}

Almeno per i prossimi 10 anni, la spinta all'aumento delle prestazioni non
sar\`a assicurata tanto dalle nuove idee quando dalla possibilit\`a di
avere a disposizione processi sempre pi\`u sofisticati per la produzione
dei semiconduttori. I problemi e i costi per la produzione dei chip di
silicio sono e resteranno ancora a lungo preponderanti rispetto ai
problemi di tipo logico e di architettura, quindi ogni idea innovativa per
ottimizzare un'architettura \`e meno significativa della messa a punto di
un nuovo processo di produzione. In altre parole, per quanto riguarda i
personal computer veri e propri non c'\`e da aspettarsi una rivoluzione ma
caso mai una graduale evoluzione dell'esistente.

\paragrafo{Famiglie logiche}
I processi produttivi appartengono a tre famiglie principali, a seconda
dell'elemento attivo che viene creato: CMOS\index{CMOS}, bipolari e
BiCMOS\index{BiCMOS}. Esistono anche altri modi di produrre dispositivi
elettronici, ma poich\'e i costi di sviluppo sono immensi, questi metodi
alternativi si sviluppano con molta lentezza e restano confinati ad
applicazioni speciali. Le tecnologie CMOS sono di gran lunga le pi\`u
usate. Stanno emergendo le nuove BiCMOS ad alta velocit\`a, mentre l'unica
a investire nello sviluppo di bipolari ad alta velocit\`a in tempi recenti
\`e stata {\em IBM}, che per\`o ha praticamente abbandonato il progetto.

Si pu\`o prevedere che nel prossimo futuro si arriver\`a facilmente a
microprocessori da 100 milioni di elementi attivi
(transistor\index{transistor} o mosfet\index{mosfet}), valore gi\`a
avvicinato dagli attuali chip di memoria, che hanno una struttura pi\`u
semplice e densa. Le migliori CPU attuali hanno solo 5-6 milioni di
transistor. Il limite principale della logica ormai non \`e pi\`u la
dimensione dei transistor, ma la densit\`a delle interconnessioni.

\paragrafo{Conseguenze}
La curva delle prestazioni continuer\`a a salire, rendendo sempre meno
vincolante il problema dell'efficienza dei programmi. Con 100 milioni di
transistor a disposizione, si consolider\`a la tendenza a realizzare
multiprocessori su singolo chip, inaugurata da {\em Texas Instruments}.
Per questo motivo sarebbe opportuno iniziare sin da ora a strutturare il
proprio codice per un'esecuzione compatibile ed efficiente su calcolatori
con CPU multiple indipendenti (sistemi SMP\index{SMP}).

Sempre grazie all'abbondanza di transistor, il modello di programmazione
dei discendenti delle attuali famiglie di CPU ad alte prestazioni sar\`a
sempre pi\`u slegato dalla reale struttura del chip, fino ad arrivare alla
realizzazione di vere e proprie emulazioni hardware dove il programmatore
non ha n\'e la possibilit\`a n\'e l'interesse ad ottimizzare manualmente
il codice assembly oltre ad un certo punto. Il sistema migliore per
ottimizzare le routine critiche si limiter\`a alla ricerca dell'algoritmo
pi\`u adatto alla particolare architettura di macchina.

\paragrafo{Personalizzazioni}

Una conseguenza dei recenti sviluppi nel campo dei software di simulazione
e progetto dei semiconduttori \`e la possibilit\`a per chiunque di
realizzare chip custom con elementi di base molto complessi (``cores''),
come ad esempio interi microprocessori e banchi di memoria. Grazie alle
librerie di ``hard cores'' e ``soft cores'' rese disponibili dalle aziende
che sviluppano chip VLSI\index{VLSI}, \`e possibile disegnare in breve
tempo qualsiasi soluzione complessa adatta anche alla produzione in massa a
basso costo; alcuni cores come il {\em PowerPC} e il {\em 68020} sono gi\`a
disponibili.

Ci\`o spianer\`a la strada alla produzione in massa di macchine dedicate a
singole applicazioni, meno versatili dei personal computer ma enormemente
pi\`u economiche. Un esempio pratico in settori collaterali, a tecnologia
pi\`u bassa, \`e stato fornito dai chip-set per modem. Una volta immessi
sul mercato DSP preprogrammati per gli algoritmi di modulazione necessari,
il prezzo dei modem V32bis \`e diventato circa un decimo dei predecessori
a chip programmabile. Un altro esempio sono le console per videogiochi a
32 e 64 bit: {\em Playstation} implementa su soli due chip logici un
motore grafico 3D con framebuffer evoluto, che nel suo limitato campo di
azione offre prestazioni ineguagliate da personal computer programmabili
di costo 10 volte superiore.

La conseguenza negativa di questa ``facilit\`a del riciclo'' \`e che ci
sono sempre meno incentivi allo sviluppo di chip completamente nuovi, che
richiedono tempi di sviluppo di gran lunga superiori ad un approccio
basato sui cores.

\paragrafo{Le nicchie di mercato}

Per questo motivo non avrebbe senso basare un'architettura da personal
computer esclusivamente su applicazioni di nicchia rigide, in quanto
quelle pi\`u profittevoli sono destinate ad essere spazzate via dalla
comparsa di qualche macchina dedicata a basso costo. Come nicchia si pu\`o
intendere anche l'home computer e il network computer, cio\`e una macchina
a basso costo con rigidit\`a che ne intralciano l'utilizzo polivalente. In
particolare, il network computer del prossimo futuro \`e limitato agli usi
di ufficio e di intrattenimento dove l'intelligenza dell'applicazione e la
memoria di massa sono gestite da un server esterno; l'home computer si
pu\`o invece definire come un unit\`a di elaborazione programmabile con
potenza di calcolo e uscita video a risoluzioni relativamente basse e
inespandibili.

Un noto produttore di chip ha gi\`a annunciato di aver progettato per una
societ\`a orientale un chip composto da core {\em 486} con periferia di
supporto {\em IBM} compatibile e chip grafico integrato: chiaramente la
base di un home computer minimale dal costo accessibile a tutti, cio\`e
proprio ci\`o che erano gli \A compatti. Sarebbe banale e rapido fare
la stessa cosa con una rinnovata architettura \A, una volta sgombrati
gli interrogativi sulla possibilit\`a di assorbimento da parte del mercato
di massa.

In conclusione a mio parere l'unico vero problema da risolvere per
rilanciare \A \`e questo: trovare un'applicazione innovativa e
vincente, che spinge all'acquisto del prodotto almeno un paio di milioni
di persone all'anno.

Persa la battaglia del software con gli {\em IBM} compatibili e quella
dell'intrattenimento puro con le nuove console, questa applicazione non
potr\`a pi\`u essere (come in passato) il classico personal computer con
interfaccia WIMP\footnote{Window Icon Mouse Pointer.} e tastiera, che
per un architettura non WIntel pu\`o sostenersi solo appoggiandosi ai
profitti di un business pi\`u grande.  {\em Viscorp} sostiene di averla
trovata, e ci auguriamo che sia cos\`{\i}.

Questo scenario vede il personal computer classico come macchina di
sviluppo per sistemi successivamente realizzati in modo ``hardwired'',
dedicato. Se questa tendenza dovesse prevalere, gli elementi pi\`u nobili
del sistema operativo diventerebbero la potenza dei sistemi di sviluppo,
la scalabilit\`a (intesa come presenza di un agile nucleo centrale adatto
a funzionare in configurazioni che non hanno tutte le risorse del personal
computer) e la portatilit\`a.

La possibilit\`a di funzionare su chip che usano modelli di programmazione
e tecnologie di produttori diversi \`e un'esigenza irrinunciabile per la
produzione di massa a basso costo, dove \`e inconcepibile condizionare la
produzione e i piani commerciali ai problemi logistici o commerciali
dovuti ad un singolo componente critico monomarca (sia hardware che
software!). Ci\`o dovr\`a essere ben considerato da {\em Viscorp} se
intende incoraggiare lo sviluppo del suo ED.


\begin{thebibliography}{10}
\bibitem{HEN}Hennessy John L., Patterson David A.
\emph{Computer Architecture: A Quantitative Approach}
Morgan Kaufmann Publishers, Inc.
ISBN 1-55860-372-7

\bibitem{1} \emph{GaAs/CMOS cache chip set powers 66 Mhz CPUs}; Electronic Design vol. 41 n.11 
\bibitem{2} \emph{Submicron ASIC tools enhance predictability}; Electronic Design vol. 42 n.8 
\bibitem{3} \emph{Condense system logic with high density CPLDs}; Electronic Design vol.42 n.4 
\bibitem{4} \emph{ISCC 94 report - digital technology}; Electronic Design vol.42 n.4 
\bibitem{0} \emph{12 bit DAC runs at 1 Ghz, puts 20 mA into 50 ohm}; Electronic Design vol.42 n.3 
\bibitem{5} \emph{The hard facts about soft cores}; EDN september 2, 1996
\bibitem{6} \emph{Streamlined core processors}; EDN october 12, 1995
\bibitem{7} \emph{Submicron EDA tools}; EDN june 8, 1995
\bibitem{8} \emph{Video and graphics integration goes mainstream on the desktop}; EDN september 1, 1995
\bibitem{9} \emph{Mixed analog-digital simulation}; EDN september 1, 1994

\end{thebibliography}

\autore{Paolo Canali}{}
\citazioneit{``Facciamo notare che ci \`e stato riferito che alcune tastiere ergonomiche
Microsoft se usate in modo prolungato tendono a perdere le stampigliature
sui tasti. Da noi interpellata, Microsoft ha affermato che applica ai
prodotti hardware gli stessi standard di qualit\`a che contraddistinguono
il suo software."}{Paolo Canali, {\em Il tecnico risponde}, Amiga Magazine
Maggio 1996}