Transmeta

Transmeta Corporation era una empresa estadounidense de semiconductores sin fábrica con sede en Santa Clara, California. Desarrolló microprocesadores compatibles con x86 de baja potencia basados en un núcleo VLIW y una capa de software llamada Code Morphing Software.

El software Code Morphing (CMS) constaba de un intérprete, un sistema de tiempo de ejecución y un traductor binario dinámico. Las instrucciones x86 se interpretaron primero una instrucción a la vez y se perfilaron, luego, dependiendo de la frecuencia de ejecución de un bloque de código, CMS generaría progresivamente traducciones más optimizadas.

El núcleo de VLIW implementó funciones diseñadas específicamente para acelerar el CMS y las traducciones. Entre las características se encontraban el soporte para la especulación general, la detección de alias de memoria y la detección de código x86 automodificable.

La combinación de CMS y el núcleo VLIW permitió lograr una compatibilidad total con x86 mientras se mantenía el rendimiento y se reducía el consumo de energía.

Transmeta fue fundada en 1995 por Bob Cmelik, Dave Ditzel, Colin Hunter, Ed Kelly, Doug Laird, Malcolm Wing y Greg Zyner.

Su primer producto, el procesador Crusoe, se lanzó el 19 de enero de 2000. Transmeta se hizo pública el 7 de noviembre de 2000. El 14 de octubre de 2003, lanzó su segundo producto importante, el procesador Efficeon. En 2005, Transmeta incrementó su enfoque en otorgar licencias a su cartera de tecnologías de microprocesadores y semiconductores. Después de los despidos en 2007, Transmeta hizo un cambio completo de la producción de semiconductores a la concesión de licencias de propiedad intelectual. En enero de 2009, la empresa fue adquirida por Novafora y la cartera de patentes fue vendida a Intellectual Ventures. Novafora cesó sus operaciones en agosto de 2009. Intellectual Ventures otorga licencias de propiedad intelectual de Transmeta a otras empresas de forma no exclusiva.

Transmeta produjo dos arquitecturas de CPU compatibles con x86: Crusoe y Efficeon; los nombres de los códigos internos eran 'Fred' y 'Astro'. Estas CPU han aparecido en subnotebooks, notebooks, computadoras de escritorio, servidores blade, tabletas, una computadora de clúster personal y una computadora de escritorio silenciosa, donde el bajo consumo de energía y la disipación de calor son de importancia primordial.

Antes de la adquisición de Novafora en 2009, Transmeta tuvo un éxito moderado en la concesión de licencias de su propiedad intelectual. Los licenciantes de la tecnología Transmeta son Intel (con una licencia perpetua y no exclusiva para todas las patentes y solicitudes de patentes de Transmeta, incluidas las que Transmeta pueda adquirir antes del 31 de diciembre de 2017), Nvidia (con licencia no exclusiva para las tecnologías LongRun y LongRun2 de Transmeta y otra propiedad intelectual), Sony (licenciatario de LongRun2), Fujitsu (licenciatario de LongRun2) y NEC (licenciatario de LongRun2).

Historia

Modo oculto

Fundada en 1995, Transmeta comenzó como una empresa emergente sigilosa. La empresa logró en gran medida ocultar sus ambiciones hasta el lanzamiento oficial de la empresa el 19 de enero de 2000. Se firmaron más de 2000 acuerdos de confidencialidad (NDA) durante el período oculto. A lo largo de los primeros años de Transmeta, se sabía poco sobre lo que ofrecería exactamente. Su sitio web se puso en línea a mediados de 1997 y durante aproximadamente dos años y medio solo mostró el texto "Esta página web aún no está aquí".

El 12 de noviembre de 1999, apareció un comentario críptico en el HTML:

Sí, hay un mensaje secreto, y esto es: La política de Transmeta ha sido guardar silencio sobre sus planes hasta que tuvo algo que demostrar al mundo. El 19 de enero de 2000, Transmeta anunciará y demostrará lo que pueden hacer los procesadores Crusoe. Simultaneamente, todos los detalles subirán a este sitio web para que todos en Internet puedan ver. Crusoe será hardware y software frescos para aplicaciones móviles. Crusoe será poco convencional, por lo que queríamos hacerle saber de antemano para venir a ver todo el sitio web en enero, para que pueda obtener la historia completa y tener acceso a todos los detalles reales tan pronto como estén disponibles.

Transmeta intentó contratar personal en la empresa en secreto, aunque las especulaciones en línea no eran infrecuentes. Gradualmente salió información de la compañía que sugería que estaba trabajando en un diseño de palabra de instrucción muy larga (VLIW) que traducía el código x86 a su propio código VLIW nativo.

Abierta para los negocios

El 19 de enero de 2000, Transmeta realizó un evento de lanzamiento en Villa Montalvo en Saratoga, California y anunció al mundo que había estado trabajando en un procesador de traducción binario dinámico compatible con x86 llamado Crusoe. También publicó un documento técnico de 18 páginas que describe la tecnología.

Transmeta comercializó su tecnología de microprocesador como extraordinariamente innovadora y revolucionaria en el segmento del mercado de bajo consumo. Esperaban ser líderes tanto en potencia como en rendimiento en el espacio x86, pero las revisiones iniciales de Crusoe indicaron que el rendimiento estaba significativamente por debajo de las proyecciones. Además, mientras Crusoe estaba en desarrollo, Intel y AMD aumentaron significativamente las velocidades y comenzaron a abordar las preocupaciones sobre el consumo de energía. Por lo tanto, Crusoe se vio acorralado rápidamente en un segmento del mercado de bajo volumen, factor de forma pequeño (SFF) y baja potencia.

El 7 de noviembre de 2000 (día de las elecciones en EE. UU.), Transmeta realizó su oferta pública inicial al precio de $21 por acción. El valor alcanzó un máximo de $50,26 antes de establecerse en $46 por acción el día de la apertura. Esto convirtió a Transmeta en la última de las grandes ofertas públicas iniciales de alta tecnología de la burbuja de las puntocom. Su desempeño el día de la inauguración no sería superado hasta la salida a bolsa de Google en 2004.

La empresa tuvo sus primeros despidos en julio de 2002, reduciendo la plantilla de la empresa en un 40%.

El 14 de octubre de 2003, Transmeta anunció el procesador Efficeon, que supuestamente tenía el doble de rendimiento que la CPU Crusoe original con la misma frecuencia. Sin embargo, el rendimiento aún era débil en relación con la competencia y la complejidad del chip había aumentado significativamente. El mayor tamaño y consumo de energía pueden haber diluido una ventaja de mercado clave que los chips de Transmeta habían disfrutado anteriormente sobre la competencia.

En enero de 2005, la empresa anunció su primera reestructuración estratégica para dejar de ser una empresa de productos de semiconductores y comenzó a centrarse en otorgar licencias de propiedad intelectual. En marzo de 2005, Transmeta anunció que despediría a 68 personas y conservaría a 208 empleados. Se informó que Sony era un licenciatario clave de la tecnología Transmeta y aproximadamente la mitad de los empleados restantes iban a trabajar en la tecnología de optimización de energía LongRun2 para Sony.

El 31 de mayo de 2005, Transmeta anunció la firma de acuerdos de licencia y compra de activos con Culture.com Technology Limited de Hong Kong. El trato fracasó debido a retrasos en la obtención de licencias de exportación de tecnología del Departamento de Comercio de los Estados Unidos y las partes anunciaron la rescisión de los acuerdos el 9 de febrero de 2006.

El 10 de agosto de 2005, Transmeta anunció su primer trimestre rentable. A esto le siguió el informe de GameSpot del 20 de marzo de 2006 de que Transmeta estaba trabajando en un proyecto de Microsoft "sin nombre". Resultó que se trataba de una plataforma segura bajo la marca AMD para el programa FlexGo de Microsoft.

El 11 de octubre de 2006, Transmeta anunció que había presentado una demanda contra Intel Corporation por infracción de diez patentes de Transmeta en EE. UU. que cubren la arquitectura informática y las tecnologías de eficiencia energética. La denuncia acusaba a Intel de haber infringido y estaba infringiendo las patentes de Transmeta al fabricar y vender una variedad de productos de microprocesador, incluida al menos la línea de productos Pentium III, Pentium 4, Pentium M, Core y Core 2 de Intel.

El 7 de febrero de 2007, Transmeta cerró su división de servicios de ingeniería y despidió a 75 empleados en el proceso. Esto coincidió con un anuncio de que la empresa ya no desarrollaría ni vendería hardware y se centraría en el desarrollo y la concesión de licencias de propiedad intelectual. Posteriormente, AMD invirtió 7,5 millones de dólares en Transmeta, con la intención de utilizar la cartera de patentes de la empresa en tecnologías de eficiencia energética.

El 24 de octubre de 2007, Transmeta anunció un acuerdo para resolver su demanda contra Intel Corporation. Intel acordó pagar $ 150 millones por adelantado y $ 20 millones por año durante cinco años a Transmeta además de retirar sus reconvenciones contra Transmeta. Transmeta también acordó licenciar varias de sus patentes y asignar una pequeña cartera de patentes a Intel como parte del trato. Transmeta también acordó no volver a fabricar procesadores compatibles con x86. Un punto importante en el litigio de Intel fue el pago de aproximadamente 34 millones de dólares a tres de los ejecutivos de Transmeta. A fines de 2008, Intel y Transmeta llegaron a un nuevo acuerdo para transferir los $20 millones por año en una sola suma.

El 8 de agosto de 2008, Transmeta anunció que había licenciado sus tecnologías LongRun y de chips de bajo consumo a Nvidia por una tarifa de licencia única de 25 millones de dólares. El 17 de noviembre, Transmeta anunció la firma de un acuerdo definitivo para ser adquirida por Novafora, una empresa de procesadores de video digital con sede en Santa Clara, California, por $255,6 millones en efectivo, sujeto a ajustes que dependen del capital de trabajo. El trato se finalizó el 28 de enero de 2009, cuando Novafora anunció la finalización de la adquisición de Transmeta.

Intellectual Venture Funding LLC completó la adquisición de la cartera de patentes anteriormente desarrollada y propiedad de Transmeta Corporation el 4 de febrero de 2009.

Debido a problemas financieros y la incapacidad de ejecución, Novafora colapsó a fines de julio de 2009.

Dirección y personal

Gobierno corporativo

Transmeta tuvo una sucesión de 6 directores ejecutivos diferentes que dirigieron la empresa a lo largo de su vida.

Empleados notables

Entre su equipo de tecnólogos, Transmeta empleó a algunas de las figuras más públicas de la industria, incluido el fundador de Linux, Linus Torvalds, el desarrollador del kernel de Linux, Hans Peter Anvin, Yacc autor Stephen C. Johnson, y el desarrollador de juegos Dave D. Taylor. En parte debido a la presencia de estas figuras, la industria estaba constantemente llena de rumores y 'teorías de conspiración' resultando en excelentes relaciones con la prensa.

Historial financiero

Los siguientes gráficos muestran los ingresos, los gastos operativos, las ganancias brutas y las pérdidas netas de la empresa desde 1996 hasta 2007. Los números están en miles según los informes 10-K. La empresa fue nombrada una vez como la empresa más importante de Silicon Valley en un editorial de la revista Upside, pero no logró obtener rentabilidad mientras era un proveedor de chips.

Ingresos, gastos, ganancias y pérdidas brutas entre 1996 y 2007

Financiación

Transmeta recibió un total de 969 millones de dólares en financiación durante su vida útil.

Productos

Cruzoe

Una CPU Transmeta de un portátil de la serie Fujitsu Lifebook P

Crusoe fue la primera familia de microprocesadores de Transmeta, llamada así por el personaje literario Robinson Crusoe.

Transmeta perdió mucha credibilidad y soportó importantes críticas debido a las grandes discrepancias entre el rendimiento y el consumo de energía proyectados y los resultados reales. Aunque el consumo de energía fue algo mejor que las ofertas de Intel y AMD, la experiencia del usuario final (es decir, la duración de la batería) solo mostró una mejora general marginal. En primer lugar, el Software Code Morphing (CMS) combinado con la arquitectura de caché inflaba artificialmente las comparaciones entre los puntos de referencia y las aplicaciones del mundo real. Esto se debe a la naturaleza repetitiva de los puntos de referencia y sus pequeñas huellas. La sobrecarga del software CMS puede haber sido en realidad una causa clave del rendimiento mucho más bajo para muchas aplicaciones del mundo real; la arquitectura central simple de VLIW no podía competir en aplicaciones computacionalmente intensivas; y la interfaz del puente sur estaba limitada por su bajo ancho de banda para gráficos u otras aplicaciones intensivas de E/S. Algunos puntos de referencia estándar incluso no se ejecutaron, lo que puso en duda la afirmación de compatibilidad total con x86.

Eficacia

Un procesador Transmeta Efficeon

El procesador Efficeon era el diseño de procesador VLIW de 256 bits de segunda generación de Transmeta. Al igual que Crusoe (una arquitectura VLIW de 128 bits), Efficeon hizo hincapié en la eficiencia computacional, el bajo consumo de energía y la baja huella térmica.

Un Transmeta Efficeon de 1,6 GHz modelo 2004 (fabricado con un proceso de 90 nm) tenía aproximadamente las mismas características de rendimiento y potencia que un Intel Atom de 1,6 GHz de 2008 (fabricado con un proceso de 45 nm). El Efficeon incluía un Northbridge integrado, mientras que el Atom de la competencia requería un chip Northbridge externo, lo que reducía gran parte de los beneficios de consumo de energía del Atom.

El procesador Transmeta Efficeon solucionó muchas de las deficiencias de Crusoe y mostró una mejora real de aproximadamente el doble con respecto a Crusoe. Su matriz era considerablemente más pequeña que Pentium 4 y Pentium M, en comparación con la misma tecnología de proceso. El chip de Efficeon fabricado en 90 nm es de 68 mm², que es el 60 % del Pentium 4 en 90 nm, a 112 mm², y ambos procesadores poseen una memoria caché L2 de 1 MB.

La mayoría de los revisores no entendían la idea de vender un producto en una envoltura térmica específica, y tendían a comparar Efficeon con la gama de microprocesadores x86, independientemente del consumo de energía o la aplicación. Un ejemplo de esta crítica sugiere que el rendimiento todavía está significativamente por detrás del Pentium M (Banias) de Intel y el Mobile Athlon XP de AMD.

Implementaciones

Tecnología

Los procesadores Transmeta eran núcleos de palabra de instrucción muy larga (VLIW) en orden que ejecutaban una capa de software de traducción binaria dinámica especial que, en conjunto, implementaba la compatibilidad con la arquitectura x86. Transmeta registró el término "Code Morphing" para describir su tecnología y se refirió a la capa de software como Code Morphing Software (CMS).

Transmeta usó polarización de cuerpo inverso para reducir la potencia utilizada en un factor de aproximadamente 2,5. (Se utilizó una tecnología similar en los procesadores XScale).

Software de transformación de código

Software Code Morphing (CMS) es la tecnología utilizada por los microprocesadores Transmeta para ejecutar instrucciones x86. A grandes rasgos, CMS lee instrucciones x86 y genera instrucciones para un procesador propietario VLIW, al estilo de Shade. La traducción de CMS es mucho más costosa que la de Shade, pero produce un código de mucha mayor calidad. CMS también contiene un intérprete y simula el funcionamiento tanto en modo usuario como en modo sistema.

El software Code Morphing constaba de un intérprete, un sistema de tiempo de ejecución y un traductor binario dinámico. Las instrucciones x86 se interpretaron primero una instrucción a la vez y se perfilaron, luego, dependiendo de la frecuencia de ejecución y otras heurísticas, CMS generaría progresivamente traducciones más optimizadas.

Existían tecnologías similares en la década de 1990: Wabi para Solaris y Linux, FX!32 para Alpha e IA-32 EL para Itanium, DAISY de código abierto, el emulador Mac 68K para PowerPC. El enfoque de Transmeta establece un listón mucho más alto para la compatibilidad x86 debido a su capacidad para ejecutar todas las instrucciones x86 desde el arranque inicial hasta las instrucciones multimedia más recientes.

El funcionamiento del software de transformación de código de Transmeta es similar al paso de optimización final de un compilador convencional. Considerando un fragmento de código x86 de 32 bits:

añadir eax,dword ptr [esp] // cargar datos de la pila, añadir a eax
añadir ebx,dword ptr [esp] // ditto, para ebx
mov esi,[ebp] // load esi de memoria
sub ecx,5 // subtract 5 from ecx register

Esto se convierte primero de manera simplista en instrucciones nativas:

ld %r30,[%esp] // carga de la pila, en temporal
Add.c %eax,%eax,%r30 // añadir a %eax, establecer códigos de condición.
ld %r31,[%esp]
Add.c %ebx,%ebx,%r31
Id %esi,[%ebp]
sub.c %ecx,%ecx,5

El optimizador luego elimina las subexpresiones comunes y las operaciones de código de condición innecesarias y, potencialmente, aplica otras optimizaciones, como el desenrollado de bucles:

ld %r30,[%esp] // carga de la pila sólo una vez
agréguelo,%,%r30
añadir %ebx,%ebx,%r30 // reutilizar datos cargados anteriormente
Id %esi,[%ebp]
sub.c %ecx,%ecx,5 // sólo este último código de condición necesario

Finalmente, el optimizador agrupa instrucciones individuales ("átomos") en palabras de instrucciones largas ("moléculas") para el hardware subyacente:

ld %r30,[%esp]; sub.c %ecx,%ecx,5
ld %esi,[%ebp]; add %eax,%eax,%r30; add %ebx,%ebx,%r30

Estas dos moléculas VLIW podrían ejecutarse potencialmente en menos ciclos que las instrucciones originales en un procesador x86.

Transmeta afirmó varios beneficios técnicos de este enfoque:

1. Como los líderes del mercado Intel y/o AMD extenderían el conjunto básico de instrucciones x86, Transmeta podría actualizar rápidamente su producto con una actualización de software en lugar de requerir un respiro de su hardware.
2. El rendimiento y la potencia se pueden ajustar en software para satisfacer las necesidades del mercado.
3. Sería relativamente sencillo fijar defectos de diseño de hardware o fabricación en el hardware usando soluciones de software.
4. Se podría dedicar más tiempo a mejorar las capacidades del núcleo o reducir su consumo de energía sin preocuparse por 33 años de compatibilidad atrasada a la arquitectura x86.
5. El procesador podría emular varias otras arquitecturas, posiblemente incluso al mismo tiempo. (En su lanzamiento inicial de Crusoe, Transmeta demostró pico-Java y x86 funcionando intermixed en el hardware nativo.)

Antes del lanzamiento de Crusoe, los rumores indicaban que Transmeta confiaba en estos beneficios para desarrollar un procesador híbrido PowerPC y x86. Pero Transmeta inicialmente se concentraría únicamente en el mercado x86 de extremadamente bajo consumo.

La capacidad de actualizar productos rápidamente sin volver a girar el hardware se demostró en 2002 con una actualización en el campo (una descarga) para mejorar el rendimiento de la CPU de la tablet PC HP Compaq TC1000 basada en Crusoe. Se usó nuevamente en 2004 cuando se agregó la compatibilidad con NX bit y SSE3 a la línea de productos Transmeta Efficeon sin necesidad de cambios de hardware. En la práctica, las actualizaciones de campo eran raras debido a que los proveedores de hardware del sistema no querían incurrir en costos adicionales de atención al cliente o gastar dinero adicional en control de calidad para las posibles actualizaciones o correcciones de errores para los productos enviados en los que ya habían cerrado los libros de ingresos.

Núcleo VLIW

Junto con su software de transformación de código, Efficeon refleja más fielmente el conjunto de características de los procesadores Intel Pentium 4, aunque, al igual que los procesadores AMD Opteron, admite un controlador de memoria completamente integrado, un bus HyperTransport IO y el bit NX. o no ejecutar la extensión x86 al modo PAE. La compatibilidad con bits NX está disponible a partir de la versión 6.0.4 de CMS.

Se cree que el rendimiento computacional de Efficeon en relación con las CPU móviles como Intel Pentium M es menor, aunque parece que se ha publicado poco sobre el rendimiento relativo de estos procesadores de la competencia.

Efficeon se presentó en dos tipos de paquetes: una matriz de rejilla de bolas de 783 y 592 contactos. Su consumo de energía era moderado (algunos consumían tan solo 3 vatios a 1 GHz y 7 vatios a 1,5 GHz), por lo que podía enfriarse de forma pasiva.

Se produjeron dos generaciones de este chip. La primera generación (TM8600) se fabricó mediante un proceso TSMC de 130 nm y se produjo a velocidades de hasta 1,1 GHz. La segunda generación (TM8800 y TM8820) se fabricó mediante un proceso Fujitsu de 90 nm y se produjo a velocidades que oscilan entre 1 GHz y 1,7 GHz.

Internamente, Efficeon tenía dos unidades de lógica aritmética, dos unidades de carga/almacenamiento/añadido, dos unidades de ejecución, dos unidades de punto flotante/MMX/SSE/SSE2, una unidad de predicción de bifurcación, una unidad de alias y una unidad de control. El núcleo VLIW podría ejecutar una instrucción VLIW de 256 bits por ciclo. Un VLIW se llama molécula y tiene espacio para almacenar ocho instrucciones de 32 bits (llamadas átomos) por ciclo.

El Efficeon tenía un caché de instrucciones L1 de 128 KB, un caché de datos L1 de 64 KB y un caché L2 de 1 MB. Todos los cachés estaban en el dado.

Además, el software de transformación de código (CMS) de Efficeon reservó una pequeña porción de la memoria principal (normalmente 32 MB) para su caché de instrucciones x86 traducidas dinámicamente.

Compilación nativa

En principio, debería ser posible optimizar el código x86 para favorecer el software Code Morphing, o incluso para que los compiladores apunten directamente a la arquitectura VLIW nativa. Sin embargo, en un escrito de 2003, Linus Torvalds aparentemente descartó estos enfoques por considerarlos poco realistas:

El código cruso nativo – incluso si fue documentado y disponible – no es muy propicio para el uso general del sistema operativo. No tiene idea de protección de memoria, y no hay MMU para accesos a código, por lo que cosas como módulos del núcleo simplemente no funcionarían.

Las traducciones son generalmente mejores que el código nativo compilado estadísticamente (porque toda la CPU está diseñada para la especulación, y los compiladores estáticos no saben cómo hacerlo), y así ir al modo nativo no es necesariamente una mejora de rendimiento.

Así que no, realmente no se beneficiaría de ello, por no mencionar que ni siquiera es una opción ya que Transmeta nunca ha publicado suficientes detalles para hacerlo de todos modos. En gran medida para simples preocupaciones de seguridad – si empiezas a dar interfaces para burlarte con el "microcode", puedes hacer algunas cosas realmente desagradables.

[...yo quería decir...] "no puedes hacer eso". Y ni siquiera diremos los detalles de cómo no puedes hacer eso.

De hecho, incluso dentro de transmeta no puede hacer eso, sin tener una versión especialmente bendecida del flash que permite mejoras. Si alguna vez ves una máquina con un aviso prominente diciendo "CMS actualizado a la versión de desarrollo", entonces esa es una pista de que es una máquina que los desarrolladores de TMTA podrían cambiar.

—Linus Torvalds, lista de correo linux-kernel

La ingeniería inversa posterior, publicada en 2004, aclara algunos detalles de la arquitectura VLIW nativa y el conjunto de instrucciones asociado, y sugiere que existen limitaciones fundamentales que impiden la migración de un sistema operativo como Linux.

El mismo trabajo también compara la tecnología patentada de Transmeta con el estado de la técnica publicado y, en algunos casos, patentado por IBM, y sugiere que algunas afirmaciones podrían no resistir un examen detallado.