Transmeta

Primeiros anos em sigilo

Fundada em 1995, a Transmeta manteve seus projetos em sigilo até a apresentação pública da empresa, em 19 de janeiro de 2000. Mais de 2.000 acordos de confidencialidade foram assinados nessa fase. Pouco se sabia sobre os produtos que a empresa pretendia oferecer. Seu site entrou no ar em meados de 1997 e, por cerca de dois anos e meio, exibiu apenas a frase "Esta página da web ainda não está aqui".

Em 12 de novembro de 1999, o código HTML do site passou a conter uma mensagem oculta:

Sim, há uma mensagem secreta, e é esta: a política da Transmeta tem sido manter seus planos em sigilo até ter algo para demonstrar ao mundo. Em 19 de janeiro de 2000, a Transmeta vai anunciar e demonstrar o que os processadores Crusoe podem fazer. Nesse mesmo dia, todos os detalhes serão publicados neste site para que qualquer pessoa na Internet possa vê-los. O Crusoe será uma combinação interessante de hardware e software para aplicações móveis. O Crusoe será pouco convencional, e é por isso que quisemos avisar com antecedência para que você visite o site inteiro em janeiro. Assim, poderá conhecer a história completa e ter acesso a todos os detalhes assim que estiverem disponíveis.

A empresa procurava contratar funcionários sem chamar a atenção, embora houvesse especulações na Internet. Aos poucos, surgiram informações de que ela trabalhava em um processador VLIW que traduzia código x86 para seu próprio conjunto de instruções.

Apresentação ao público

Em 19 de janeiro de 2000, a Transmeta realizou um evento na Villa Montalvo, em Saratoga, na Califórnia. A empresa anunciou o Crusoe, um processador compatível com x86 que usava tradução binária dinâmica, e publicou um documento técnico de 18 páginas sobre seu funcionamento.

A Transmeta apresentou sua tecnologia como uma inovação capaz de transformar o mercado de processadores de baixo consumo. Pretendia superar os concorrentes em desempenho e economia de energia, mas os primeiros testes do Crusoe ficaram abaixo das expectativas. Enquanto o processador era desenvolvido, a Intel e a AMD aumentaram as frequências de seus produtos e adotaram mecanismos de redução do consumo. O Crusoe encontrou espaço sobretudo em computadores pequenos e de baixo consumo.

Em 7 de novembro de 2000, dia das eleições nos Estados Unidos, a Transmeta fez sua oferta pública inicial de ações a US$ 21 por ação. No primeiro pregão, a cotação chegou a US$ 50,88 e fechou a US$ 45,25, com alta de cerca de 115%. A oferta inicial de 13 milhões de ações levantou US$ 273 milhões. A abertura de capital ocorreu em 2000, ano do estouro da bolha da Internet.

As primeiras demissões ocorreram em julho de 2002 e reduziram o quadro de funcionários em 40%.

Em 14 de outubro de 2003, a Transmeta anunciou o Efficeon. A empresa prometia aproximadamente o dobro do desempenho do Crusoe na mesma frequência. O projeto ampliava o núcleo de execução e seus recursos, mas também aumentava a área do chip. Em testes publicados por Van Smith em 2004, o Efficeon ainda ficou atrás dos processadores móveis da Intel e da AMD usados na comparação.

Em janeiro de 2005, a empresa anunciou uma reestruturação para reduzir sua dependência da venda de semicondutores e concentrar-se no licenciamento de propriedade intelectual. Em 31 de março, anunciou a demissão de 67 pessoas e a manutenção de 208 funcionários. Um acordo com a Sony previa os serviços de mais de cem engenheiros da Transmeta para ampliar o uso do LongRun2 e trabalhar em outros projetos.

Em 31 de maio de 2005, a Transmeta anunciou acordos de venda de ativos e licenciamento com a Culture.com Technology Limited, de Hong Kong. A demora na obtenção das licenças de exportação de tecnologia junto ao Departamento de Comércio dos Estados Unidos impediu a conclusão da operação. As empresas anunciaram o encerramento dos acordos em 9 de fevereiro de 2006.

Em 10 de agosto de 2005, a Transmeta anunciou seu primeiro trimestre com lucro. Em 20 de março de 2006, o GameSpot informou que a empresa trabalhava em um projeto ainda não divulgado da Microsoft. Tratava-se de uma plataforma com mecanismos de segurança, comercializada sob a marca AMD para o programa FlexGo da Microsoft.

Em 11 de outubro de 2006, a Transmeta anunciou uma ação contra a Intel por suposta violação de dez patentes estadunidenses relativas à arquitetura de computadores e à eficiência energética. A acusação abrangia a fabricação e a venda de processadores das famílias Pentium III, Pentium 4, Pentium M, Core e Core 2.

Em 7 de fevereiro de 2007, a empresa encerrou sua divisão de serviços de engenharia e demitiu 75 funcionários. Também anunciou que deixaria de desenvolver e vender hardware para se dedicar ao desenvolvimento e ao licenciamento de propriedade intelectual. A AMD investiu US$ 7,5 milhões na Transmeta, interessada em suas tecnologias de eficiência energética.

Em 24 de outubro de 2007, a Transmeta anunciou um acordo para encerrar o processo contra a Intel. A Intel pagaria US$ 150 milhões inicialmente e US$ 20 milhões por ano durante cinco anos, além de desistir de suas próprias acusações contra a Transmeta. O acordo previa o licenciamento de patentes da Transmeta e a transferência de um pequeno conjunto delas à Intel. O pagamento de cerca de US$ 34 milhões a três executivos da Transmeta provocou críticas de um investidor. Em setembro de 2008, as empresas acertaram a antecipação dos pagamentos restantes. Junto com outro acordo de licenciamento, a operação resultou em um pagamento único de US$ 91,5 milhões.

Em agosto de 2008, a Transmeta licenciou suas tecnologias LongRun e de baixo consumo à Nvidia por um pagamento único de US$ 25 milhões. Em 17 de novembro, anunciou um acordo definitivo de aquisição pela Novafora, empresa de processadores de vídeo digital com sede em Santa Clara. A operação previa US$ 255,6 milhões em dinheiro, sujeitos a ajustes de capital de giro. A aquisição foi concluída em 28 de janeiro de 2009, e a carteira de patentes foi vendida à Intellectual Ventures.

A Intellectual Venture Funding LLC adquiriu as patentes desenvolvidas pela Transmeta como parte dessa operação. A Novafora encerrou suas atividades no fim de julho de 2009, após dificuldades financeiras e problemas para executar seus planos.

Direção

A Transmeta teve seis diretores executivos ao longo de sua existência.

Funcionários

A equipe da Transmeta reuniu profissionais já conhecidos no setor, como Linus Torvalds, criador do Linux, Hans Peter Anvin, desenvolvedor do núcleo Linux, Stephen C. Johnson, autor do Yacc, e Dave D. Taylor, desenvolvedor de jogos. A presença desses profissionais alimentou rumores e teorias da conspiração sobre os projetos da empresa e despertou o interesse da imprensa.

Captação de recursos

A Transmeta financiou suas atividades com investimentos privados e ofertas de ações. Também recebeu pagamentos por licenciamento e pelo acordo judicial com a Intel. A tabela reúne operações de captação e pagamentos recebidos pela empresa.

Crusoe

O Crusoe foi a primeira família de microprocessadores da Transmeta. Seu nome veio do personagem literário Robinson Crusoe.

O desempenho do Crusoe e suas vantagens no consumo de energia foram questionados em avaliações de computadores equipados com o processador. Em seus testes, Van Smith apontou que o CMS e a organização da memória cache favoreciam programas de teste pequenos e repetitivos, cujas traduções podiam ser reutilizadas. Em aplicações maiores, o custo da tradução podia reduzir o desempenho. A interface southbridge também limitava a largura de banda disponível para gráficos e outras operações de entrada e saída. Alguns testes não eram executados corretamente, o que levou Smith a questionar a compatibilidade do processador. Sua avaliação de 2003 também contestou a expectativa de grandes ganhos na autonomia da bateria, pois outros componentes do computador consumiam parte da energia.

Efficeon

O Efficeon foi o projeto de segunda geração da Transmeta, com um núcleo VLIW de 256 bits. Seu antecessor, o Crusoe, usava uma arquitetura VLIW de 128 bits. O Efficeon também foi desenvolvido para oferecer eficiência de processamento, baixo consumo de energia e menor dissipação de calor.

A versão de 90 nm, lançada em 2004, chegou à frequência de 1,6 GHz. O processador integrava as funções de northbridge, dispensando um chip separado para elas. O Intel Atom, lançado em 2008 com processo de fabricação de 45 nm, também foi desenvolvido para baixo consumo, mas sua plataforma inicial dependia de um chipset externo.

O Efficeon corrigiu limitações do Crusoe, com mais unidades de execução e novas interfaces de memória e de entrada e saída. A Transmeta anunciava desempenho aproximadamente duas vezes maior na mesma frequência. A área do chip era de 119 mm² no processo de 130 nm e foi projetada para cair a 68 mm² com o processo de 90 nm.

A empresa ajustava o produto a limites de dissipação térmica para computadores pequenos, inclusive modelos sem ventilador. Em uma avaliação publicada em abril de 2004, Van Smith comparou um Efficeon de 1 GHz ao Pentium M Banias da Intel e ao Mobile Athlon XP da AMD. O Efficeon obteve resultados inferiores no conjunto de testes usado na análise, que também apontou reduções de frequência sob carga para controlar a temperatura.

Code Morphing Software

O Code Morphing Software, ou CMS, permitia aos microprocessadores da Transmeta executar instruções X86. Em linhas gerais, ele lia as instruções x86 e gerava instruções para um processador VLIW proprietário, de forma semelhante ao sistema Shade. A tradução do CMS exigia mais processamento que a do Shade, mas produzia código mais otimizado. O CMS também tinha um interpretador e emulava a execução em modo de usuário e em modo de sistema.

O CMS reunia um interpretador, um sistema de tempo de execução e um tradutor binário dinâmico. Primeiro, interpretava as instruções x86 uma a uma e analisava sua execução. Depois, usava a frequência de execução e outras heurísticas para gerar traduções cada vez mais otimizadas.

Outras tecnologias de emulação e tradução binária surgiram nas décadas de 1990 e 2000. Entre elas estavam o Wabi, para Solaris e Linux, o FX!32, para Alpha, o IA-32 Execution Layer, para Itanium, o DAISY, da IBM, e o emulador de processadores Motorola 68000 usado nos computadores PowerPC. O CMS precisava executar o conjunto completo de instruções x86, desde o código de inicialização até as instruções de multimídia.

O funcionamento do CMS se assemelhava à etapa final de otimização de um compilador convencional. Um trecho de código x86 de 32 bits podia conter estas instruções:

add eax,dword ptr [esp] // lê dados da pilha e soma a eax
add ebx,dword ptr [esp] // faz o mesmo para ebx
mov esi,[ebp]          // carrega esi com dados da memória
sub ecx,5              // subtrai 5 do registrador ecx

A primeira tradução para as instruções nativas era direta:

ld %r30,[%esp]       // lê dados da pilha para um registrador temporário
add.c %eax,%eax,%r30 // soma a %eax e atualiza os códigos de condição
ld %r31,[%esp]
add.c %ebx,%ebx,%r31
ld %esi,[%ebp]
sub.c %ecx,%ecx,5

O otimizador eliminava subexpressões comuns e atualizações desnecessárias dos códigos de condição. Também podia aplicar outras otimizações, como o desenrolamento de laços:

ld %r30,[%esp]     // lê os dados da pilha apenas uma vez
add %eax,%eax,%r30
add %ebx,%ebx,%r30 // reutiliza os dados já carregados
ld %esi,[%ebp]
sub.c %ecx,%ecx,5  // só esta atualização dos códigos de condição é necessária

Por fim, agrupava as instruções individuais, chamadas de "átomos", em palavras de instrução longas, chamadas de "moléculas", para execução pelo hardware:

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

Essas duas moléculas VLIW podiam ser executadas em menos ciclos que as instruções originais em um processador x86.

A Transmeta apontava as seguintes vantagens técnicas nessa abordagem:

1. Quando a Intel ou a AMD ampliassem o conjunto de instruções x86, a Transmeta poderia adaptar seus produtos por meio de uma atualização de software, sem redesenhar o chip.
2. O desempenho e o consumo de energia poderiam ser ajustados por software às necessidades do mercado.
3. Falhas de projeto ou fabricação poderiam ser contornadas por software.
4. O desenvolvimento do núcleo poderia se concentrar em aumentar sua capacidade ou reduzir o consumo, enquanto a compatibilidade com programas x86 antigos ficaria a cargo do CMS.
5. O processador poderia emular outras arquiteturas, até mesmo simultaneamente. Na apresentação do Crusoe, a Transmeta demonstrou a execução intercalada de código Java e x86 no mesmo hardware.

Antes do lançamento do Crusoe, circularam rumores de que a Transmeta desenvolveria um processador híbrido, capaz de executar código PowerPC e x86. A empresa se concentrou inicialmente no mercado x86 de consumo muito baixo.

A linha Efficeon passou a oferecer suporte ao bit NX e às instruções SSE3. O conjunto de instruções era implementado pelo CMS, e o folheto do TM8800 de janeiro de 2005 já apresentava esses recursos. A distribuição dessas atualizações dependia dos fabricantes dos computadores. Os custos de suporte e de verificação de produtos já vendidos limitavam a oferta de novas versões.

Núcleo VLIW

Com o CMS, o Efficeon oferecia um conjunto de recursos semelhante ao dos processadores Pentium 4 da Intel. Também tinha controlador de memória integrado e barramento HyperTransport de entrada e saída, recursos presentes no Opteron da AMD. O suporte ao bit NX permitia impedir a execução de código em regiões de memória, em conjunto com o modo PAE.

O desempenho do Efficeon em comparação com processadores móveis como o Pentium M dependia da aplicação e da configuração do computador. Nos testes de Van Smith publicados em 2004, o Efficeon ficou atrás dos modelos móveis da Intel e da AMD usados na comparação.

O Efficeon foi oferecido em encapsulamentos BGA com 783 ou 592 contatos. Alguns modelos consumiam cerca de 3 W a 1 GHz e 7 W a 1,5 GHz, o que permitia projetos com resfriamento passivo.

Foram produzidas duas gerações. A primeira, TM8600, usava o processo de 130 nm da TSMC, com versões que chegavam a 1,1 GHz. A segunda, formada pelos modelos TM8800 e TM8820, usava o processo de 90 nm da Fujitsu, com frequências entre 1 GHz e 1,7 GHz.

O núcleo do TM8600 tinha duas unidades lógicas e aritméticas, duas unidades de leitura e gravação, duas unidades de multimídia compatíveis com MMX, SSE e SSE2, uma unidade de ponto flutuante e uma unidade de desvio. Cada palavra VLIW, ou molécula, tinha até 256 bits. No TM8600, ela podia reunir até sete operações de 32 bits, chamadas de átomos, e uma extensão de código de operação de 32 bits. As operações agrupadas eram executadas em paralelo.

O Efficeon tinha 128 KB de cache L1 para instruções, 64 KB de cache L1 para dados e 1 MB de cache L2, todos integrados ao chip. O CMS reservava parte da memória principal para armazenar as traduções das instruções x86, 32 MB no modelo TM8800.

Compilação nativa

Em princípio, seria possível otimizar código x86 para o CMS ou fazer um compilador gerar instruções diretamente para a arquitetura VLIW nativa. Em 2003, Linus Torvalds, que havia trabalhado na Transmeta, rejeitou essas propostas como impraticáveis:

O código nativo do Crusoe, mesmo que fosse documentado e estivesse disponível, não se presta muito bem às tarefas de um sistema operacional de uso geral. Ele não tem noção de proteção de memória, e não há uma unidade de gerenciamento de memória para acessos ao código. Por isso, coisas como módulos do núcleo simplesmente não funcionariam.

As traduções costumam ser melhores que o código nativo compilado estaticamente, porque toda a CPU foi projetada para execução especulativa, e os compiladores estáticos não sabem fazer isso. Usar o modo nativo não significa necessariamente melhorar o desempenho.

Então, não, isso não traria um benefício real. Além disso, nem sequer é uma opção, já que a Transmeta nunca divulgou detalhes suficientes para permitir que isso fosse feito. Em grande parte, por questões de segurança: se você disponibilizar interfaces para mexer no "microcódigo", será possível fazer coisas bastante prejudiciais.

[... Eu quis dizer...] "você não pode fazer isso". E nem vamos contar os detalhes de por que você não pode fazer isso.

Na verdade, mesmo dentro da Transmeta você não pode fazer isso sem uma versão especialmente autorizada da memória flash que permita atualizações. Se algum dia você vir uma máquina com um aviso bem visível de "CMS atualizado para a versão de desenvolvimento", isso é um indício de que os desenvolvedores da TMTA podiam modificá-la.

Linus Torvalds, lista de discussão linux-kernel.

Um trabalho de engenharia reversa publicado em 2004 esclareceu detalhes da arquitetura VLIW nativa e de seu conjunto de instruções. Seus autores apontaram limitações que impediam a adaptação de um sistema operacional como o Linux para execução direta nessa arquitetura.

O mesmo trabalho comparou a tecnologia patenteada pela Transmeta com soluções já publicadas e, em alguns casos, patenteadas pela IBM. Os autores questionaram se algumas reivindicações das patentes da Transmeta resistiriam a uma análise detalhada.