نگاهی به روند توسعه کارایی و سرعت پردازندههای مرکزی
اشاره : AMD در سال 2003 اولین پردازنده 64 بیتی دسکتاپ و سرور را معرفی کرد. در همان سال اپل با معرفی کامپیوترهای G5 که از پردازندههای 64 بیتی ساخت IBM استفادهمیکردند رقابت در دنیای 64 بیتی را تشدید کرد.
گوردن مور قانون مشهور خود را در مورد افزایش سرعت پردازندهها در سال 1965 اعلام کرد. و از آن زمان تاکنون سرعت و کارایی پردازندههای مرکزی کامپیوترها، کم و بیش به تبعیت از آن قانون افزایش مییابد. طبق قانون مور کارایی پردازندهها هر 18 ماه دو برابر میشود.
با این حال طی یک دوره زمانی چند ساله این روند رو به کندی نهاد. مطابق تحقیقات به عمل آمده در فاصله زمانی میان سالهای 1985 تا 1996 میلادی کارایی پردازندهها به طور میانگین در هر سال 58 درصد افزایش یافته است. براساس همین تحقیقات، طی هفت سال بعدی (1996 - 2004) میانگین افزایش کارایی، سالانه 41 درصد رشد داشته است که میان سالهای نخست قرن بیست و یکم میلادی با میانگین افزایش کارایی سالانه تقریباً 25 درصدی روند نزولی بیشتری داشتهاند.
همین موضوع بزرگان صنعت تراشهسازی را بر آن داشت تا برای حل این مشکل دست به دامان شیوههای جدیدی شوند. حاصل این تفکر در حوزه کامپیوترهای شخصی یعنی جولانگاه اینتل و AMD، باعث اولین تحول عمده در این حوزه در سال 2003 میلادی شد. AMD در این سال اولین پردازنده 64 بیتی دسکتاپ و سرور را معرفی کرد. در همان سال اپل با معرفی کامپیوترهای G5 که از پردازندههای 64 بیتی ساخت IBM استفادهمیکردند رقابت در دنیای 64 بیتی را تشدید کرد.
اینتل نیز اگر چه با تأخیر (اوایل سال 2004 میلادی) به جمع تولیدکنندگان پردازندههای 64 بیتی اضافه شد و به هر حال به واسطه سلطه خود در دنیای کامپیوترهای شخصی، نقش عمدهای در روشنکردن آینده توسعه پردازندهها ایفا کرد. به این ترتیب مشخص شده بود که افزایش سرعت کلاک، یعنی موضوعی که اینتل سالها بر روی آن تأکید و تبلیغ میکرد، از این پس مهمترین معیار افزایش کارایی پردازندهها نخواهد بود. توسعه پردازندههای 64 بیتی موضوع جدیدی نیست و در واقع از نخستین سالهای دهه 1990 میلادی به صورت محدود توسعه داده میشدند و مورد استفاده قرار میگرفتند. اما توسعه پردازندههای 64 بیتی برای حوزه دسکتاپ و حتی موبایل تولدی تازه برای این نوع پردازندهها به شمار میآمد.
مبنای حرکت به سوی رایانش 64 بیتی در این حوزهها مجموعهای از بسطو الحاقاتی هستند که توسط AMD برای معماری 86 X توسعه یافته است. AMD در زمان توسعه این فناوری آن را 64-86x مینامید. اما سرانجام نام آن را به AMD 64 تغییر داد. این تغییرنام بیحکمت نبود. چرا که اینتل مجبور میشد برای تعبیه چنین ویژگیهایی در پردازندههای خود از چنین عباراتی استفاده کند: <و اکنون سازگار با 64>AMD !
اینتل البته مرتکب چنین خطایی نشد و بهرغم تقلید از فناوری AMD آن را Extended memory 46 Technology) EM 46T) نامید. در حقیقت تنها تفاوت این دو فناوری در نامگذاری آنهاست؛ کدهای کامپایل شده برای AMD 64 بدون هیچ مشکلی بر روی یک پردازنده مبتنی برEM 46T اجرا میشوند و برعکس.
یکی از مهمترین مزایای فناوری 64 بیتی، رفع مشکل قدیمی محدودیت حافظه است. در پردازندههای 32 بیتی سیستمعامل میتواند از یک سیستم آدرسدهی حافظه 32بیتی، استفاده کند. به این ترتیب ظرفیت حافظه به دو بهتوان 32 یا چهار گیگابایت محدود میشود. اما در دنیای 64 بیتی از نظر تئوری یک سیستمعامل میتواند از یک آدرسدهی 64 بیتی استفاده کند که به این ترتیب ظرفیت حافظه به 2 بهتوان 64 یا شانزده اگزابایت افزایش خواهد یافت. در عمل سیستمهای عامل امروزی که برای پردازندههای 64بیتی امروزی توسعهیافته و یا بهینه شدهاند، از یک سیستم آدرسدهی 40 بیتی استفاده میکنند تا ظرفیت حافظه به 16 ترابایت برسد.
شوک دوم دو سال بعد یعنی در سال 2005 میلادی ایجاد شد. اینتل، AMD و IBM با عرضه پردازندههای دو هستهای برای کامپیوترهای شخصی بازار این کامپیوترها را تکان دادند. دو هستهای شدن پردازندهها نیز موضوع جدیدی نیست و چندین سال پیش از عرضه نمونههای ویژه کامپیوترهای شخصی، در سرورها مورد استفاده قرار گرفته بودند. اولین پردازنده دو هستهای به نام Power 4 در سال 2001 توسط IBM عرضه شد.
با این حال اینتل اولین شرکتی بود که برای کامپیوترهای شخصی چنین پردازندههایی را تولید کرد. اساس طراحی پردازندههای دو هستهای، تعبیه دو هسته اجرایی بر روی یک die (قطعه سیلیکون) است. با این حال اینتل در اولین نسل پردازندههای دو هستهای خود هر یک از هستهها را بر روی یک die جداگانه تعبیه کرد.
(در واقع دو پردازنده Pentium 4 را برای یک تراشه عرضه کرد). البته اینتل بعدها اعتراف کرد که این شیوه صرفاً برای پیشیگرفتن از رقبا به کار گرفته شده و در واقع یک روش موقتی برای جبران عقبماندگی این شرکت در مقابل AMDاز نظر افزایش کارایی پردازندهها بوده است. اما نکته مهمتر این است که دو هستهای شدن پردازندهها فقط شروع جدید برای سریعترکردن پردازندهها است. بزرگان تراشهسازی در نظر دارند در آیندهای نه چندان دور پردازندههای چهار، شش و هشت هستهای تولید کنند و این روند همچنان ادامه پیدا کند.
در حوزه سرورها، رقابت بسیار داغتر از حوزه دسکتاپ است. در این حوزه IBM و سان با پردازندههای مبتنی بر معماری RISC خود در حال رقابت با اینتل و AMD هستند. IBM با معماری پیشرفته پردازندههای خود رقبای دیگر را تهدید میکند و سان با سرمایهگذاری سنگین به توسعه پردازندههایSparc میاندیشد. اینتل و AMD نیز با پردازندههای مبتنی بر معماری x86 خود در این حوزه، یعنی زئون و اینتل، در تلاشند سهم بزرگتری از بازار سرورها را از آن خود کنند.
در حالی که صاحب نظران این عرصه عنوان میکنند که پردازندههای x86 مبتنی بر معماری CISC به پایان راه خود نزدیک شدهاند، اینتل و AMD همچنان کارایی پردازندههای خود را افزایش میدهند. البته اینتل از سالها قبل معماری کاملاً متفاوت و پیشرفتهای را به عنوان جایگزین x86 دنبال میکند.
این شرکت توسعه این معماری 64 بیتی را که IA-64 نامیده میشود از سال 1994 با مشارکت HP آغاز کرده است. اولین پردازنده مبتنیبر این معماری ایتانیوم نام دارد که در سرورهای رده بالا مورداستفاده قرار میگیرد. با این حال بهرغم همه تلاشهای اینتل، ایتانیوم به جایگاه چندان مناسبی در سرورها دست نیافته است و این شرکت بهواسطه مشکلاتی چون ناسازگاری با نرمافزارهای x86 در گسترش آن ناکام مانده است.
به هر حال در حال حاضر اینتل، AMD ،IBM و سان فعالترین شرکتها در عرصه تولید پردازندههای مرکزی هستند. تلاشهای این چهار شرکت در این حوزه تنها به افزایش سرعت پردازندهها محدود نمیشود، بلکه آنها با اضافه کردن قابلیتهای جدیدی چون تعبیه ویژگیهای امنیتی درون تراشهای، فناوری مجازیسازی و ... نیز توانایی محصولات خود را افزایش میدهند.
در پروندهای که پیشرو دارید تلاش کردهایم آخرین تحولات صنعت ساخت پردازندههای مرکزی را مورد بررسی قرار دهیم. نخستین مقاله از پرونده ویژه به معرفی یکی از کلیدیترین ویژگیهای نسل جدید پردازندهها یعنی مجازیسازی (Virtualization) اختصاص دارد که به واسطه اهمیت این موضوع در مقالهای مجزا به آن پرداخته شده است. دومین مقاله این پرونده به بررسی حرکتهای جسورانه شرکت سان مایکروسیستمز برای توسعه پردازندههای خود اختصاص دارد. در مطلب سوم با جدیدترین پردازندههای اینتل آشنا شده و از تصمیمات این شرکت برای تولید پردازندههای جدید مطلع خواهید شد.
دو مقاله بعدی به بررسی مفصل پردازندههای کنونی AMD و معرفی طرحهای آتی این شرکت اختصاص دارند. در ششمین مقاله این مجموعه تلاشهای IBM برای توسعه پردازندههای خود در حوزههای مختلف از جمله کنسولهای سرگرمی مورد بررسی قرار گرفته است.
در نهایت و در آخرین مقاله این پرونده در خواهید یافت که توانایی واحدهای پردازش گرافیکی یا GPUها در انجام محاسبات چندمنظوره به جایی رسیده است که میتوان آنها را رقیبی برای پردازندههای مرکزی نامید.