پردازنده‌های دوهسته‌ای اینتل

اینتل از حركت به سوی تولید پردازنده‌های دوهسته‌ای طی سال آینده سخن می‌گوید. اما واقعیت این است كه حركت از همین امسال آغاز شده و ماشین بازاریابی اینتل با اعلام این موضوع در مطبوعات و نمایش اولین نمونه‌ها كار را آغاز كرده است.
● كمی تاریخچه
وقتی از پردازنده <دوهسته‌ای> سخن می‌گوییم، منظور ما دقیقاً همان چیزی است كه از نامش پیداست: دو مغز پردازنده روی یك تراشه. این برای اینتل معانی دیگری هم دارد. ازجمله: Pentium D (كه سابقاً با نام رمز Smithfield معرفی شد) و Pentium Extreme Edition ۸۴۰ برای كامپیوترهای رومیزی. طبق برنامه زمان‌بندی شده، قرار است این پردازنده‌ها به‌زودی رسماً معرفی شوند. بنابراین آنچه در حال حاضر به عنوان پردازنده دوهسته‌ای موجودیت دارد، نمونه نهایی نیست.
قرار است اینتل اواخر سال هم یك پردازنده دو هسته‌ای Xeon را عرضه كند كه برای سرورهای چند پردازنده با نام رمز Paxville و برای سرورها و ایستگاه‌های كاری دو پردازنده‌ای با نام رمز Dempsey شناخته می‌شود. این شركت تقریباً همزمان باXeon ، پردازنده دو هسته‌ای موبایل خود با نام رمز Yonah را عرضه خواهد كرد كه انتظار می‌رود یك پنتیوم M دو هسته‌ای باشد.
● مزایای پردازنده‌های جدید
شاید تعجب كرده باشید كه چرا باید از قرار گرفتن دو تراشه روی یك پردازنده این همه ذوق‌زده بشویم. البته این شوق و ذوق دلایل فنی محكمی هم دارد كه خواهیم گفت.
● كامپیوترهای نیم واتی اینتل!
به اعتقاد اینتل، در حد فاصل كامپیوترهای جیبی (PDA) و كامپیوترهای كیفی (notebook)، می‌توان محصول جدیدی را خلق كرد كه می‌تواند تمام قابلیت‌های یك كامپیوتر كامل ویندوزی را داشته باشد و درعین حال مصرف انرژی آن، یك دهم كم‌مصرف‌ترین نوت‌بوك‌های امروزی باشد.
اگر برای كار شما، نوت‌بوك بیش از حد بزرگ و PDA بیش از حد ضعیف است، احتمالا پیشنهاد اینتل برایتان جذاب خواهد بود. اینتل در نظر دارد بخش تازه‌ای را در بازار رو به رشد موبایل باز كند كه زیر مجموعه نوت‌بوك‌های كوچك قرار می‌گیرد. این بخش جدید كه اینتل مایل است آن را كامپیوتر رودستی (handtop pc) بنامد، شامل دستگاه‌های دست‌گرفتنی در حد و اندازه PDAهای امروزی، اما با توان پردازش و ذخیره‌سازی بسیار بالاتر خواهد بود تاجایی كه بتواند یك نسخه كامل ویندوز را اجرا كند.
البته این ایده اینتل كاملا‌ جدید نیست. به عنوان مثال، همین الان هم شركت OQO با كامپیوترهای فوق قابل حمل خود، در این رده از دستگاه‌ها قرار می‌گیرد كه اندازه‌ای كوچك‌تر از سطح یك سی‌دی دارد و می‌تواند ویندوز اكس‌پی را اجرا كند.
گذشته از اندازه، آن چه بسیار موردتوجه اینتل قرار گرفته، پایین آوردن مصرف است. مطابق گفته اینتل، در حال حاضر، تراشه‌های Pentium M سری ULV (یا Ultra Law Voltage) حدود پنج وات مصرف دارند. اما اینتل معتقد است می‌تواند در طول این دهه، این توان مصرفی را تا یك دهم كاهش دهد؛ یعنی به نیم وات برساند. قرار است كامپیوترهای رودستی نیم‌واتی اینتل تا سال ۲۰۰۶ آماده شوند. درباره معماری پردازنده این دستگاه، اینتل هنوز خبری منتشر نكرده‌است. اما قول داده در اجلاس بهار ۲۰۰۶ این شركت (موسوم به ۲۰۰۶ IDF Spring) اطلاعات بیشتری را در اختیار علاقمندان بگذارد.
برخی منابع آگاه معتقدند بعید است اینتل برای كامپیوترهای رودستی مورد نظر خود، از پردازنده‌های Yonah یاMerom استفاده كند و احتمالاً از نسل جدید XScale موسوم به Monahans بهره خواهد گرفت، كه در اجلاس اخیر اینتل با سرعت كلاك ۲۵/۱گیگاهرتز به نمایش گذاشته شد. هنوز خیلی زود است این دستگاه را از لحاظ سرعت با دستگاهی مثل OQO مقایسه كنیم.
انتظار نمی‌رود كامپیوتر رودستی ازجمله محصولا‌تی باشد كه بازار را اشباع كند. چون بیشتر بازار عمودی را مورد هدف قرار خواهد داد (چیزی شبیه شگردهای بازاریابی OQO). مصرف‌كنندگان احتمالی این نوع دستگاه‌ها مهندسان عمران، دلالان معاملات ملكی، كارگران ساختمانی و افرادی هستند كه در زمینه بهداشت فعالیت دارند. تفاوت اصلی كامپیوتر رودستی با OQO نیز در زمینه قیمت‌ خواهد بود. به نظر اینتل، قیمت دو‌هزار دلاری OQO برای كامپیوتر رودستی خیلی بالاست. اینتل هم هنوز قیمت مشخصی را اعلام نكرده‌است. اما تحلیلگران براین باورند كه این قیمت كمتر از یك‌هزار دلار خواهد بود.
● خداحافظ Pentium ۴
▪ معرفی نسل جدید پردازنده‌های اینتل‌
همایش پاییزه Intel Developer Foroum كه در ماه آگوست سال ۲۰۰۵ میلادی (مردادماه) سال جاری برگزار شد، حاوی یكی از مهم‌ترین اخبار دنیای پردازنده‌ها بود؛ اینتل به‌عنوان غول تراشه‌سازی، معماری نسل جدید پردازنده‌های مركزی خود را معرفی كرد و اعلام نمود معماری جدید برای لپ‌تاپ‌ها، دستكتاپ‌ها، ایستگاه‌های كاری و سرورها، یك معماری یكپارچه است و براساس درس‌هایی كه این شركت از دو معماری Net Burst (در Pentium۴) و Banias (به كار رفته در Pentium m) گرفته طراحی شده است.
به‌عنوان مثال، در نسل جدید پردازنده‌ها از قابلیت‌های ۶۴ بیتی، باس جلویی معماری NetBurst و فناوری‌های كاهش مصرف برق و اتلاف حرارتی Banias استفاده شده است. در عین حال ویژگی‌های مجازی‌سازی و امنیتی توسعه‌یافته از سوی این شركت نیز در معماری جدید گنجانده شده است. نسل جدید پردازنده‌های اینتل شامل سه دسته كلی می‌شوند:
▪Merom: برای كامپیوترهای همراه و كم مصرف
▪Conroe: برای كامپیوترهای دسكتاپ
▪Woodcrest: برای سرورها
نكته حائز اهمیت این است كه اینتل اكنون از معیار <كارایی برمبنای وات> به عنوان راهبرد جدید این شركت برای توسعه پردازنده‌های خود نام می‌برد. براین ‌اساس اینتل عنوان می‌كند كه برای Merom ،Conroe و woodcrest به ترتیب دستیابی به TDP تقریبی ۳۵، ۶۵ و ۸۰ وات را در نظر گرفته است. به این ترتیب، اینتل مدعی است كه كارایی پردازنده‌های Merom و woodcrest با معیار جدید <كارایی در هر وات> سه برابر و كارایی Conroe با این معیار پنج برابر نسل قبلی پردازنده‌ای این شركت خواهد بود.
كلیه پردازنده‌های مبتنی بر معماری جدید، حداقل دو هسته اجرایی خواهند داشت و پردازنده‌های چهار هسته‌ای نیز برای سرورها بعداً (احتمالاً اوایل سال ۲۰۰۷) عرضه خواهند شد. از این گذشته اینتل برای تولید نسل جدید پردازنده‌های خود از فناوری ۶۵ نانومتری استفاده خواهد كرد. قابلیت خروجی چهارگانه هسته‌ها، خط لوله ۱۴ مرحله‌ای (به جای خط لوله ۳۱ مرحله‌ای به كار رفته در معماری Prescott این شركت) و تعبیه L۲ cache اشتراكی میان هسته‌ها، از دیگر ویژگی‌های مهم معماری جدید به شمار می‌روند.
اینتل اعلام كرده است كه پردازنده‌های جدید این شركت اواسط سال ۲۰۰۶ میلادی عرضه خواهند شد. لازم به ذكر است كه اینتل در نظر دارد در ژانویه ۲۰۰۶ پردازنده كم مصرف و پیشرفته جدیدی به نام Yonah را نیز عرضه كند كه دو هسته اجرایی دارد و از فناوری تولید ۶۵ نانومتری بهره می‌برد.
اینتل (و همچنین AMD)، مدت‌هاست كه نیاز مردم به پردازنده‌های سریع‌تر و كارآمدتر را برآورده ساخته‌اند. هر چه این پردازنده‌ها سریع‌تر شدند، اندازه آن‌ها كوچك‌تر شد و زمینه پایینآمدن مصرف، كوچك‌شدن ترانزیستور و سریع‌شدن سرعت كلاك آن‌ها فراهم گشت. با این وجود، كوچك شدن پردازنده‌ها، منجر به هدر رفتن بیشتر جریان برق شد. اینتل هنوز ترفندهایی در آستین دارد تا بدون این‌كه هدر رفتن جریان مشكلی جدی ایجاد كند، به كوچك‌كردن پردازنده‌ها ادامه دهد. ولی رفتن به سوی دو پردازنده كم‌مصرف‌تر و كلاك‌پایین‌تر روی یك تراشه، راه حل مطمئنی است برای رسیدن به كارایی بهتر بدون هدر دادن جریان یا مصرف انرژی حرارتی بیشتر.
با یك نگاه به مصرف انرژی پردازنده‌های پنتیوم EE ۸۴۰ و پنتیوم ۴EE ۳.۳۷ GHz، این نظریه قوت بیشتری می‌گیرد. توان حرارتی پنتیوم ۴EE كه با سرعت ۳.۳۷GHz كار می‌كند، برای یك هسته، ۱۱۵ وات است. این توان برای پنتیوم EE ۸۴۰ با دو هسته مركب به ۱۳۰ وات می‌رسد. EE ۸۴۰ انرژی بیشتری مصرف می‌كند. اما این مصرف به اندازه دو برابر P۴‌EE نیست. بهره‌گیری از مدیریت هوشمندانه مصرف انرژی (مثلاً خاموش كردن هسته دوم در مواقع غیرضروری) و بهتر كردن SpeedStep (مثل آنچه در پردازنده‌های موبایل به كار می‌رود)، به EE ۸۴۰ امكان می‌دهد در موارد عادی بسیار كمتر از ۱۳۰ وات انرژی مصرف كند.البته اینتل تنها سازنده‌ای نیست كه به سوی دو هسته‌ای كردن گام برداشته است. AMD هم پا به پای این شركت حركت می‌كند. رقابت سنگینی میان این دو شركت برای ارائه زودتر اولین پردازنده دو هسته‌ای خود وجود دارد. اما آنچه اهمیت بیشتری دارد، عملكرد این پردازنده‌ها و هزینه نهایی آن‌هاست. جالب اینجاست كه اینتل و AMD، رویكردهای متفاوتی را در عرضه پردازنده‌های دو هسته‌ای پیش گرفته‌اند. اینتل می‌خواهد اول پردازنده‌های دسكتاپ (از جمله پنتیوم EE۸۴۰ خود را ارائه دهد و سپس به سراغ گروه موبایل و سرور برود. ولی AMD ابتدا پردازنده‌های دوهسته‌ای سروری خود را آماده می‌كند و سپس به تراشه‌های ۶۴ بیتی دسكتاپ می‌پردازد.
آنچه عجیب به نظر می‌رسد این است كه گویا AMD قصد ندارد تراشه پركاربرد خود، یعنی Athlon ۶۴ FX را دو‌هسته‌ای كند و آن‌را تغییر دهد. از آنجا كه ۶۴FX طرفداران بازی‌های كامپیوتری را هدف قرار داده است و آماده‌شدن بازی‌هایی كه بتوانند از مزایای پردازنده دو هسته‌ای سود ببرند، به‌طور تخمینی ۱۲ تا ۱۸ ماه طول می‌كشد، AMD دلیلی نمی‌بیند در این امر سرعت عمل زیادی به خرج دهد. البته این شركت در ارائه پردازنده‌های دو هسته‌ای موبایل هم عجله‌ای از خود نشان نمی‌دهد.
● دو هسته‌ای؟ برای من چه حاصلی دارد؟
با ظهور پدیده دوهسته‌ای‌شدن در پردازنده‌ها، شاید سؤال كنید كه پردازنده‌های تك هسته‌ای پنتیوم ۴، زئون و پنتیوم M چه سرنوشتی پیدا می‌كنند؟ اینتل در سال آینده، یا شاید هم سال‌های بعد، فروش تمام این پردازنده‌ها را در كنار تراشه‌های جدید دوهسته‌ای خود ادامه خواهد داد. البته این شركت رشد سریعی را برای تراشه‌های دوهسته‌ای پیش‌بینی می‌كند و انتظار دارد تا پایان سال ۲۰۰۶، برای بیش از ۷۰ درصد كامپیوترهای دسكتاپ و خانواده پنتیوم موبایل، و بیش از ۸۵ درصد سرورها، از پردازنده‌های دوهسته‌ای استفاده كند.
مزیت پردازنده‌های دو‌هسته‌ای صرفاً مصرف بهتر انرژی نیست. پردازنده دو هسته‌ای، درست مثل كامپیوترهای <دوپردازنده> كه برای هر پردازنده یك سوكت روی مادربورد آن ‌تعبیه شده‌است، دو تراشه مجزا دارد كه هر دو روی قاب پردازنده قرار می‌گیرند. افزایش كارایی از multi tasking و برنامه‌های چندرشته‌ای (multithread) حاصل می‌شود. برنامه‌های چند‌رشته‌ای چند پردازش را به‌صورت همزمان به اجرا می‌گذارند و multi task زمانی است كه چند برنامه همزمان در سیستم در حال اجرا باشند كه ممكن است خود این برنامه‌ها چند رشته‌ای یا تك‌رشته‌ای باشند. یك نمونه از این حالت زمانی است كه برنامه ضد ویروس در پشت صحنه مشغول مراقبت از كامپیوتر است و شما در حال استفاده از برنامه واژه‌پرداز خود هستید. پردازنده‌ای كه از لحاظ Multi task قدرتمندتر باشد، اجازه می‌دهد یك برنامه پردازشگر تصویر را در پشت صحنه به اجرا در آورید و خودتان مشغول انجام یك بازی سه‌بعدی سنگین بشوید.
شرط بهره‌مندی از این همه مزیت این است كه برنامه‌ها با در نظر گرفتن این قابلیت، نوشته (یا بازنویسی) شوند. بسیاری از برنامه‌های رایج، از جمله آفیس، نمی‌توانند از دو هسته‌ای بودن پردازنده‌ها بهره ببرند. برنامه‌های دیگر، از قبیل رمزكننده‌های ویدیو، ویرایشگرهای عكس (مثل فتوشاپ)، و برنامه‌های ایستگاه‌های كاری، پیشاپیش آمادگی بهره‌گیری از ویژگی‌های دوهسته‌ای‌ها را دارند. با متداول‌تر‌شدن پردازنده‌های دوهسته‌ای، می‌توان توقع داشت برنامه‌های چند رشته‌ای بیشتری در بازار یافت شوند. احتمالاً تغییراتی در كد برنامه‌هایی كه چند رشته‌ای نیستند، اما می‌توانند تا حدودی از پردازنده‌های دو هسته‌ای سود ببرند، ایجاد خواهد شد. در مقوله سرور كه كارایی حرف اول را می‌زند، برنامه‌های بیشتری وجود دارند كه آمادگی بهره‌گیری از توانمندی‌های دو هسته‌ای را داشته باشند. انتظار می‌رود سرورها و ایستگاه‌های كاری جدی‌تر، خیلی سریع‌تر به زئون دو هسته‌ای ارتقا پیدا كنند.
بدین ترتیب، نباید انتظار داشت كه پردازنده دو هسته‌ای همیشه بیشترین سرعت را داشته باشد. با توجه به این‌كه اولین نمونه‌های این نوع پردازنده‌های اینتل ۲/۳‌گیگاهرتز هستند و اینتل اخیراً پردازنده تك هسته‌ای پنتیوم ۴ خود را با سرعت ۸/۳‌گیگاهرتز بیرون داده است، در بسیاری از موارد سرعت تك‌پردازنده‌ها بیشتر از دو‌پردازنده‌ها خواهد بود. در این راستا، سایت Extremetech.com آزمون‌های مهمی انجام داده كه مشاهده نتایج آن اطلاعات خوبی را در این زمینه به دست می‌دهد.
● مشخصات پردازنده دو هسته‌ای
پس از بررسی‌هایی كه گذشت، بهتر است مشخصات و ویژگی‌های این پردازنده نیز آورده شود تا امكان سنجش و ارزیابی بیشتر آن فراهم آید.
Pentium Extreme Edition ۸۴۰
۳.۲GHz dual core processor
(۲MB L۲ Cache (۱MB each core۲
۸۰۰MHz FSB
(Intel EM ۶۴T(۴۶ bit technology
Execute Disable Bit for some antivirus protection
Built on ۹۰ nm process technology
LGA۷۷۵ package
Die size: approx .۲۰۶mm
Transistor count: approx.۲۳۰M
● نتایج آزمون‌های Extremetech.com
گفته شد این سایت آزمون‌های مهمی را در مورد این پردازنده انجام داده است و نتایج حاصل شده از این آزمون‌ها اهمیت شایانی دارد. به‌همین‌خاطر در اینجا فهرست‌وار خلا‌صه‌ای از این نتایج و دستاوردها آورده می‌شود:
- آزمون‌های SYSmark نشان داد كه در بخش برنامه‌های آفیس، پنتیوم دوهسته‌ای ۲/۳‌‌گیگاهرتزی بهتر از پنتیوم‌ چهار ۳۷/۳ گیگاهرتزی عمل نمی‌كند.
- بخش ICC حكایت دیگری داشت. روتین ICC با اجرای برنامه‌های كدگذاری ویدیو، WinZip، و VirusScan در پشت صحنه و اجرای برنامه‌های دیگر در جلوی صحنه، به آزمایش multi tasking پرداخت. در این آزمون تعدادی برنامه چند رشته‌ای هم به اجرا گذاشته شد. در این آزمون پردازنده دو هسته‌ای توانست بر پردازنده سریع‌تر P۴ EE فایق آید.
- آزمون بازی نشان داد كه بازی‌ها قطعاً چند رشته‌ای نیستند. در این آزمون تراشه EE ۸۴۰ كندتر از P۴ EE عمل كرد.
- وقتی برنامه‌ای را به صورت چند رشته‌ای می‌نویسند، آن طور كه آزمون ۵.۷ Lightwave نشان داد، پردازنده دو هسته‌ای قابلیت‌های خود را نشان می‌دهد و از CPUهای كلاك‌سریع‌تر پیشی می‌گیرد. از آنجا كه هر دو پردازنده از فناوری Hyper-threading حمایت می‌كنند، این آزمون عامل تعیین‌كننده‌ای نبود.
نتایج آزمون‌های فوق نشان می‌دهند كه برای بعضی برنامه‌ها و برخی سناریوها، پردازنده دو هسته‌ای كارایی بهتری دارد. اما در برنامه‌های تك رشته‌ای و سناریوهای single-task پردازنده‌های دو هسته‌ایِ با كلاك پایین‌تر، نسبت به پردازنده‌های تك‌هسته‌ای موجود سرعت بیشتری ندارند.

‌ترجمه: بابك احترامی‌

منبع : ماهنامه شبکه