چشم‌انداز پیشرفت پردازنده‌ها - نگاهی به تحولات سخت‌افزاری درحوزه پردازنده‌های مرکزی‌

پیشرفت‌های سخت‌افزاری در حوزه پردازنده‌های مرکزی و گرافیکی، بیش از حوزه‌های دیگر مشهود است. استفاده از شیوه‌های متنوع‌تر و پیچیده‌تر برای بهبود کارایی پردازنده‌ها، باعث افزایش سرعت تحولات در این حوزه نیز شده است. در این نوشتار برخی از وقایع مهم و احتمالاتی که ممکن است شکل کنونی پیشرفت پردازنده‌ها را دگرگون کنند، به اختصار مورد بررسی قرار گرفته‌اند. آینده در گذشته‌ همه کسانی که درنخستین ساعات چهارشنبه ۲۴ اسفند ۱۳۸۴ به پایگاه وب electronicsweekly.com مراجعه کرده بودند، با جملات عجیبی در یکی از گزارش‌های این سایت مواجه می‌شدند.
محتوای خبر به تمایل شرکت AMD به استفاده از پردازنده‌های کمکیِ شرکتی به نام ClearSpeed مربوط بود. بنابراین گزارش، ClearSpead که به طراحی و تولید پردازنده‌های موازی اشتراکی می‌پردازد، درحال مذاکره با AMD است تا به ساخت پردازنده‌های کمکی ویژه پردازنده‌های خانواده X۸۶ شرکت AMD رو ‌آورد.
اما طبق این گزارش، درپشت پرده این مذاکرات نگرانی‌های AMD درمورد کارایی پردازنده‌های دو (و چند) هسته‌ای این شرکت نمایان شده است.
دلیل عمده این نگرانی‌ها، کارایی حیرت‌انگیز پردازنده ساخت IBM، توشیبا و سونی، یعنی Cell است! نکته جالب و درعین حال عجیب این گزارش، دیدگاه یکی از مدیران AMD درباره Cell بود، مبنی بر این‌که: چه اتفاقی افتاده است؟ آیا AMD درخواب غفلت به سر می‌برد؟ و مهم‌تر این‌که، چه ویژگی خاصی در Cell، پردازنده‌ای که در وهله نخست برای کنسول‌های بازی طراحی شده است، باعث چنین ابراز نظر نادری از سوی یکی از مردان AMD شده است؟ ساعاتی بعد اگر دوباره به همان پایگاه وب مراجعه می‌کردید و به دنبال گزارشی که به آن اشاره شد می‌گشتید، اثری از آن نمی‌یافتید. در پایان روز این گزارش دوباره روی سایت قرار گرفته بود.
اما این‌بار ضمن تلطیف لحن آن، نقل قول مدیر AMD نیز حذف شده بود. ظرفیت‌های Coherent HT استفاده از پردازنده‌های کمکی (Coprocessor) از سال‌ها قبل درحوزه ایستگاه‌های کاری و سرورها مورد توجه و گاه مورد استفاده قرار می‌گرفت. این پردازنده‌ها که معمولاً روی یک بورد مجزا تعبیه می‌شوند و سپس از طریق یکی از گذرگاه‌های ارتباطی مانند PCI به سیستم الحاق می‌شوند، غالباً از سوی صنایع بزرگ (نفتی، گازی، هواپیماسازی و ...) مورد استفاده قرار می‌گیرند. پردازنده‌های کمکی سرعت سیستم را در پردازش‌هایی خاص (مثلاً در محاسبات ممیز شناور) افزایش می‌دهد.
به عنوان نمونه، پردازنده کمکی CSX۶۰۰ شرکت ClearSpeed که در اواسط سال ۲۰۰۵ میلادی معرفی شده است، ۹۴ هسته پردازش با فرکانس ۲۵۰ مگاهرتز دارد که هریک شش کیلوبایت حافظه محلی دارند و از ۱۲۸ کیلوبایت حافظه موقت اشتراکی استفاده می‌کنند. این پردازنده می‌تواند سرعت پردازش‌های ریاضی خاصی را افزایش دهد و با این‌که توان محاسباتی این پردازنده ۲۵ گیگاهرتز است، فقط ده وات برق مصرف می‌کند.
درعین حال مشکل عمده اغلب پردازنده‌های کمکی آن است که بخش عمده‌ای از ظرفیت‌های آن‌ها به واسطه تأخیرهای ناشی از جابه‌جایی اطلاعات میان تخته مدارها هدر می‌رود و استفاده از آن‌ها را محدود می‌کند.
اما یکی از مهم‌ترین رویدادهایی که می‌تواند این وضعیت را به کلی دگرگون کند، اقدامات اخیر شرکت AMD به عنوان دومین سازنده بزرگ پردازنده‌های مرکزی خانواده X۸۶ است. AMD اخیراً اعلام کرده است که استفاده از استانداردHyperTransport یا اختصارا HT، می‌تواند پیشرفت‌های مهمی را در زمینه استفاده از پردازنده‌های کمکی به وجود بیاورد. به‌طور دقیق‌تر، استفاده از گذرگاه Coherent HT امکان تعبیه پردازنده‌های کمکی روی سوکت پردازنده را فراهم می‌کند.
CHT نوع خاصی از HT است که AMD از آن برای مرتبط ساختن پردازنده‌های اپترون به یکدیگر در سیستم‌های SMP استفاده می‌کند. این گذرگاه به پردازنده‌های اپترون اجازه می‌دهد به‌طور مستقیم و بدون نیاز به پل شمالی با یکدیگر در ارتباط باشند.
به این ترتیب تصمیم اخیر AMD مبنی بر ارائه مجوز این فناوری برای تراشه‌سازان دیگر، امکان تعبیه پردازنده‌های کمکی روی سوکت مادربورد را فراهم می‌کند و بسیاری از مشکلات استفاده از آن‌ها با شیوه‌های قدیمی‌تر را برطرف می‌سازد. شایعه بزرگ اوایل ماه مه، گزارش کوتاه و بحث‌انگیزی در پایگاه وب بعضی نشریات منتشر شد که واکنش‌های متفاوتی را نیز درپی داشت. این گزارش از احتمال خریداری شدن شرکت Ati به وسیله AMD (یا پیوستن این دو به هم) خبر داده بود.
(۱) این موضوع به‌ویژه با توجه به اقدامات اخیر AMD که نشان می‌داد این شرکت ظرف چند سال آینده ظرفیت تولید تراشه‌های خود را به میزان قابل‌توجهی افزایش خواهد داد، امری محتمل و شدنی قلمداد شده بود.
صرف‌نظر از این‌که این موضوع شایعه‌ای بیش نبوده یا این‌که در آینده به وقوع خواهد پیوست، موضوع خریداری شدن شرکت‌های تولیدکننده پردازنده‌های گرافیکی (GPU) از مدت‌ها قبل وجود داشته است؛ زمانی یکی از مدیران اینتل گفته بود که درآینده همه اجزای پردازشی یک سیستم روی یک تراشه و به صورت مجتمع طراحی و تولید خواهد شد.
از این منظر طراحی چیپ‌های گرافیکی مجتمع و تجهیزات شبکه و عرضه آن‌ها در قالب عناوینی چون سنترینو و ... را می‌توان گامی در این مسیر دانست. تراشه‌های گرافیکی مجتمع اینتل اگرچه تاکنون در مقایسه با GPUهای رده بالای Ati یا Nvidia حرف چندانی برای گفتن نداشته‌اند، عرضه آن‌ها همراه با اجزایی چون پردازنده مرکزی، چیپ‌ست و ... در قالب یک <پلتفرم>، اینتل را به بزرگ‌ترین سازنده تراشته‌های گرافیکی تبدیل کرده است. این موضوع معمولاً به واسطه ذهنیتی که از چیپزیلا، به عنوان تولیدکننده شماره یک پردازنده‌های مرکزی وجود دارد، کمتر مورد توجه قرار می‌گیرد.
با این حال، سیر تحولات صنعت سخت‌افزار و جهت حرکت آن به سمت تولید سیستم‌هایی با هزینه تولید، مصرف برق و اتلاف حرارتی کمتر (هم در حوزه پی‌سی‌ها و هم در حوزه سرورها) و در عین حال کارآمدتر، ضرورت چنین اقداماتی از سوی اینتل یاAMD را بیش از پیش نمایان می‌سازد.
با این حساب روی آوردن احتمالی AMD به گسترش ساخت تراشه‌های متنوع یا مجتمع، چه با خریدن ATi چه با هر روش دیگری، کاملاً منطقی به نظر می‌رسد. یک احتمال از سوی دیگر استراتژی AMD برای توسعه Hypertrasport با کمک تشکیل کنسرسیومی که به توسعه این استاندارد مشغول است، باب احتمالات دیگری را خواهد گشود. به‌طور روشن‌تر، یک احتمال جالب، استفاده از Coherent HT برای تعبیه مستقیم GPU روی سوکت پردازنده مرکزی است. اعطای مجوز استفاده از CHT چنین کاری را امکان‌پذیر می‌سازد. به همین ترتیب، GPU پس از تعبیه روی سوکت پردازنده مرکزی می‌تواند به‌طور اشتراکی از رم اصلی سیستم استفاده کند.
گرچه GPUهای مدرن امروزی از مزایای رم‌های جدیدتری مانند DDR۳ استفاده می‌کنند، درمقابل، امکان استفاده از حجم بیشتری از رم که می‌توان به آن به عنوان قابلیت ارتقای توان پردازش گرافیکی نیز نگریست، می‌تواند این مسئله را کمرنگ یا مرتفع سازد. به‌علاوه، استفاده اشتراکی از حافظه بدون نیاز به تعبیه حافظه اختصاصی برای GPU (یا حداقل استفاده کمتر از چنین حافظه‌ای) و درکنار عدم نیاز به طراحی و تولید تخته مدار جداگانه و همچنین امکان کنترل مؤثرتر برق مصرفی، درنهایت می‌تواند در کاهش هزینه تمام‌شده و تولید سیستم‌هایی کم حجم‌تر و کارآمدتر تأثیرگذار باشد. آینده بعید! تحولات شگرفی درحوزه پردازنده‌ها در شرف وقوع است. روند افزایش کارایی پردازنده‌های مرکزی با تولید پردازنده‌های دو و چندهسته‌ای، وارد دوران جدیدی شده است، اما این تمام ماجرا نیست. استفاده از تراشه‌های گرافیکی مجتمع، در واقع مقدمه‌ای برای گسترش قابلیت‌های پردازنده‌های مرکزی و حرکت به سوی تولید <کامپیوترهایی روی یک تراشه> است. همین امر می‌تواند احتمال استفاده از هسته‌های غیریکسان برای تولید پردازنده‌هایی با قابلیت‌های مختلف را تقویت کند؛ پردازنده‌هایی که دارای هسته‌هایی اختصاصی برای پردازش‌های گرافیکی، صوتی و ... هستند.
(۲) در این میان استفاده از سوکت پردازنده مرکزی برای تعبیه GPU یا هر واحد پردازش اختصاصی دیگری نیز احتمالی است که می‌توان وقوع آن‌ را گامی درمسیر استفاده از هسته‌های غیریکسان در یک تراشه نامید. اکنون شاید بهتر بتوان پردازنده Cell و مفهومی که در ورای طراحی آن نهفته است را بهتر شناخت. شاید هم آن مدیر رک‌گوی AMD حق مطلب را با همان جمله حذف شده ادا کرده باشد

پرهام ایزدپناه
پی نوشت:
۱) در آخرین لحظات تنظیم این مطلب خریداری‌شدن شرکت ATi توسط AMD قطعی شد.
۲) البته نباید فراموش کرد که یکی از مهم‌ترین معضلا‌ت طراحی پردازنده‌هایی که دارای هسته‌های غیریکسان هستند، دشواری توسعه نرم‌افزار برای این پردازنده‌ها به منظور استفاده از حداکثر توان آن‌ است. تا همین جای کار روند توسعه نرم‌افزارهای بهینه شده برای پردازنده‌های دو هسته‌ای با گسترش این پردازنده‌ها همگام نبوده است. با این وضع دور از انتظار نخواهد بود که عرضه پردازنده‌هایی با هسته‌های غیریکسان این وضعیت را بغرنج‌تر نیز نماید. کما‌این‌که، در حال حاضر گفته می‌شود برخی از توسعه‌دهندگان بازی‌های کنسول پلی‌استیشن۳ به واسطه پیچیدگی و غیرمعمول بودن پردازنده Cell فقط می‌توانند از بخشی از توانایی‌های آن استفاده کنند (حداقل در اولین موج توسعه بازی‌ها برای این کنسول جدید). البته این موضوع احتمالا‌ً در دنیای کامپیوترها تفاوت‌هایی خواهد داشت. در واقع آشنایی توسعه‌دهندگان نرم‌افزار با معماری X۸۶ و شیوه‌های بهره‌گیری از منابع GPU می‌تواند باعث کاهش دردسرهای نرم‌افزاری بر سر راه توسعه پردازنده‌های پیچیده آینده گردد.

منبع : انجمن علمی دانشگاه شیخ بهایی