نبرد پردازشگرها

پرونده ای برای دو غول سازنده سخت افزار

ممکن است تاکنون شما هم با این سوال مواجه شده باشید که برای سیستم رایانه‌ای خانگی از کدام cpu باید استفاده کنید

در چندین ماه گذشته پیشرفت‌های جدیدی در طراحی پروسسورها، به‌ویژه از طرف شرکت AMD حاصل شد.این شرکت علاوه بر اینکه یک cpu با طراحی کاملا ۶۴ بیتی عرضه کرد که باعث برتری یافتن این شرکت در بازار کامپیوترهای رومیزی پیشرفته گردید، همچنین در حذف کنترل کننده‌های حافظه (MCH) پیشقدم شد که در عملکرد Athlon ۶۴ و چیپ‌های optron یک پیشرفت قابل ملاحظه نسبت به پروسسورهای intel به حساب می‌آید.اینتل به‌طور متقابل پروسسور سازگار ۶۴ بیتی را عرضه نمود.

به تازگی نیز هر دو شرکت پردازشگرهای دوهسته‌ای را عرضه نموده‌اند، این پروسسورها بهتر از آن چیزی که شما انتظار دارید کار می‌کنند. پروسسورهای اینتل و AMD هر دو دارای دو هسته پروسسور در حال کار و در یک قالب می‌باشند که هر یک از هسته‌ها به‌صورت مستقل توابع و پردازش‌های داده را انجام می‌دهند (در مورد اینتل این مورد کامل تر است) و هر دو این هسته‌ها توسط نرم‌افزار سیستم عامل هم آهنگ می‌شوند.در حال حاضر AMD فقط پروسسورهای کلاس سرور opteron با دو هسته را به‌طور کامل به بازار عرضه کرده و به‌زودی Athlon ۶۴?۲ برای کامپیوترهای رومیزی را نیز به بازار عرضه می‌کند.در طرف مقابل اینتل در حال حاضر پنتیوم Extreme Edition ۸۴۰ رومیزی با دو هسته را به بازار عرضه نموده در حالی که خط‌های تولید Pentium D و dual xeons هنوز متوقف نشده اند.

با توجه به اینکه پروسسورهای دو هسته‌ای در اصل یک سیستم چند پروسسوره که در یک قالب قرار گرفته اند، می‌باشد.اجازه بدهید اینک چندین تکنولوژی که در سیستم‌های چند پردازشگر استفاده می‌شود را مورد بررسی قرار دهیم.

● پردازشگرهای متقارن

(SMP (symmetric Multi processing

SMP روش مشترکی می‌باشد که چندین پردازشگر به‌طور جداگانه با یکدیگر در یک مادربرد کار می‌کنند.سیستم عامل با هر دو cpu تقریبا به‌طور یکسان کار می‌کند و کارهای مورد نیاز را به آنها ارجاع می‌دهد.چیپ‌های دوهسته‌ای جدید intel و AMD توانایی SMP را به‌صورت داخلی مورد توجه قرار داده‌اند.پروسسورهای سرور opteron دوهسته‌ای می‌تواند همچنین به‌صورت خارجی با دیگر چیپ‌های دوهسته‌ای ارتباط برقرار کند.(به‌شرط آنکه چیپ متقابل نیز دارای این خاصیت باشد)محدودیت اصلیSMP در پشتیبانی سیستم عامل‌ها و نرم‌افزارها از این تکنولوژی می‌باشد.خیلی از سیستم عامل‌ها (مانند ویندوز XP سری خانگی) توانایی پشتیبانی از SMP را ندارند و از دومین پردازشگر استفاده نمی‌کنند.همچنین بیشتر برنامه‌های پیشرفته به‌صورت تک رشته‌ای کار می‌کنند، در اصل در هر زمان فقط یک پردازشگر در حالت فعال می‌باشد.برنامه‌های چند رشته‌ای از پتانسیل موجود در سیستم‌های دو یا چند پرازشگر، می‌توانند نتایج مفیدتری بگیرند، ولی به صورت کامل عمومیت ندارد.در گذشته intel و AMD سعی داشته‌اند تا تکنولوژی جدیدی مثل SMD را بیشتر برای پردازشگرهای سرور پیشرفته مانند opteron و Xeon استفاده نمایند (البته تا قبل از پنتیوم ۳ )

● Hyperthreading

این تکنولوژی به‌صورت اختصاصی توسط اینتل در پردازشگرهای چند هسته‌ای به‌کار گرفته شده است.این تکنولوژی قبلا نیز توسط این شرکت به‌کار گرفته ‌شده‌ بود.اینتل برای آنکه از منابع CPUبه‌نحو بهتری استفاده کند، فقط قسمت‌هایی که کار پردازش اطلاعات را انجام می‌دهد را تکثیر کرده است.یعنی آنکه منابع داده در داخل CPU به‌صورت مشترک استفاده می‌شد.ایده hyperthreading برای دو برابرکردن مقدار فعالیت چیپ می‌باشد تا آنکه کاهش عملکرد سیستم که در اثر فقدان حافظه Cash روی می‌دهد کمتر شود همچنین به‌صورت تئوری نشان داده شده که منابع سیستم کمتر تلف می‌‌گردند.

در صورتی که CPU‌های hyperthreading مانند دو پروسسور حقیقی به‌نظر می‌رسد. ولی این CPU‌ها نمی‌توانند عملکردی مشابه دو CPU مجزا مانند CPU‌های دوهسته‌ای داشته باشند.زیرا در CPU‌های دو هسته‌ای دو ?Threads? مشابه به‌طور همزمان و با Cash‌های جداگانه L۱ و L۲ می‌توانند اجرا گردند که این عمل در پردازشگرهای hyperthreading قابل انجام نمی‌باشد.

یکی از چیپ‌های جدید اینتل به‌نام، پردازشگر پنتیوم Extreme Edition ۸۴۰، در داخل هر هسته خود از تکنولوژی hyperthreading نیز پشتیبانی می‌کند، یعنی آنکه در یک سیستم عامل آن به‌صورت چهار پردازشگر حقیقی دیده می‌شود.

● دو چیپ در یک قالب

چرا دو شرکت اینتل و AMD به‌طور ناگهانی شروع به توزیع پردازشگرهای دو هسته‌ای کردند؟

اول از همه رقابت چنانچه بعدا بیان خواهیم کرد AMD از ابتدا توانایی بالقوه دوهسته‌ای را در پردازشگرهای ۶۴ بیتی خود داشت.ساختمان ورودی و خروجی برای دومین هسته در CPU‌های فعلی ۶۴ بیتی AMD موجود می‌باشد.

هیچ شرکتی نمی‌تواند دیگران را از به‌دست آوردن تکنولوژی‌های جدید منع نماید و AMD در حال حاضر با موفقیت چشمگیر خط تولید پرداشگرهای ۶۴ بیتی آسودگی را از intel سلب نموده ‌است.

برای اینتل ضروری است که دارای یک تولید تخصصی در تکنولوژی دوهسته‌ای ‌باشد تا رقابت با شرکای تجاری خود را حفظ کند.

دوم، کارایی می‌باشد.مطمئنا برنامه‌های کاربردی چند رشته‌ای در پردازشگرهایی که توانایی انجام چند پردازش را دارند در پردازشگرهایی که یک پردازش را در هر زمان انجام می‌دهند، بهتر عمل خواهند نمود.

البته برای سیستم‌های چند پردازشگر یک ایراد عمومی وجود دارد و آن تاخیری می‌باشد که این CPU‌ها در اجرای کار سیستم به‌وجود می‌آورند.به بیان ساده در حال حاضر روشی برای سیستم عامل‌های موجود وجود ندارند تا پردازش‌ها را به‌طور کاملا مساوی در بین پردازشگرها تقسیم نماید، پردازشگر دوم عموما بایک مداخله کمتر و کارایی پایین‌تر کارمی‌کند در صورتی که ممکن است پردازشگر اول به‌صورت صددرصد در حال پردازش ‌باشد.سومین دلیل کمتر نمایان است، ناامیدی AMD و اینتل می‌باشد، هر دو شرکت با یک مانع جدی برای افزایش سرعت پردازشگرها و کوچک‌تر کردن اندازه قالب آنها روبه‌رو شده‌اند تا این مانع حذف نشود یا اینکه تا کاربران عمومی متوجه نشوند که GHZ به تنهایی کارایی را بیان نمی‌کند.هر دو شرکت برای دست یافتن به هر پیشرفت که کارایی پردازشگرها را بهبود بخشید تلاش خواهند نمود و تقریبا دلیل اصلی به‌وجود آمدن پردازشگرهای دو هسته‌ای را می‌توان همین دلیل سوم بیان نمود.

● دسترسی AMD به تکنولوژی دو هسته‌ای

فرم فاکتور فعلی پردازشگر ۶۴ اتلن به طراحی دو هسته‌ای خیلی نزدیک می‌باشد.وجود کنترل کننده‌های Hypertransport و کنترل کننده حافظه درقالب چیپ‌های فعلی ۶۴ اتلن به معنی آنست که اضافه نمودن دومین هسته در داخل چیپ چندان مشکل نمی‌باشد.

به‌دلیل رابط NorthBridge که AMD برای اتلن ۶۴ تهیه کرده‌ است کنترل کننده حافظه و رابط Hypertransport در داخل چیپ پشتیبانی می‌گردد.این به چیپ ‌‌های دوهسته‌ای امکان می‌دهد که از داخل خود پردازشگر با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

تعداد ترانزیستورهای پردازشگرهای اتلن ۶۴?۲ بیش از دو برابر پردازشگرهای اتلن ۶۴ می‌باشد.با توجه به اینکه در ساختن CPU‌های جدید از روش ۹۰nm استفاده می‌شود سایز کل چیپ کمی افزایش پیدا کرده و ولتاژ عملکرد ۱.۳۵ تا ۱.۴ می‌باشد و گرمای خروجی به بیش از ۱۱۰w کمی افزایش می‌یابد.

هر هسته پردازشگر حافظه Cash L۱ و L۲ مخصوص به خود را دارد، ۱۲۸ KB برای L۱ و بسته به مدل ۵۱۲ KB تا ۱ MB برای L۲.

دو برتری مهمی که AMD در CPU‌های دو هسته‌ای دارد عبارتند از اینکه:?Crossbar Switch? که آدرس‌ها را جمع‌آوری کرده و توزیع می‌کند و داده را از هر هسته به هسته دیگر یا باقی سیستم توزیع می‌کند در حال حاضر امکان اضافه شدن دومین هسته را دارد.

موفقیت دیگر AMD که از نظر مصرف کننده خیلی مهم می‌باشد امکان استفاده اتلن ۶۴?۲ از مادربردهای سوکت ۹۳۹/۹۴۰ می‌باشد و فقط لازم است که شرکت تولید کننده مادربرد BIOS را برای پشتیبانی از خصوصیات جدید به روز رسانی نماید.

● دسترسی اینتل به پردازشگر دو هسته‌ای

با توجه به اینکه اینتل مانند AMD دارای مدل قبلی برای اضافه کردن هسته جدید در داخل یک قالب CPU نبود، برای ساخت آن مدل جدیدی را طراحی نمود که البته دارای نواقصی نسبت به مدل AMD می‌باشد.

پنتیوم D در اصل از دو پردازشگر ?پرسکات? پنتیوم D در یک قالب تشکیل شده است، این پردازنده دارای مزیت داشتن دو حافظه کش L۱ و L۲ برای هر هسته به‌طور مجزا می‌باشد، ولی دارای نواقصی نیز می‌باشند از جمله اینکه این دو پردازشگر برای ارتباط برقرار کردن با یکدیگر باید، از NorthBridge و FSB خارج پردازشگر استفاده نمایند.تعداد ترانزستورها برای چیپ‌های جدید بیش از ۲۳۰ میلیون و گرمای تولید شده به مقدار فوق‌العاده ۱۳۰W برای پنتیوم Extereme Edition می‌رسد.یکی از بزرگ‌ترین معایب طراحی اینتل نسبت به AMD که سوکت‌های ۹۳۹ را برای طراحی پردازشگرهای دو هسته‌ای خود حفظ نمود آن است که راه حل دو هسته‌ای اینتل نیاز به یک جفت چیپ ست جدید به‌نام‌های ۹۵۵X و ۹۴۵P دارد.شرکت nvidia اخیرا ویرایش اینتل SLI که پروسسورهای دو هسته‌ای را پشتیبانی می‌کند را به بازار عرضه کرده ‌است که این مورد هم زمان بیشتری مصرف و هم هزینه‌ای اضافی برای مصرف کننده در پی دارد.

ٓ● گرما و پهنای باند

هر دو پردازشگرهای تک هسته‌ای AMD و Intel گرمای فوق‌العاده زیادی تولید می‌کردند، هیت سینک‌های فوق‌العاده بزرگی که برای آنها استفاده می‌شود گویای این مطلب می‌باشد.حال با اضافه کردن یک هسته اضافی چگونه می‌توان این پردازشگرها را خنک نمود.

ولی AMD و Intel از چندین روش برای خنثی کردن این موضوع استفاده کرده‌اند، ابتدا آنکه در ساخت این پردازشگرها از تکنولوژی ۹۰nm استفاده شده که باعث کوچک‌تر شدن CPU ونزدیکتر شدن قسمت‌های مختلف بر روی CPU شده و در نتیجه گرمای تولید شده را به مقدار زیادی کاهش می‌دهد و دوم آنکه فرکانس کاری این CPU‌ها به‌مقدار حدود ۴۰۰MHz نسبت به آخرین CPU‌های تک هسته‌ای کاهش پیداکرده و همچنین هسته دوم همیشه به‌صورت کامل کار نمی‌کند این سه مطلب باعث می‌شود که گرمای تولید شده به‌مقدار خیلی زیادی نسبت به CPU‌های تک هسته‌ای افزایش نیابد.

پهنای باند به‌کار رفته محدودیت بزرگ‌تری برای CPU‌های دو هسته‌ای می‌باشد، زیرا هر دو AMD و Intel پهنای باند برای CPU‌های تک هسته‌ای را برای این نوع CPU‌ها نیز حفظ کرده‌اند و طرحی برای افزایش آن ندارد.

دو پردازشگر تک هسته‌ای در مقابل یک پردازشگر دو هسته‌ای محاسبات و بررسی طرح‌های موجود نشان می‌دهد که دو چیپ اپترن AMD باید دارای سرعت بالاتری نسبت به یک چیپ دو هسته‌ای باشد، زیرا هر یک از این OPTERON‌ها دارای یک کنترل کننده حافظه مجزا می‌باشد ولی در چیپ‌های دو هسته‌ای هر دو هسته باید یک کنترل کننده حافظه را به‌صورت مشترک استفاده کنند.

در مورد اینتل این موضوع مطرح نمی‌باشد زیرا در هر دو طرح یک کنترل‌کننده حافظه در خارج از CPU استفاده می‌شود و فقط در طراحی دوهسته‌ای این مسیرها کوتاه‌تر می‌باشند که چندان پارامتر مطرحی در افزایش سرعت نمی‌باشد.

یکی از بزرگ‌ترین مزایای پردازشگرهای دو هسته‌ای نسبت به دو پردازش‌گر تک هسته‌ای بحث اقتصادی آن می‌باشد، زیرا اولا خرید یک CPU دو هسته‌ای از دو CPU تک هسته‌ای ارزان‌تر می‌باشد و از طرف دیگر باید قیمت مادربرد را نیز لحاظ کرد که در این صورت این موضوع بیشتر جلب توجه می‌نماید.

نرگس محمدی