گذشته, حال و آینده پردازنده های AMD

حدود سه سال از زمان ارائه اولین پردازنده دو هسته ای دنیای دنیای کامپیوتر های PC می گذرد زمانی کهAMD اولین پردازنده دوهسته ای دسکتاپ را از پردازش ۶۴ بیتی بهره می برد روانه بازار کرد

حدود سه سال از زمان ارائه اولین پردازنده دو هسته‌ای دنیای دنیای کامپیوتر های PC می گذرد. زمانی کهAMD اولین پردازنده دوهسته ای دسکتاپ را از پردازش ۶۴ بیتی بهره می برد روانه بازار کرد. ما در این مقاله قصد مقایسه پردازنده های چند هسته ای را نداریم بلکه تحلیلی کوتاه بر پرسه تولیدات شرکت AMD از زمان تولید پردازنده های دو هسته ای (در سال ۲۰۰۵) تا چند هسته ای های سال ۲۰۰۹ خواهیم داشت. بنابر این پردازنده های مختلف را بر اساس نوع معماری آنها مورد بررسی قرار می دهیم.

● معماری K۸

ذهنیت استفاده از دو پردازنده جداگانه دسکتاپ بر روی یک برد از مدتها قبل وجود داشته ، اما مشکلاتی از تحقق این فکر ممانعت می‌کرده از جمله اینکه رابطه دو پردازنده با حافظه اصلی تمام پهنای باند ارتباطی را اشغال خواهد کرد و عملا پردازنده با دیگر قطعات پر سرعت مانند گرافیک نمی تواند ارتباط قابل قبولی را دلشته باشد. اما این معماری نیز با به کارگیری چند تکنیک بر این مشکلات فایق آید. از این زمان به بعد تمام پردازنده های FX AMD بر مبنای معماری ۴*۴ طراحی می شوند (حتی در معماری K۱۰ ). لازم به ذکر است که K۸L اولین معماری است پردازدنده های آن مجهز به حافظه کاشه سطح ۳ هستند. با اینکه زمان زیادی از ارائه این تکنولوژی ها گذشته و مطمئنا شما هم با آن ها آشنایی دارید اما از آنجا که در مباحث بعدی درباره توسعه این تکنولوژی ها بحث می شود در ذیل اشاره ای کوتاه به این تکنولوژی ها می کنیم.

▪ Integrated Memory Controller : هدف این تکنیک از بین بردن واسطه در ارتباط پردازنده با حافظه اصلی بوده و در نتیجه کاهش زمان دسترسی به حافظه (از ۸۰ نانوثانیه به ۴۵ نانو ثانیه) با بر قراری ارتباط مستقیم را به ارمغان آورده است برای این کار کنترلر حافظه مجتمع در پردازنده با دو خط ارتباطی ۷۲ بیتی با حافظه ارتباط دارند که در پردازنده های سرور با حافظه DDR۲ ۶۶۷ MHz رنج انتقال داده ای برابر ۱۰.۷ GB/s و در مدلهای دسکتاپ با ۴ هسته در معماری ۴*۴ (که از حافظه های DDR۲ ۱۰۶۶ MHz در معماری K۱۰ پشتیبانی می کنند) به رنج انتقال داده ۲۵.۶ GB/s دست یافته اند.

اما یک تکنیک مشکلاتی را هم برای AMD به وجود آورده است از جمله این که تغییر تکنولوژی برای پشتیبانی از حافظه های جدید بسیار پر هزینه خواهد بود به همین دلیل معمولا AMD از نظر زمانی دیر تر از اینتل از حافظه های جدید پشتیبانی می کند.

▪ HyperTarsport : ایده اصلی از آنجا نشات گرفت که کنترلر حافظه مجتمع در پردازنده عملا تمام پهنای باند پردازنده را اشغال کرده بود به همین منظور از یک مسیر اختصاصی برای ارتباط دیگر قطعات سخت افزاری پرسرعت مانند VGA که احتیاج به پهنای باند گسترده دارند طراح شده. HT در نسخه اولیه فرکانسی برابر ۲.۰ GHz و رنج انتقال دادهای برابر ۶.۴ GB/s را داراست.

▪ (Virtualization (AMD-V : این تکنولوژی باعث افزایش قابلیت سیستم در هنگام ایجاد یک ماشین مجازی روی سیستم (مخصوصا برای پردازنده های سرور) با استفاده از کاهش لایه های میان برنامه های کاربردی و سیستم عامل است این فناوری که pacefica نام دارد یک رابط سخت افزاری با نام Hypervisor است که جایگزین Software Virtualization گشته است شکل شماره (۱) به خوبی گواه این موضوع است.

● معماری K۹

زمانی که در سال ۲۰۰۳ ، AMDپردازنده های مبتنی بر معماری K۸ را ارائه کردند این شرکت از تولید نسل بعدی پردازنده های سرور (Opteron) خود را با استفاده از معماری K۹ در سال ۲۰۰۵ خبر داد. در ابتدا قرار بر این بود این معماری فقط به سرور ها اختصاص یابد و بعد در اواسط ۲۰۰۷ هر سه گروه پردازنده ها (سرور ، دسکتاپ و موبایل) به سمت معماری K۱۰ حرکت کنند اما اینگونه نشد و AMD ترجیح داد که تا سال ۲۰۰۷ همچنان پردازنده های سرور خود را با استفاده از معماری K۸ (البته توسعه یافته آن) تولید کند و از ماه نوامبر سال جاری پردازنده های K۱۰ با اسم رمز Barcelona را وارد بازار خواهد کرد. لازم به ذکر است پیش از آنکه AMD به طور کامل به سوی معماری K۱۰ حرکت کند در نیمه اول سال ۲۰۰۷ برای توسعه پردازنده های دسکتاپ سری موفق Athlon و Sempron خود اقدام به تولید پردازنده هایی با هسته های جدید (البته برمبنای K۸) کرده که در جدول ذیل به توضیح آنها پرداخته ایم.

● K۱۰ نخستین معماری بر پایه ۴۵ نانومتری AMD

اما معماری کامل‌تری که AMD برای توسعه پردازنده‌های چند هسته‌ای خود انتخاب کرده، K۱۰ نام دارد.‌این معماری برای هر سه دسته پردازنده‌های موبایل ، دسکتاپ و سرور در نظر گرفته شده که حدودا از نوامبر سال ۲۰۰۷ در پردازنده‌های ‌این شرکت مبتنی بر ‌این معماری تولید خواهند شد. K۱۰ در ابتدا از فناوری ساخت ۶۵ نانومتری تولید خواهند شد اما به تدریج در فاز دوم به سمت فناوری ۴۵ نانومتری و همچنین پشتیبانی از حافظه های DDR۳ با استفاده از سوکت جدید خود AMD۳ حرکت خواهد کرد (همچنین بهره گیری از تکنولوژی SOI در ساخت پردازنده ۴۵ های نانومتری).

از برتری‌های معماری K۱۰ (که البته در تمام پردازنده‌هایی‌ که از این معماری استفاده می‌کنند وجود خواهد داشت) می‌توان به استفاده از حافظه نهان سطح ۱ سه طرفه (۶۴KB) با پهنای باند۱۲۸ bit ، افزایش دستورالعمل‌های SSE۴A,MMX و رمزگشایی تمامی ‌این دستورالعمل‌ها به شیوه مسیر مستقیم و اضافه کردن ۸ ثبات (GPR (General Purpose Register ثبات داده واحد پردازش در مُد ۶۴ بیتی. K۱۰ از Instruction Fetch ۳۲ بایتی پشتیبانی می‌کند . Instruction Fetch ، واحد واکشی برای خواندن دستوالعمل‌ها از حافظه اصلی و انتقال آن به ثبات های پردازنده که در داخل آن تعبیه شده است می‌باشد.البته قرارگیری دستورالعمل هر کد و محل دستور بعدی(در صورت شرطی بودن دستور) در حافظه نهان پیش بینی شده است. همچنین ماکزیمم پهنای باند ارتباطی CPU و حافظه اصلی از ۶.۴ GB/s (در K۸) به ۲۵.۴ GB/s (البته در قدرتمندترین پردازنده یعنی Quad FX) رسیده است.در مورد تکنولوژی (HT (HyperTransport به کار رفته در ‌این معماری باید گفت که ‌این نسخه مجهز به HT۳.۰ است که قابلیت پشتیبانی کامل از نسخه بعدی اسلات کارت‌های گرافیک یعنیPCIExpress ۲.۰ (که مورد استفاده کارت‌های گرافیک MultiCore خواهد بود) را دارد. در مورد سرعت HT۳.۰ باید گفت که در پرسرعت‌ترین نوع ، سرعت آن ۵.۲ GT/s خواهد بود و با وجود خطوط داده ۱۶ بیتی خود به رقم باور نکردنی انتقال داده ۴۱.۶ GB/s دست یافته است، که ‌این رقم دو برابر مقداری است که در نسخه قبلی (HT۲.۰) دیده بودیم.

● ویژگی‌های پردازنده‌های‌ خانواده K۱۰

حال بعد از معرفی معماری جدید ، به ویژگی‌های پردازنده‌های ‌این خانواده می‌پردازیم. ابتدا از پردازنده‌های دسکتاپ و البته از قدرتمندترین آن یعنی AMD Quad FX شروع می‌کنیم:

● پردازنده‌های سری FX

پردازنده‌های سری FX در ابتدا با اسم رمز Agena FX با فناوری ساخت ۶۵ نانومتر و بعد با اسم رمز Deneb FX که ۴۵ نانومتری است عرضه می‌گردد.‌این پردازنده‌ها تک چیپ و با چهار هسته خواهند بود که هر هسته ، از یک حافظه نهان سطح یک ۶۴ کیلوبایتی دیتا و دستورالعمل و یک حافظه نهان سطح دو ۵۱۲ کیلوبایتی به طور جداگانه برخوردار است و از ۲MB حافظه نهان سطح سه به طور اشتراکی بین هر چهار هسته نیز بهره می‌برد.در معماری قبلی، AMD تکنولوژی Cool’n’Quiet را ارئه کرده بود که بر طبق آن فرکانس کاری پردازنده متناسب با فعالیت سیستم تغییر می‌کرد. در معماری K۱۰ می‌توان گفت که نوعی Cool’n’Quiet به کار رفته به طوری که کار کلی پردازنده بین هسته تقسیم می‌شود( شکل ۲) ، ‌این امر باعث می‌شود که توان مصرفی پردازنده تا حد قابل ملاحظه‌ای کاهش یابد.

● پردازنده‌های سری Phenom

اما دسته دیگر پردازنده‌های دسکتاپ معماری K۱۰ ، پردازنده‌های Phenom X۴ و Phenom X۲ نام دارند که به ترتیب با اسم رمزهای Agena و Kuma عرضه خواهند شد.البته یک مدل دیگر هم در ‌این دسته وجود دارد با نام Rana ( البته بدون L۳ Cache ) که توان مصرفی بسیار پایینی خواهد داشت(در حدود ۴۵w).Phenom X۲ که شامل Kuma و Rana در اوایل ۲۰۰۹ جای خود را به Propus وRegor که از فناوری ۴۵ نانومتری بهره می‌برند خواهند داد. البتـهKuma نیز مانند Rana L۳ Cache , نخواهد داشت اما سوکت آن AM۳ خواهد بود.در مورد سوکت AM۳ (که با پردازنده‌های ۴۵ نانومتری ارائه می‌گردند) باید گفت مهندسان شرکتAMD می‌گویند که سوکتی در آن زمان ارائه خواهد شد تغییرات زیادی نسبت به آنچه که هم‌اکنون از AM۳ صحبت می‌شود خواهد داشت.همانگونه که می‌دانید AM۳ در ابتدا کاندیدایی برای سوکت بعدی AM۲ بود که ‌اینگونه نشد و AM۲+ جای آن را گرفت اما چیزی که واضح می‌باشد ‌اینست که تمام تلاش AMD ، بر تولید سوکت‌های Backward Compatible است یعنی نسخه‌های جدید قابلیت پشتیبانی از سری‌های پیش از خود را نیز داشته باشند، اما پشتیبانی از تکنولوژی‌های روز (مثل پشتیبانی از حافظه‌های DDR۳) در اولویت قرار دارد.البته همانگونه که قبلا هم اشاره شد در مرحله بعد تمام Agena ها جای خود را به Deneb خواهند داد و سوکت‌ها هم در مدل‌های X۴ و X۲ ، همگی AM۳ خواهند شد.در‌این میان جای یک پردازنده تک هسته‌ای برای در اختیار گرفتن بازار پردازنده‌های ارزان قیمت (چیزی شبیه به Sempron) خالی به نظر می‌رسد به همین سبب AMD پردازنده Spica را برای‌این بازار در نظر گرفته که از تمامی ‌امکانات پردازنده‌های هم خانواده خود (SSE۴A , AMD-V , AM۲+ , HT ۳.۰) بهره‌مند خواهد بود.همانطور که در جدول ۲ مشاهده کردید برای مدل‌های مختلف، فقط به وسیله تفاوت فرکانس کاری از هم تمیز داده شده‌اند علت آن است که AMD در K۱۰ از روال همیشگی برای نامگذاری استفاده نخواهد کرد.از اخبار منتشر شده ‌اینگونه بر می‌آید که پسوند ۶۴ از نام پردازنده حذف خواهد شد. علاوه بر آن نام پردازنده به شما اطلاعات بیشتری همچون توان مصرفی ، رده پردازنده ، و فرکانس اسمی ‌و کاری خواهد داد. برای مثال در پردازنده ای با نام BE-۲۳۵۰ حرف B نشانده این است که این پردازنده در رده میانی (Intermediate) یا متوسط قرار دارد ، حرف E نشانه آن است که توان مصرفی این پردازنده کمتر از ۶۵W خواهد بود و رقم اول عدد چهار رقمی نشانه دو هسته ای بودن این پردازنده است.البته از آنجا که تا زمان عرضه این پردازنده ها احتمال تغییر در نحوه نامگذار وجود دارد در این مقاله از پرداختن به این موضوع اجتناب شده است.

● پردازنده‌های Mobile

اما بازار دیگری که برای AMD هم بسیار پر اهمیت است بازار پردازنده های موبایل می باشد. در حقیقت پردازنده موبایل AMD از سال ۲۰۰۸ هم در زمینه هسته پردازنده و هم در پلتفرم دست خوش تغییراتی خواهند شد که نتیجه آن مشاهده امکاناتی است که پیش از آن فقط در کامپیوترهای رومیزی شاهد آنها بودیم.اولین پردازنده ای که در سال ۲۰۰۸ عرضه می شود Griffin نام دارد که می توان آن را از سری پردازنده های موفق Turion ۶۴ X۲ به حساب آورد.Griffin با پلتفرم جدید خود یعنی Puma ارائه خواهد شد.Griffin یک پردازنده دو هسته ای با توان مصرفی (split-power) و ولتاژ ورودی بسیار پایین است که نتیجه داشتن لپ تاپهایی با طول عمر باطری بیشر خواهد بود.در مورد امکانات Griffin باید گفت که از حافظه های DDR۲-۸۰۰MHz (دو کاناله) وهمچنین از HT ۳.۰ پشتیبانی خواهد کرد. برای Griffin هنوز سوکتی در نظر گرفته نشده است اما مطمئنا باید انتظار سوکتی جدید و البته متفاوت با سوکت S۱ (که درHawk به کار رفت) را داشته باشیم.

● پردازنده‌های مخصوص Server

دسته آخر پردازنده های معاری K۱۰ که به آن می پردازیم پردازنده Barcelona است. بارسلونا (که از پردازنده های Cities Family به شمار می رود) یک پردازنده چهار هسته ای ۶۵نانومتری است که از HT ۲.۰ پشتیبانی می کند. دیگر مشخصات این پردازنده مانند حافظه کاشه، دستورالعملهای SSE و.... کاملا مشابه Phenom ها هستند و فقط امکانات امنیتی پیشرفته ای به آن لضافه شده که آن هم به خاطر ماهیت سرور بودن بارسلونا طبیعی است.

درباره دیگر خصوصیات بارسلونا باید گفت که یک پردازنده پندway به شمار می رود. منظور way در server تعداد پردازنده های قابل استفاده در معماری server است.پردازنده های بارسلونا به دو دسته Opteron ۸۰۰۰/۲۰۰۰ و Opteron ۱۰۰۰ تقسیم می شوند.سریOpteron ۸۰۰۰/۲۰۰۰از سوکتF و حافظه های DDR۲ ۶۶۷MHz پشتبانی می کنند و سرعت HT آنها ۲.۰GT/s است.سری Opteron ۱۰۰۰ از سوکت +AM۲ و حافظه هایDDR۲ ۸۰۰MHz پشتیبانی می کنند و سـرعت HT بـــرابـر۵.۲ GT/s دارنــــد.

AMD طبقه بندی دیگری بر اساس توان مصرفی در هر سری انجام داده:

▪ SE پردازنده هایی با توان مصرفی ۱۲۰W

▪ Standard پردازنده هایی با توان مصرفی ۹۵w

▪ HE پردازنده هایی با توان مصرفی .۶۸w

احتمالا زمان عرضه بارسلونا نوامبر سال جاری خواهد بود البته همزمان با عرضه بارسلونا در زمینه پردازنده های Opteron Mulri Way یک پردازنده ۱-Way با اسم رمزBudapest نیز عرضه می کند.به گفته phil hester (رئیس بخش تکنولوژی AMD)بارسلونا از ۴۰ تا ۹۰% از پردازنده های دو هسته ای سرور این شرکت سریع تر خواهد بود.اما گام بعدی AMD در سرورها تولید پردازنده هایی از دسته Multi Way با یک پلتفرم بسیار قوی و پیشرفته است این پردازنده در سال ۲۰۰۸ با سوکت +F ارائه خواهد شد. اولین پردازنده این سری با اسم رمز Shanghai می باشد. در شکل روبرو برتری بی چون و چرای این پلتفرم را مشاهده می کنید.

● چیپ‌ست RD۷۹۰

AMD از زمان خریداری کمپتانی ATI چیپ‌ستهای مادربردی که از پردازنده‌های AMD‌پشتیبانی می‌کنند را خود متناسب با تولیدات پردازنده‌هایش تولید و عرضه می‌کنند RD۷۹۰ نیز یک چیپ‌ست جدید است که برای پردازنده‌های معماری K۱۰ طراحی شده‌ است. RD۷۹۰ درحقیقت توسعه یافته چیپ‌ست ATI ۵۸۰X با تغییرات عمده می‌باشد. که توانایی‌های قابل توجهی را به آن افزوده شده است.یکی از این تغییرات که بزرگترین امتیاز RD۷۹۰ نیز به حساب می‌آید استفاده از ۴۱ مسیر PCI-e۲.۰ است که پشتیبانی از ۴ اسلات PCI-e۲.۰x۱۶ را برای RD۷۹۰ به ارمغان و توانسته یک برتری نسبی از رقیب خود پیدا کند.برخلاف nvidia SLI که فقط توانایی بهره‌مندی از ۲ یا ۴ پردازنده گرافیک را در حالت SLI دارد. چیپ‌ست RD۷۹۰ در حالت Cross fire توانایی پشتیبانی از ۱,۲,۴ ویا حتی ۳ پردازنده گرافیک را دارا می‌باشد. در حالت استفاده از ۳ پردازنده ۲.۶x افزایش سرعت و کارایی و در هنگام استفاده از ۲ کارت ، ۱.۸x بهبود را شاهد هستیم. اما هنوز AMD نتایج استفاده از ۴ پردازنده را فاش نکرده است.RD۷۹۰ یک چیپ‌ست ۲۷*۲۷mm با فناوری ساخت ۶۵nm می‌باشد که توانایی پشتیبانی از HT۳.۰ و سوکتهای AM۲+ را دارد.همچنین حداکثر توان مصرفی تحت بیشترین فشار کاری(TDP) در این چیپ‌ست ۱۰Wat می‌باشد.زمان ارائه RD۷۹۰ چندان دور نیست و قرار است قبل از عرضه پردازنده‌های Phenom(نیمه دوم ۲۰۰۷)مادربردهای مجهز به این چیپ‌ست وارد بازار شوند.

● AMD Fusion

Fusion در لغت به معنی هم جوشی است و البته نام معماری بعدی AMD ، در حقیقت بعد از معماری K۱۰ ،کمپانی AMD قصد دارد تا در تمام زمینه‌های فعالیتی خود، مخصوصا پردازنده‌های موبایل به سمت معماری Fusion حرکت کند. بزرگ‌ترین هدف ‌این معماری را می‌توان مجتمع کردن GPU یا همان پردازنده گرافیکی در پردازنده اصلی دانست.هم اکنون به منظور به وجود آوردن قابلیت پردازش گرافیکی فوق العاده در کامپیوتر وظایف هر قطعه بسیار تخصصی‌ است به طوری که پردازنده اصلی (CPU) وظیفه‌ای برای پردازش گرافیکی برعهده ندارد و یک پردازنده جداگانه که به طور مستقل حافظه اصلی هم دارد به نام GPU اینگونه عملیاتها را انجام می‌دهد اما مشکلی که در این بین وجود دارد و مانعی برای توسعه آنها به شمار می‌رود وفقه زمانی بین پردازش این دو پردازنده به خاطر وجود پهنای باند محدود بین این دو قطعه است. جدیدترین راه حلی که برای حل این مشکل ارائه شده مجتمع کردن این دو پردازنده است.Fusion را می‌توان تا حدودی با کاری که‌اینتل با FPU انجام داد مقایسه کرد(اینتل FPU را در پردازنده های سری ۴۸۶ خود به داخل CPU انتقال داد که از آن زمان تا کنون همچنان‌ این جریان ادامه دارد).اما باید گفت چند تفاوت عمده میان FPU وGPU وجود دارد که بزرگی و دشواری کار را هرچه بیشتر نمایان می‌سازد. از جمله ابعاد GPU است که اصلا با FPU قابل مقایسه نیست و دیگری نا هماهنگی در فرکانس کاری ‌این دو پردازنده است.البته ‌این نکته را هم باید در نظر گرفت که در صورت مجتمع شدن GPU احتیاج به یک پهنای باند گسترده برای ارتباط با حافظه اصلی و سرعت بخشیدن به ‌این حافظه است.در صورت تحقق‌ این طرح ، بهترین نامی‌که می‌توان بر روی ‌این پردازنده‌ها گذاشت Heterogeneous Multicore processor خواهد بود.در مورد پلتفورم Fusion اطلاعات زیادی در دست نیست ولی احتمالا پشتیبانی از DirectX ۱۱ را در‌این پلتفورم شاهد خواهیم بود