قلبی كه با دو هسته می تپد

گوردن مور قانون مشهور خود را در مورد افزایش سرعت پردازنده ها در سال ۱۹۶۵ اعلام كرد و از آن زمان تاكنون سرعت و كارایی پردازنده های مركزی كامپیوترها, كم و بیش به تبعیت از آن قانون افزایش می یابد طبق قانون مور كارایی پردازنده ها هر ۱۸ ماه دو برابر می شود

● نگاهی به روند توسعه كارایی و سرعت پردازنده‌های مركزی‌

AMD در سال ۲۰۰۳ اولین پردازنده ۶۴ بیتی دسكتاپ و سرور را معرفی كرد. در همان سال اپل با معرفی كامپیوترهای G۵ كه از پردازنده‌های ۶۴ بیتی ساخت IBM استفاده‌می‌كردند رقابت در دنیای ۶۴ بیتی را تشدید كرد.

گوردن مور قانون مشهور خود را در مورد افزایش سرعت پردازنده‌ها در سال ۱۹۶۵ اعلام كرد. و از آن زمان تاكنون سرعت و كارایی پردازنده‌های مركزی كامپیوترها، كم و بیش به تبعیت از آن قانون افزایش می‌یابد. طبق قانون مور كارایی پردازنده‌ها هر ۱۸ ماه دو برابر می‌شود.

با این حال طی یك دوره زمانی چند ساله این روند رو به كندی نهاد. مطابق تحقیقات به عمل آمده در فاصله زمانی میان سال‌های ۱۹۸۵ تا ۱۹۹۶ میلادی كارایی پردازنده‌ها به طور میانگین در هر سال ۵۸ درصد افزایش یافته است. براساس همین تحقیقات، طی هفت سال بعدی (۱۹۹۶ - ۲۰۰۴) میانگین افزایش كارایی، سالانه ۴۱ درصد رشد داشته است كه میان سال‌های نخست قرن بیست و یكم میلادی با میانگین افزایش كارایی سالانه تقریباً ۲۵ درصدی روند نزولی بیشتری داشته‌اند.

همین موضوع بزرگان صنعت تراشه‌سازی را بر آن داشت تا برای حل این مشكل دست به دامان شیوه‌های جدیدی شوند. حاصل این تفكر در حوزه كامپیوترهای شخصی یعنی جولانگاه اینتل و AMD، باعث اولین تحول عمده در این حوزه در سال ۲۰۰۳ میلادی شد. AMD در این سال اولین پردازنده ۶۴ بیتی دسكتاپ و سرور را معرفی كرد. در همان سال اپل با معرفی كامپیوترهای G۵ كه از پردازنده‌های ۶۴ بیتی ساخت IBM استفاده‌می‌كردند رقابت در دنیای ۶۴ بیتی را تشدید كرد.

اینتل نیز اگر چه با تأخیر (اوایل سال ۲۰۰۴ میلادی) به جمع تولیدكنندگان پردازنده‌های ۶۴ بیتی اضافه شد و به هر حال به واسطه سلطه خود در دنیای كامپیوترهای شخصی، نقش عمده‌ای در روشن‌كردن آینده توسعه پردازنده‌ها ایفا كرد. به این ترتیب مشخص شده بود كه افزایش سرعت كلاك، یعنی موضوعی كه اینتل سال‌ها بر روی آن تأكید و تبلیغ می‌كرد، از این پس مهم‌ترین معیار افزایش كارایی پردازنده‌ها نخواهد بود. توسعه پردازنده‌های ۶۴ بیتی موضوع جدیدی نیست و در واقع از نخستین سال‌های دهه ۱۹۹۰ میلادی به صورت محدود توسعه داده می‌شدند و مورد استفاده قرار می‌گرفتند. اما توسعه پردازنده‌های ۶۴ بیتی برای حوزه دسكتاپ و حتی موبایل تولدی تازه برای این نوع پردازنده‌ها به شمار می‌آمد.

مبنای حركت به سوی رایانش ۶۴ بیتی در این حوزه‌ها مجموعه‌ای از بسط‌و الحاقاتی هستند كه توسط AMD برای معماری ۸۶ X توسعه یافته است. AMD در زمان توسعه این فناوری آن را ۶۴-۸۶x می‌نامید. اما سرانجام نام آن را به AMD ۶۴ تغییر داد. این تغییرنام بی‌حكمت نبود. چرا كه اینتل مجبور می‌شد برای تعبیه چنین ویژگی‌هایی در پردازنده‌های خود از چنین عباراتی استفاده كند: <و اكنون سازگار با ۶۴>AMD !

اینتل البته مرتكب چنین خطایی نشد و به‌رغم تقلید از فناوری AMD آن را Extended memory ۴۶ Technology) EM ۴۶T) نامید. در حقیقت تنها تفاوت این دو فناوری در نامگذاری آن‌هاست؛ كدهای كامپایل شده برای AMD ۶۴ بدون هیچ مشكلی بر روی یك پردازنده مبتنی برEM ۴۶T اجرا می‌شوند و برعكس.

یكی از مهم‌ترین مزایای فناوری ۶۴ بیتی، رفع مشكل قدیمی محدودیت حافظه است. در پردازنده‌های ۳۲ بیتی سیستم‌عامل می‌تواند از یك سیستم آدرس‌دهی حافظه ۳۲بیتی، استفاده كند. به این ترتیب ظرفیت حافظه به دو به‌توان ۳۲ یا چهار گیگابایت محدود می‌شود. اما در دنیای ۶۴ بیتی از نظر تئوری یك سیستم‌عامل می‌تواند از یك آدرس‌دهی ۶۴ بیتی استفاده كند كه به این ترتیب ظرفیت حافظه به ۲ به‌توان ۶۴ یا شانزده اگزابایت افزایش خواهد یافت. در عمل سیستم‌های عامل امروزی كه برای پردازنده‌های ۶۴‌بیتی امروزی توسعه‌یافته و یا بهینه شده‌اند، از یك سیستم آدرس‌دهی ۴۰ بیتی استفاده می‌كنند تا ظرفیت حافظه به ۱۶ ترابایت برسد.

شوك دوم دو سال بعد یعنی در سال ۲۰۰۵ میلادی ایجاد شد. اینتل، AMD و IBM با عرضه پردازنده‌های دو هسته‌ای برای كامپیوترهای شخصی بازار این كامپیوترها را تكان دادند. دو هسته‌ای شدن پردازنده‌ها نیز موضوع جدیدی نیست و چندین سال پیش از عرضه نمونه‌های ویژه كامپیوتر‌های شخصی، در سرورها مورد استفاده قرار گرفته بودند. اولین پردازنده دو هسته‌ای به نام Power ۴ در سال ۲۰۰۱ توسط IBM عرضه شد.

با این حال اینتل اولین شركتی بود كه برای كامپیوترهای شخصی چنین پردازنده‌هایی را تولید كرد. اساس طراحی پردازنده‌های دو هسته‌ای، تعبیه دو هسته اجرایی بر روی یك die (قطعه سیلیكون) است. با این حال اینتل در اولین نسل پردازنده‌های دو هسته‌ای خود هر یك از هسته‌ها را بر روی یك die جداگانه تعبیه كرد.

(در واقع دو پردازنده Pentium ۴ را برای یك تراشه عرضه كرد). البته اینتل بعدها اعتراف كرد كه این شیوه صرفاً برای پیشی‌گرفتن از رقبا به كار گرفته شده و در واقع یك روش موقتی برای جبران عقب‌ماندگی این شركت در مقابل AMDاز نظر افزایش كارایی پردازنده‌ها بوده است. اما نكته مهم‌تر این است كه دو هسته‌ای شدن پردازنده‌ها فقط شروع جدید برای سریع‌تر‌كردن پردازنده‌ها است. بزرگان تراشه‌سازی در نظر دارند در آینده‌ای نه چندان دور پردازنده‌های چهار، شش و هشت هسته‌ای تولید كنند و این روند همچنان ادامه پیدا كند.

در حوزه سرورها، رقابت بسیار داغ‌تر از حوزه دسكتاپ 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 می‌كند و سان با سرمایه‌گذاری سنگین به توسعه پردازنده‌هایSparc می‌اندیشد. اینتل و AMD نیز با پردازنده‌های مبتنی بر معماری x۸۶ خود در این حوزه، یعنی زئون و اینتل، در تلاشند سهم بزرگ‌تری از بازار سرورها را از آن خود كنند.

در حالی كه صاحب نظران این عرصه عنوان می‌كنند كه پردازنده‌های x۸۶ مبتنی بر معماری CISC به پایان راه خود نزدیك شده‌اند، اینتل و AMD همچنان كارایی پردازنده‌های خود را افزایش می‌دهند. البته اینتل از سال‌ها قبل معماری كاملاً متفاوت و پیشرفته‌ای را به عنوان جایگزین x۸۶ دنبال می‌كند.

این شركت توسعه این معماری ۶۴ بیتی را كه IA-۶۴ نامیده می‌شود از سال ۱۹۹۴ با مشاركت HP آغاز كرده است. اولین پردازنده مبتنی‌بر این معماری ایتانیوم نام دارد كه 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 شركت به‌واسطه مشكلاتی چون ناسازگاری با نرم‌افزارهای x۸۶ در گسترش آن ناكام مانده است.

به هر حال در حال حاضر اینتل، AMD ،IBM و سان فعال‌ترین شركت‌ها در عرصه تولید پردازنده‌های مركزی هستند. تلاش‌های این چهار شركت در این حوزه تنها به افزایش سرعت پردازنده‌ها محدود نمی‌شود، بلكه آن‌ها با اضافه كردن قابلیت‌های جدیدی چون تعبیه ویژگی‌های امنیتی درون تراشه‌ای، فناوری مجازی‌سازی و ... نیز توانایی محصولات خود را افزایش می‌دهند.

در پرونده‌ای كه پیش‌رو دارید تلا‌ش كرده‌ایم آخرین تحولا‌ت صنعت ساخت پردازنده‌های مركزی را مورد بررسی قرار دهیم. نخستین مقاله از پرونده ویژه به معرفی یكی از كلیدی‌ترین ویژگی‌های نسل جدید پردازنده‌ها یعنی مجازی‌سازی (Virtualization) اختصاص دارد كه به واسطه اهمیت این موضوع در مقاله‌ای مجزا به آن پرداخته شده است. دومین مقاله این پرونده به بررسی حركت‌های جسورانه شركت سان مایكروسیستمز برای توسعه پردازنده‌های خود اختصاص دارد. در مطلب سوم با جدیدترین پردازنده‌های اینتل آشنا شده و از تصمیمات این شركت برای تولید پردازنده‌های جدید مطلع خواهید شد.

دو مقاله بعدی به بررسی مفصل پردازنده‌های كنونی AMD و معرفی طرح‌های آتی این شركت اختصاص دارند. در ششمین مقاله این مجموعه تلاش‌های IBM برای توسعه پردازنده‌های خود در حوزه‌های مختلف از جمله كنسول‌های سرگرمی مورد بررسی قرار گرفته است.

در نهایت و در آخرین مقاله این پرونده در خواهید یافت كه توانایی واحدهای پردازش گرافیكی یا GPUها در انجام محاسبات چند‌منظوره به جایی رسیده است كه می‌توان آن‌ها را رقیبی برای پردازنده‌های مركزی نامید.

پرهام ایزدپناه