تاريخچه پردازنده هاي اينتل (قسمت سوم)

پردازنده‌هاي سلرون (Celeron)

پردازنده‌هاي پايين رده‌ي سلرون به عنوان نسخه‌اي از پردازنده‌هاي پنتيوم II در سال ۱۹۹۸ به بازار عرضه شدند. پايين رده‌ترين پردازنده‌ي اينتل در زمان معرفي سلرون پردازنده‌هاي پنتيوم MMX بودند كه با سرعت ۲۳۳ مگاهرتزي خود ديگر توانايي رقابت با پردازنده‌هاي خوش ارزش AMD K6 را نداشتند. دليل نامگذاري پردازنده‌هاي سلرون هم در نوع خود جالب است. تيم برندينگ اينتل منطق پشت نام سلرون را اينگونه توضيح مي‌دهد:

Celer كلمه‌اي لاتين به معناي سريع و چابك است (همانطور كه در accelerate به اين معنا به كار رفته است). متخصصد قسمت on هم مانند متخصصد آن در تركيب‌هايي مانند turned on است. سلرون درست مانند پنتيوم ۷ حرف و ۳ سيلاب دارد و قسمت «Cel» آن با قسمت «tel» در نام اينتل هم آهنگ است.

در حالي كه پردازنده‌هاي سلرون تا به امروز به روز رساني شده‌اند و در حال حاضر بر مبناي جديدترين معماري و تكنولوژي‌هاي اينتل ساخته مي‌شوند، اين پردازنده‌ها همواره با محدوديت‌هايي مانند حافظه‌ي كش كمتر عرضه مي‌شوند. اينتل پردازنده‌هاي سلرون را براي رقابت در پايين‌ترين سطح بازار كامپيوترهاي شخصي طراحي كرده است.

اولين سري سلرون بر مبناي هسته‌هاي Covington با معماري ۲۵۰ نانومتري براي كامپيوترهاي دسكتاپ، و هسته‌هاي ۲۵۰ نانومتري Mendocino (با ۱۹ ميليون ترانزيستور و حافظه‌ي كش L2 ادغام شده در چيپ) براي نوت‌بوك‌ها عرضه شد. اين پردازنده‌ها با سرعت‌هاي ۲۶۶ تا ۳۰۰ مگاهرتز براي دسكتاپ و ۵۰۰ مگاهرتز براي دستگاه‌هاي قابل حمل در دسترس بودند. بعدها پردازنده‌هاي سلرون با بروزرساني‌هاي خود تبديل به جانشين شايسته‌اي براي پردازنده‌هاي پنتيوم III شدند. سلرون‌هاي امروزي بر مبناي معماري اسكاي‌ليك (Skylake) ساخته مي‌شوند.

ميزان حافظه‌ي كش جديدترين پردازنده‌ي سلرون برابر با ۶۶ درصد حافظه‌ي كش پردازنده‌ي Core i3 هم دوره‌ي خود است.

پردازنده‌هاي Pentium III و Pentium III Xeon

پنتيوم III در سال ۱۹۹۹ عرضه شد و اولين محصول اينتل براي رقابت با AMD در جنگ گيگاهرتزها بود. اولين نسخه‌هاي اين پردازنده با هسته‌هاي ۲۵۰ نانومتري Katmai عرضه شدند و پس از مدت كمي نسخه‌هايي بر مبناي هسته‌هاي ۱۸۰ نانومتري Coppermine و ۱۳۰ نانومتري Tualatin نيز عرضه شدند.

تعداد ترانزيستورهاي موجود بر روي چيپ پردازنده‌هاي پنتيوم III از ۹.۵ ميليون عدد در هسته‌هاي Katmai، به ۲۸.۱ ميليون عدد در آخرين نوع هسته‌ها رسيد. اين جهش بيشتر به دليل استفاده از حافظه‌ي كش L2 ادغام شده در CPU بود. سرعت كلاك در مدل‌هاي اوليه ۴۵۰ مگاهرتز بود و در نهايت با عرضه‌ي هسته‌هاي Tualatin به ۱۴۰۰ مگاهرتز رسيد. اينتل به دليل عجله در عرضه‌ي اولين پردازنده‌ي يك گيگاهرتزي خود براي رقابت با پردازنده‌هاي Athlon AMD مورد انتقاد قرار گرفت؛ چرا كه به دليل نقص متخصص مجبور شد با اعلام فراخوان تمامي پردازنده‌هاي ۱ گيگاهرتزي خود را از سطح بازار جمع كرده و عرضه‌ي آن‌ها را موكول به آينده كند.

يكي از نكات مهم در تاريخ پردازنده‌هاي پنتيوم، عرضه‌ي پردازنده‌هاي موبايل (مخصوص دستگاه‌هاي قابل حمل) پنتيوم III در سال ۲۰۰۰ بود. اينتل همزمان با عرضه‌ي اين پردازنده‌ها تكنولوژي اسپيداستپ (SpeedStep) و قابليت تغيير اتوماتيك فركانس پردازنده با توجه به شرايط كاري را معرفي كرد. پردازنده‌هاي Mobile Pentium III تنها يك روز قبل از معرفي پردازنده‌ي معروف كروزوئه (Crusoe) از شركت ترنسمتا (Transmeta) معرفي شدند. بسياري تا به امروز بر اين باورند كه اگر فشار ترنسمتا (كه با به كار گرفتن لينوس توروالدز به شهرت رسيده بود) نبود، اينتل هرگز پردازنده‌هاي پنتيوم III موبايل را عرضه نمي‌كرد.

پردازنده‌ي Pentium III Xeon آخرين پردازنده از سري زئون بود كه نام پنتيوم را با خود يدك مي‌كشيد. اين پردازنده با استفاده از هسته‌هاي Tanner در سال ۱۹۹۹ عرضه شد. همانطور كه در قسمت قبل اشاره شد، يكي از اتفاقات جنجال برانگيز عرضه‌ي پردازنده‌هاي پنتيوم III، معرفي مفهموم سريال نامبر پردازنده (PSN: Processor Serial Number) از سوي اينتل بود كه باعث مي‌شد اشكالاتي در رابطه با حفظ حريم خصوصي براي متخصصان ايجاد شود. اينتل به دليل فشار افكار عمومي و گروه‌ها و سازمان‌هاي مختلف مجبور شد اين ويژگي را از پردازنده‌هاي بعدي خود حذف كند.

پردازنده‌هاي Pentium 4

پردازنده‌هاي پنتيوم ۴، اينتل را در مسيري قرار دادند كه منجر به جدي‌ترين تحول در تاريخ اين شركت شد. اين پردازنده‌ها در سال ۲۰۰۰ با هسته‌هاي ۱۸۰ نانومتري Willamette و تعداد ۴۲ ميليون عدد ترانزيستور عرضه شدند. معماري جديد اينتل با نام Netburst به گونه‌اي طراحي شده بود تا فركانس‌هاي كاري بالا را در پردازنده ايجاد كند. اينتل در آن زمان پيشبيني مي‌كرد كه اين معماري باعث خواهد شد تا بتواند تا سال ۲۰۱۰ به سرعت‌هاي بالاتر از ۲۰ گيگاهرتز دست پيدا كند. با اين حال، Netburst محدوديت‌هاي خودش را داشت و اينتل در سال ۲۰۰۳ متوجه شد كه مصرف انرژي پردازنده‌هاي مبتني بر اين معماري در سرعت‌هاي بالا بسيار زياد خواهد بود.

اولين پردازنده‌هاي مبتني بر معماري Netburst با سرعت‌هاي ۱.۳ و ۱.۴ گيگاهرتز عرضه شدند. كمي بعد در سال ۲۰۰۲، با پيشرفت و بلوغ تكنولوژي ساخت اينتل، پردازنده‌هايي كه از اين معماري بهره مي‌گرفتند مجهز به هسته‌هاي ۱۳۰ نانومتري و ۲.۲ گيگاهرتزي Northwood (با تعداد ۵۵ ميليون ترانزيستور) شدند و در نهايت در سال ۲۰۰۵ شاهد معرفي هسته‌هاي ۹۰ نانومتري و ۳.۸ گيگاهرتزي Prescott (با تعداد ۱۲۵ ميليون ترانزيستور) بوديم. اينتل در اين بين اولين پردازنده‌ي نسخه‌ي Extreme خود را نيز با استفاده از هسته‌هاي Gallatin در سال ۲۰۰۳ معرفي كرد.

با گذشت زمان، خانواده پردازنده‌هاي پنتيوم ۴ اعضاي جديد زيادي را در خود تجربه كرد. در اين دوران، پردازنده‌هاي اينتل براي دستگاه‌هاي قابل حمل Mobile Pentium 4-M نام داشتند. اينتل همچنين براي اولين بار مفهوم هسته‌ي مجازي را با فناوري هايپرتريدينگ (hyperthreading) در پردازنده‌هاي Pentium 4E HT معرفي كرد. پردازنده‌هاي Pentium 4F نيز با هسته‌هاي ۶۵ نانومتري Cedar Mill در سال ۲۰۰۵ معرفي شدند. اينتل قصد داشت تا خانواده‌ي پنتيوم ۴ را با پردازنده‌هاي Tejas جايگزين كند، اما زماني كه مشخص شد معماري Netburst قادر نيست به سرعت‌هاي بالاتر از ۳.۸ گيگاهرتز دست پيدا كند، اين پروژه كنسل شد.

اينجا است كه به مهمترين تغيير استراتژي تاريخ اينتل مي‌رسيم. معماري مشهور و جديد اينتل با نام «Core»، چرخش ۱۸۰ درجه‌اي در جهت پردازنده‌هاي بهينه و كارآمدتر بود. اينتل بالاخره تصميم گرفت به «جنگ گيگاهرتزي» خود با AMD پايان دهد.

پردازنده‌هاي زئون (Xeon)

پردازنده‌هاي Xeon اينتل بر خلاف ديگر پردازنده‌هاي اين شركت كه براي بازار مصرفي توليد مي‌شوند، بازار سرورها، ورك‌استيشن‌ها و سامانه‌هاي نهفته را هدف گرفته‌اند. مهمترين مزاياي اين خانواده از پردازنده‌ها عبارت است از قابليت استفاده از چند پردازنده، تعداد هسته‌ها و حافظه‌ي كش بيشتر و همراهي از حافظه‌هاي ECC. در مقابل، ويژگي‌هايي كه اين پردازنده‌ها را براي استفاده در كامپيوترهاي دسكتاپ معمولي مناسب نمي‌كند عبارتند از سرعت كلاك پايين‌تر در ارزش‌هاي برابر با پردازنده‌هاي مشابه دسكتاپ، نبود پردازنده‌ي گرافيكي ادغام شده و عدم همراهي از اوركلاكينگ. دليل وجود تعداد هسته‌هاي بالاتر و فركانس كاري پايين‌تر در سري Xeon اين است كه سرورها بر خلاف كامپيوترهاي دسكتاپ كه معمولاً تعداد كمي پردازش نسبتاً سنگين را انجام مي‌دهند، تعداد زيادي پردازش سبك را به صورت موازي بايد به انجام برسانند.

اولين پردازنده‌هاي Xeon اي كه ديگر برند پنتيوم را با خود به همراه نداشتند، در سال ۲۰۰۱ معرفي شدند. اين پردازنده‌ها بر مبناي معماري Netburst بودند (كه در خانواده‌ي پردازنده‌هاي پنتيوم ۴ هم از آن استفاده مي‌شد) و اولين بار با هسته‌هاي ۱۸۰ نانومتري Foster و سرعت ۱.۴ تا ۲ گيگاهرتز عرضه شدند. معماري Netburst تا سال ۲۰۰۶ در پردازنده‌هاي Xeon استفاده مي‌شد. پس از آن، اينتل پردازنده‌هاي Xeon را با هسته‌هاي ۹۰ نانومتري Nocona، Irwindale، Cranford، Potomac و Paxville، و هسته‌هاي ۶۵ نانومتري Dempsey و Tulsa نيز عرضه كرد.

پردازنده‌هاي Xeon مبتني بر معماري Netburst درست مانند پردازنده‌هاي دسكتاپ مبتني بر اين معماري از اشكال مصرف بالاي انرژي رنج مي‌بردند. اين موضوع باعث شد اينتل به طور كلي در استراتژي و معماري ساخت پردازنده‌هاي خود بازنگري كند. آخرين پردازنده‌ي Xeon مبتني بر اين معماري، CPU دو هسته‌اي Dempsey با سرعت كلاك ۳.۷۳ گيگاهرتز و تعداد ۳۷۶ ميليون ترانزيستور بود.

Xeon هاي امروزي همچنان به صورت سنتي بر مبناي همان معماري پردازنده‌هاي دسكتاپ و موبايل جديد اينتل ساخته مي‌شوند، اما اينتل آن‌ها را با مقدار قدرت بيشتري عرضه مي‌كند. پردازنده‌ي Woodcrest دو هسته‌اي اينتل كه در سال ۲۰۰۶ عرضه شد، اولين محصول اينتل پس از تغيير استراتژي به سمت پردازنده‌هاي بهينه به شمار مي‌رود.

جديدترين پردازنده‌هاي Xeon در اكتبر ۲۰۱۵ معرفي شده و بر مبناي معماري ۱۴ نانومتري اسكاي‌ليك هستند. اين پردازنده‌ها از سوكت جديد اينتل با نام LGA 1151 استفاده مي‌كنند و سرعت كلاك آن‌ها به ۴ گيگاهرتز نيز مي‌رسد.

يكي از ديگر متخصصدهاي پردازنده‌هاي زئون اينتل، استفاده از آن‌ها در ساخت سوپر كامپيوترها است. بيش از ۸۰ درصد از ۵۰۰ ابر كامپيوتر دنيا از پردازنده‌هاي زئون اينتل استفاده مي‌كنند.

پردازنده‌هاي ايتانيوم (Itanium)

معماري ايتانيوم (با تلفظ صحيح آيتانيِم) در ابتدا توسط اچ‌پي معرفي، و بعدها به صورت مشترك توسط اينتل و اچ‌پي توسعه داده شد. ايتانيوم به نوعي دنبال كننده‌ي ايده‌ي پردازنده‌هاي i860 و iAPX 432 بود و بازار سرورها و مصارف محاسباتي سنگين را هدف گرفته بود. عليرغم اينكه پردازنده‌هاي ايتانيوم، از سوي بازار و مصرف كنندگان با استقبال كمي مواجه شدند، توانستند مدت زمان بيشتري را نسبت به ديگر پردازنده‌هاي شكست خورده‌ي اينتل در بازار دوام بياورند.

ايتانيوم‌ها به عنوان اولين پردازنده‌ي ۶۴ بيتي اينتل عرضه شدند و باور عموم بر اين بود كه آينده‌ي پلتفرم ۶۴ بيت اينتل با پردازنده‌هاي ايتانيوم خواهد بود. با اين حال، همانطور كه امروزه شاهد آن هستيم، آينده‌ي پردازنده‌هاي ۶۴ بيت اينتل به شكل كاملاً متفاوتي رقم خورد. اشكال اصلي ايتانيوم عملكرد ۳۲ بيت بسيار ضعيف آن بود.

اولين ايتانيوم‌ها در سال ۲۰۰۱ با هسته‌هاي ۱۸۰ نانومتري Merced و سرعت كلاك ۷۳۳ و ۸۰۰ مگاهرتز عرضه شدند. اين پردازنده‌ها ۳۲۰ ميليون ترانزيستور را در خود جاي مي‌دادند كه چيزي حدود ۶ برابر بيشتر از تعداد ترانزيستورهاي پردازنده‌هاي پنتيوم در آن زمان بود. عملكرد اولين ايتانيوم‌ها در مقايسه با رقباي خود يعني پردازنده‌هاي RISC و CISC به شدت نااميد كننده بود. نتايج بنچمارك‌ها در سال ۲۰۰۱ نشان مي‌داد كه بازده ايتانيوم در اجراي برنامه‌هاي ساخته شده براي پلتفرم x86، برابر با يك پردازنده‌ي ۱۰۰ مگاهرتزي پنتيوم است. اين در حالي بود كه در آن زمان پردازنده‌هاي ۱.۱ گيگاهرتزي پنتيوم در بازار متداول بودند.

ايتانيوم ۲ در سال ۲۰۰۲ با هسته‌ي ۱۸۰ نانومتري McKinley و همچنين هسته‌هاي ۱۳۰ نانومتري Madison، Deerfield، Hondo و Fanwood عرضه شد. سري ايتانيوم تا سال ۲۰۱۰ و عرضه‌ي Itanium 9000 به روزرساني ديگري را تجربه نكرد. ايتانيوم ۹۰۰۰ از هسته‌هاي ۹۰ نانومتري Montecito و Montvale و همچنين هسته‌هاي ۶۵ نانومتري Tukwila استفاده مي‌كرد. اين پردازنده از مقدار باورنكردني ۲۴ مگابايت حافظه‌ي كش و ۲ ميليارد ترانزيستور بهره مي‌برد.

عليرغم شايعات متعدد مبني بر توقف توليد پردازنده‌هاي خانواده‌ي ايتانيوم از سوي اينتل، اكوسيستم اين پردازنده‌ها تا به امروز به خوبي توسط اينتل همراهي مي‌شود. جديدترين ايتانيوم با هسته‌ي ۳۲ نانومتري Poulson و با نام Itanium 9500 در سال ۲۰۱۲ عرضه شد. اين پردازنده ۳۲ مگابايت كش L3 و ۶ مگابايت كش L2 و ۳.۱ ميليارد ترانزيستور دارد.

اكثر سيستم‌هاي مبتني بر ايتانيوم همچنان توسط اچ‌پي توليد مي‌شوند. تا سال ۲۰۰۸، معماري ايتانيوم پس از x86، Power Architecture و SPARC، چهارمين معماري متداول استفاده شده در سرورهاي تجاري است. در حالي كه اينتل اعلام كرده است مشغول كار بر روي پردازنده‌هاي Kittson براي نسل بعدي ايتانيوم است، تا به امروز پردازنده‌هاي Poulson ايتانيوم كه در سال ۲۰۱۲ معرفي شده‌اند، جديدترين پردازنده‌هاي اين معماري به شمار مي‌روند. از آنجايي كه در حال حاضر اچ‌پي تنها مشتري ايتانيوم است، احتمالاً Kittson آخرين ايتانيوم خواهد بود.

اصلي ترين سيستم عامل براي ايتانيوم HP-UX است. مايكروسافت و ردهت اعلام كرده‌اند كه قصد دارند به همراهي از پردازنده‌هاي ايتانيوم در سيستم عامل‌هاي خود پايان دهند؛ هرچند ديگر توزيع‌هاي لينوكس مانند دبيان همچنان به همراهي از ايتانيوم ادامه خواهند داد. اوراكل نيز در سال ۲۰۱۱ اعلام كرد توسعه‌ي نرم‌افزار براي ايتانيوم را متوقف خواهد كرد.

فناوري هايپر تردينگ (Hyper-Threading)

در سال ۲۰۰۲، اينتل اولين پردازنده‌هاي مدرن دسكتاپ خود با فناوري چندريسماني همزمان (SMT: Simultaneous Multithreading Technology) را عرضه كرد. تكنولوژي مالتي‌تردينگ اختصاصي اينتل، «هايپر تردينگ» (Intel Hyper-Threading Technology) نام دارد و در فارسي با نام‌هاي «فراريسماني» و «پُرريسگي» نيز شناخته مي‌شود. اين فناوري اولين بار در پردازنده‌هاي Xeon اينتل كه بر مبناي هسته‌هاي Prestonia بودند پديدار شد و سپس پردازنده‌هاي پنتيوم ۴ مبتني بر Northwood نيز از آن استفاده كردند.

هايپرتردينگ براي بهبود پردازش موازي (انجام چندين وظيفه به صورت همزمان) در پردازنده‌هاي مبتني بر معماري x86 توسعه داده شده است. در اين تكنولوژي، به ازاي هر هسته‌ي فيزيكي، سيستم عامل دو هسته‌ي مجازي (يا منطقي) را آدرس دهي كرده و بار پردازش را در صورت امكان بين آن‌ها تقسيم مي‌كند. تنها سيستم عامل‌هايي كه براي استفاده از اين تكنولوژي بهينه شده باشند قادر به بهره برداري از مزاياي آن خواهند بود.

در زمان معرفي، اينتل ادعا مي‌كرد كه پردازنده‌هايي كه از تكنولوژي هايپر تردينگ بهره مي‌برند، نسبت به پردازنده‌هاي پنتيوم ۴ اي كه از اين تكنولوژي بي بهره هستند ۳۰ درصد بازده بيشتري دارند. آزمايش‌ها نيز نشان مي‌داد كه يك پردازنده‌ي ۳ گيگاهرتزي هايپرترد، عملكرد بهتري نسبت به پردازنده‌ي ۳.۶ گيگاهرتزي غير هايپرترد از خود به نمايش مي‌گذارد. اينتل پس از آن، اين تكنولوژي را در پردازنده‌هاي مختلف خود از جمله ايتانيوم، پنتيوم D، اتم و سري Core i به كار گرفت.

هايپرتردينگ معايبي نيز با خود به همراه دارد. در سال ۲۰۰۶ مشخص شد كه اين فناوري از لحاظ مصرف انرژي چندان بهينه عمل نمي‌كند. براي مثال كمپاني ARM اعلام كرد كه هسته‌هايي كه از مالتي تردينگ استفاده مي‌كنند، مي‌توانند منجر به مصرف ۴۶ درصدي بيشتر انرژي نسبت به دو هسته‌ي واقعي شوند. همچنين ARM ادعا مي‌كند مالتي تردينگ كوبيدگي حافظه‌ي كش را ۴۲ درصد افزايش مي‌دهد، در حالي كه دو هسته‌ي واقعي اين ميزان كوبيدگي را ۳۷ درصد كاهش مي‌دهند. اينتل اين ادعاها را رد كرده و عقيده دارد تكنولوژي هايپرتردينگ با استفاده از منابعي كه در حالت عادي بدون مصرف و در حالت آماده به كار (idle) قرار دارند، بسيار بهينه عمل مي‌كند. در سال ۲۰۱۰ ARM اعلام كرد كه احتمال استفاده از مالتي تردينگ در طراحي چيپ‌هاي آينده‌ي اين شركت وجود دارد.

اين مطلب ادامه دارد ...