تاريخچه پردازنده هاي اينتل (قسمت چهارم)

پردازنده‌هاي پنتيوم M، تغيير تاكتيك تاريخي

پردازنده‌هاي پنتيوم M سري 700 در سال ۲۰۰۳ با نام رمز Banias و هسته‌هاي ۱۳۰ نانومتري براي دستگاه‌هاي قابل حمل عرضه شدند (حرف M در انتهاي نام اين پردازنده‌ها مخفف كلمه‌ي Mobile به معني قابل حمل است). اين پردازنده‌ها حاصل فلسفه‌ي جديد اينتل مبني بر عدم تمركز روي سرعت كلاك، و توجه ويژه به بهينه بودن مصرف انرژي بودند. معماري اين پردازنده‌ها توسط تيم طراحي اينتل به رهبري مولي ادن و ديويد پرلموتر (كه هم اكنون هر دو از مقامات مهم اجرايي در اينتل هستند) در سرزمين‌هاي اشغالي توسعه يافت. جالب است بدانيد نام Banias برگرفته شده از نام مكاني تاريخي در بلندي‌هاي جولان است.

اينتل به منظور كاهش مصرف انرژي در اين پردازنده‌ها از تكنولوژي‌هايي مانند اسپيداستپ ۳ (SpeedStep 3) استفاده كرد. اين تكنولوژي با استفاده از سرعت كلاك و ولتاژ متغير هسته باعث مي‌شود وقتي سيستم در حالت آماده به كار (idle) قرار دارد، انرژي به مراتب كمتري نسبت به حالت عادي مصرف كند. پردازنده‌هاي ۱.۶ گيگاهرتزي پنتيوم M با استفاده از اين تكنولوژي مي‌توانستند بر حسب نياز در سرعت‌هاي ۶۰۰، ۸۰۰، ۱۰۰، ۱۲۰۰، ۱۴۰۰ و ۱۶۰۰ مگاهرتزي كار كنند. به اين ترتيب مصرف انرژي اين پردازنده‌ها بين ۵ وات در حالت آماده به كار و ۲۷ وات در زمان اوج مصرف متغيير بود.

جداي از مباحثه تكنولوژي‌هاي بهينه‌سازي مصرف انرژي، هسته‌هاي Banias در پردازنده‌هاي پنتيوم M، كاهش فركانس زيادي نسبت به هسته‌هاي ۲.۶ گيگاهرتزي پنتيوم 4 موبايل داشتند. اين كاهش فركانس باعث مي‌شد تا پردازنده‌هاي پنتيوم M نسبت به پردازنده‌هاي ۸۸ واتي پنتيوم 4 به شدت بهينه‌تر باشند. به روز رساني بعدي ليتوگرافي ساخت پنتيوم M كه Dothan نام داشت، با فناوري ساخت ۹۰ نانومتري، در حالي كه تعداد ترانزيستورهاي موجود روي چيپ را به ۱۴۰ ميليون و سرعت كلاك را به ۲.۱۳ گيگاهرتز افزايش مي‌داد، باعث مي‌شد مصرف انرژي پردازنده به ۲۱ وات كاهش پيدا كند.

هرچند اينتل پردازنده‌هاي پنتيوم M را به عنوان پردازنده‌هاي مخصوص دستگاه‌هاي قابل حمل بازاريابي و تبليغ مي‌كرد، اما توليدكنندگان سخت‌افزاري مانند MSI و ASUS مادربردهاي سازگار با اين پردازنده‌ها را براي علاقه‌مندان روانه‌ي بازار كردند.

جانشين هسته‌هاي Dothan در سال ۲۰۰۶ با نام Yonah عرضه شد. اگرچه اين پردازنده‌ها Core Duo و Core Solo نام گرفتند، اما معماري آن‌ها هيچ ربطي به سري Core نداشت. هسته‌هاي Banias تا به امروز به عنوان يكي از مهم‌ترين دستاوردهاي تاريخ اينتل به شمار مي‌روند و تاثيري كه روي آينده‌ي شركت گذاشتند با تاثير اولين پردازنده‌هاي اينتل يعني 4004، 8086 و 386 مقايسه مي‌شود.

پردازنده‌ي پنتيوم D، اولين دو هسته‌اي‌ اينتل

پردازنده‌هاي پنتيوم D اولين پردازنده‌هاي دو هسته‌اي اينتل به شمار مي‌روند. اولين مدل‌هاي اين پردازنده با نام رمز Smithfield هنوز بر مبناي معماري پر مصرف Netburst بودند. پردازنده‌هاي Smithfield كه از هسته‌هاي ۹۰ نانومتري استفاده مي‌كردند، با نام تجاري Pentium D 800 series به بازار عرضه شدند. در سال ۲۰۰۴ پردازنده‌هاي مبتني بر معماري NetBurst به نهايت سرعت كلاك ممكن يعني ۳.۸ گيگاهرتز رسيدند. دست يافتن به سرعت‌هاي بالاتر از اين ميزان به دليل مصرف بالاي انرژي و گرماي توليد شده‌ي زياد، براي اين معماري ممكن نبود.

به همين دليل، تنها ۹ ماه پس از عرضه‌ي Smithfield، اينتل اين پردازنده‌ها را با معماري ۶۵ نانومتري Presler و هسته‌هاي Cedar Mill جايگزين كرد. پردازنده‌هاي دو هسته‌اي Presler آخرين نسل از پردازنده‌هاي پنتيوم M بودند و توليد آن‌ها در سال ۲۰۰۸ متوقف شد.

اينتل همچنين نسخه‌هاي Extreme هر دو پردازنده را با ماكزيمم سرعت كلاك ۳.۷۳ گيگاهرتز و مصرف انرژي ۱۳۰ وات عرضه كرد. اين ميزان بالاترين مصرف انرژي يك پردازنده‌ي دسكتاپ اينتل تا به امروز است (مصرف انرژي بعضي پردازنده‌هاي سرور به ۱۷۰ وات هم مي‌رسد). پردازنده‌هاي Smithfield تعداد ۲۳۰ ميليون و Prescott تعداد ۳۷۶ ميليون ترانزيستور در خود جاي داده بودند.

برنامه‌ي تحقيقاتي «رايانش در مقياس ترا»

برنامه‌ي تحقيقاتي رايانش در مقياس ترا (TSCR: Terascale Computing Research Program) حوالي سال ۲۰۰۵ آغاز شد. اينتل با اين برنامه قصد داشت پردازنده‌هايي با كارايي بيش از يك ترافلاپس كه قادر باشند چندين ترابايت داده را با سرعت بالا پردازش كنند، توسعه بدهد.

فلاپس (FLOPS) مخفف عبارت «تعداد عمليات مميز شناور در هر ثانيه» (floating-point operations per second) و معياري براي سنجش عملكرد كامپيوترها است. فلاپس از IPS (تعداد دستور بر ثانيه) كه در قسمت‌هاي قبل به آن اشاره شد، معيار به مراتب دقيق‌تري است. اگرچه حرف S در انتهاي FLOPS مخفف كلمه‌ي ثانيه (Second) است، اما بسياري اين حرف را به عنوان علامت جمع بودن كلمه در انديشه متخصصين گرفته و مفرد آن را به صورت FLOP به كار مي‌برند. به همين دليل در فارسي نيز اكثراً از عبارت «فلاپ» به جاي «فلاپس» استفاده مي‌شود.

هدف ديگر اين برنامه، يافتن راه حلي براي غلبه بر چالش‌هاي پيش روي ساخت چيپ‌هايي با بيش از ۴ هسته و همچنين تحقيق بر روي بهينه‌سازي پردازنده‌ها بود. برنامه‌ي TSCR منجر به ساخت چيپ تحقيقاتي ترافلاپ (Teraflops Research Chip) و كامپيوتر ابري تك چيپه (Single-Chip Cloud Computer) شد. هر دو اين پردازنده‌ها نقش مهمي در به وجود آمدن پردازنده‌هاي Xeon Phi بازي كردند.

چيپ تحقيقاتي ترافلاپ با نام رمز Polaris (با معماري پلاريس AMD اشتباه گرفته نشود) يك پردازنده‌ي ۸۰ هسته‌اي و حاصل برنامه‌ي TSCR است. از جمله فناوري‌هاي به كار رفته در اين چيپ مي‌توان به موتور مميز شناور دوگانه‌، تكنولوژي هسته‌هاي خوابيده و حافظه‌ي ۳ بعدي انباشته اشاره كرد. هدف از ساخت چنين چيپي تحقيق روي اين موضوع بود كه چگونه مي‌توان بيش از ۴ هسته را روي يك تراشه جاي داد و چيپي ساخت كه به عملكرد پردازشي يك ترافلاپ دست پيدا كند. سرانجام پردازنده‌ي ۸۰ هسته‌اي تحقيقاتي اينتل در سال ۲۰۰۷ رونمايي شد و با سرعت ۵.۷ گيگاهرتز و توان ۲۶۵ وات، توانست به عملكرد ۱.۸۱ ترافلاپ دست پيدا كند.

كامپيوتر ابري تك چيپه (SCC) هم يك پردازنده‌ي تحقيقاتي ۴۸ هسته‌اي است كه در سال ۲۰۰۹ از دل برنامه‌ي TSCR بيرون آمد. ايده‌ي پشت ساخت SCC، دستيابي به چيپي بود كه چندين مجموعه از هسته‌هاي مجزا در آن بتوانند به صورت مستقيم با يكديگر ارتباط برقرار كنند؛ درست مانند ارتباط سرورهاي يك ديتاسنتر با يكديگر. اين چيپ شامل ۴۸ هسته‌ي پنتيوم با آرايش دو بعدي ۴ در ۶ است، به نحوي كه ۲۴ جفت هسته هر كدام به صورت مشترك از ۱۶ كيلوبايت حافظه‌ي كش استفاده مي‌كنند. هر جفت هسته به جاي اينكه اطلاعات را به حافظه‌ي اصلي ارسال و دريافت كنند، مستقيماً با ديگر جفت هسته‌ها در ارتباط هستند. اين تكنيك عملكرد چيپ را به شدت بهبود مي‌بخشد.

پردازنده‌هاي Core 2

پردازنده‌هاي Core 2 پاسخ اينتل به پردازنده‌هاي بسيار موفق Athlon X2 و Opteron اي‌ام‌دي بودند. AMD با نوآوري‌هاي پي در پي و ساخت پردازنده‌هاي مقرون به صرفه و كارآمد، توانسته بود تا با به دست آوردن نيمي از سهم بازار پردازنده‌ها در اوايل سال ۲۰۰۶، زنگ خطر را براي اينتل به صدا در بياورد.

معماري Core براي اولين بار با هسته‌هاي ۶۵ نانومتري Conroe در پردازنده‌هاي دسكتاپ سري Core 2 Duo E-6000، هسته‌هاي Merom در پردازنده‌هاي موبايل سري Core 2 Duo T7000 و هسته‌هاي Woodcrest در پردازنده‌هاي سرور سري Xeon 5100 عرضه شد. اينتل بلافاصله پردازنده‌هاي ۴ هسته‌اي خود را نيز با نام Core 2 Quad براي دسكتاپ و Xeon 5300 براي سرور عرضه كرد.

معماري Core باعث شد اينتل جايگاه از دست رفته‌ي خود در بازار پردازنده‌ها را دوباره به دست بياورد. در حالي كه هسته‌هاي Conroe همچنان در حال توسعه بودند، اينتل با استفاده از پردازنده‌هاي پنتيوم و پنتيوم D خود طي سال‌هاي ۲۰۰۵ و ۲۰۰۶ وارد يك جنگ ارزشي بي سابقه با AMD شد. اين در حالي بود كه پردازنده‌هاي Core 2 Duo در سال ۲۰۰۶ بالاخره توانستند عنوان «بهترين عملكرد» كه ظرف چند سال گذشته در اختيار پردازنده‌هاي AMD بودند را بار ديگر به پردازنده‌هاي اينتل بازگردانند. Conroe در زمان عرضه سرعت كلاكي بين ۱.۲ تا ۳ گيگاهرتز داشت و ۲۹۱ ميليون ترانزيستور را در خود جاي مي‌داد. اين پردازنده‌ها در سال ۲۰۰۸ با فناوري ساخت ۴۵ نانومتري Penryn به روزرساني شدند.

جنجال تبليغ پردازنده‌ي Core 2 Duo

اينتل در يكي از پوسترهاي تبليغاتي خود براي پردازنده‌هاي Core 2 Duo يك اداره را به تصوير كشيده بود كه در آن متخصصان سياهپوست در لباس دو و ميداني در موقعيت آغاز مسابقه‌ي دو قرار داشتند. منظور اينتل از اين تبليغ همانطور كه در عنوان آن پيدا است، اين بود كه با استفاده از پردازنده‌هاي جديد Core 2 Duo مي‌توانيد عملكرد كامپيوترهاي شركت خود را افزايش داده و بازده متخصصان‌تان را چند برابر كنيد.

اما اين تبليغ به گونه‌اي طراحي شده بود كه در نگاه اول به انديشه متخصصين مي‌آمد عده‌اي سياه پوست در حال تعظيم به يك مرد سفيد پوست هستند. با بالا گرفتن اعتراضات به اين تبليغِ ظاهراً نژادپرستانه، اينتل مجبور شد تا آن را جمع‌آوري و طي بيانيه‌اي رسماً عذرخواهي كند.

روي آوردن اپل به پردازنده‌هاي اينتل

در تاريخ ۶ ژوئن سال ۲۰۰۵ استيو جابز با اعلام اينكه اپل قصد دارد در كامپيوترهاي مك خود به جاي استفاده از پردازنده‌هاي پاور پي‌سي (PowerPC) ساخت آي‌بي‌ام-موتورولا از پردازنده‌هاي x86 اينتل استفاده كند، همه را شگفت زده كرد. تا پيش از اين تصور بر اين بود كه از يك طرف اتحاد اينتل و مايكروسافت، و از طرف ديگر اتحاد اپل و آي‌بي‌ام پابرجا باقي بماند. اواخر دهه‌ي ۹۰ ميلادي و اوايل سال‌هاي ۲۰۰۰، نام مكينتاش با پاور پي‌سي و نام ويندوز با اينتل گره خورده بود، به طوري كه از اصلاح وينتل (Wintel) براي اشاره به كامپيوترهايي كه سيستم عامل آن‌ها ويندوز و پردازنده‌هايشان اينتل بود استفاده مي‌شد.

استيو جابز انگيزه‌ي اصلي اپل براي روي آوردن به اينتل را ناراضي بودن اپل از روند توسعه‌ي تكنولوژي پاورپي‌سي توسط IBM اعلام كرد. جابز به صورت خاص به برنامه‌هاي آينده‌ي اينتل و فاكتور «عملكرد بر واحد وات» اشاره كرد كه براي لپ‌تاپ‌ها موضوعي حياتي است.

بنا به اعلام اپل قرار بود فرآيند مهاجرت از پاورپي‌سي به اينتل از ژوئن ۲۰۰۶ آغاز و تا اواخر سال ۲۰۰۷ به پايان برسد؛ هرچند اين فرآيند بسيار سريع‌تر از اين تكميل شد. در ژانويه‌ي ۲۰۰۶ استيو جابز با معرفي مك‌بوك پرو ۱۵ اينچي و آيمك جديد كه هر دو از پردازنده‌هاي Core Duo اينتل استفاده مي‌كردند، از اولين كامپيوترهاي x86 اپل رونمايي كرد. در فوريه‌ي همان سال، اپل مك ميني را نيز با پردازنده‌هاي سري Core اينتل معرفي كرد. روي آوردن به معماري x86 به اپل اين امكان را داد تا با معرفي نرم‌افزار بوت كمپ (Boot Camp) بتواند اجراي ويندوز XP بر روي مك را براي متخصصان خود ميسر كند. در آوريل همان سال اپل مك‌بوك پرو ۱۷ اينچي را كه از پردازنده‌ي اينتل استفاده مي‌كرد، جايگزين پاوربوك ۱۷ اينچي خود كرد. فرآيند مهاجرت اپل در آگوست ۲۰۰۶ به پايان رسيد.

بسياري از ناظران از اينكه اپل چرا به جاي اينتل با AMD قرارداد نبسته بود شوكه شده بودند. در آن زمان AMD با پلتفرم ۶۴ بيتي خود نگاه‌هاي زيادي را به سمت خود جلب كرده بود. بسياري از متخصص كارشناسان با برون‌يابي نمودارهاي پيشرفت اين شركت، احتمال مي‌دادند كه عاقبت AMD اينتل را به زير خواهد كشيد؛ اتفاقي كه هرگز به وقوع نپيوست.

سرانجام اپل با انتشار اختصاصي Mac OS X v10.6 براي پردازنده‌هاي اينتل در سال ۲۰۰۹ به همراهي از پاورپي‌سي خاتمه داد.

چرخه‌ي تيك-تاك (Tick-Tock)

در حالي كه اينتل به صورت سنتي هر دو سال يك بار فناوري ساخت خود را كوچك‌تر مي‌كرد، با ورود پردازنده‌هاي Core 2 Duo، روند به روزرساني پردازنده‌هاي اين شركت دستخوش تغيير اساسي شد. چرخه‌ي جديد كه به تيك-تاك معروف است از سال ۲۰۰۷ تا به امروز برقرار است. با هر «تيك»، اينتل تكنولوژي فرآيند ساخت پردازنده‌هاي خود را كوچك‌تر كرده، و با هر «تاك» يك معماري جديد معرفي مي‌شود. هر ۱۲ تا ۱۸ ماه شاهد يك تيك يا يك تاك در پردازنده‌هاي اينتل هستيم.

براي مثال معرفي پردازنده‌هاي آيوي بريج (Ivy Bridge) كه براي اولين بار از فناوري ساخت ۲۲ نانومتري استفاده مي‌كردند «تيك» و پردازنده‌هاي هسول (Haswell) كه با همان فناوريِ ساخت، معماري به‌روزتري داشتند «تاك» محسوب مي‌شود. به طريق مشابه پردازنده‌هاي ۱۴ نانومتري برادول (Broadwell) در اين چرخه تيك و پردازنده‌هاي اسكاي‌ليك (Skylake) تاك هستند. انتظار مي‌رود تيك بعدي با معرفي پردازنده‌هاي ۱۰ نانومتري كَنون ليك (Cannonlake) در سال ۲۰۱۷ و تاك بعدي با بهبود معماري ۱۰ نانومتري در پردازنده‌هاي آيس ليك (Ice Lake) در سال ۲۰۱۸ به وقوع بپيوندد.

تكنولوژي Intel vPro

در سال ۲۰۰۷، اينتل تكنولوژي vPro خود را معرفي كرد. vPro در واقع يك عبارت تبليغاتي و تكنيك بازاريابي براي مجموعه‌اي از تكنولوژي‌هاي سخت‌افزاري در پردازنده‌هاي جديد ساخت اينتل بود. vPro شامل تكنولوژي‌هايي مانند هايپرتردينگ (براي آشنايي كامل با هايپرتريدنگ انتهاي قسمت قبل را مطالعه كنيد)، تكنولوژي مديريت فعال (AMT)، توربو بوست ۲ و VT-x مي‌شود. براي اينكه كامپيوتري بتواند از مزاياي اين مجموعه تكنولوژي‌ها بهره‌مند شود، بايد پردازنده‌ي vPro، چيپست سازگار با vPro و همچنين بايوسي كه از تكنولوژي vPro همراهي كند داشته باشد.

پردازنده‌هاي اتم (Atom)

پردازنده‌هاي اتم اينتل در سال ۲۰۰۸ براي دستگاه‌هاي كم مصرف و قابل حمل عرضه شدند. اولين نسخه‌هاي پردازنده‌هاي اتم با استفاده از فرآيند ساخت ۴۵ نانومتري توليد شده بودند و توان مصرفي آن‌ها ۰.۶۵ وات بود. با فراگير شدن نِت‌بوك‌ها در سال ۲۰۰۸، بر خلاف پيش‌بيني اينتل مدل‌هاي كمتر بهينه‌اي كه بر مبناي هسته‌هاي Diamondville (سري N200 و N300) بودند، فروش بسيار بيشتري را نسبت به هسته‌هاي Silverthorne (سري Z500) تجربه كردند.

اتم‌هاي اوليه فاقد قدرت كافي بودند و نتوانستند در بازاري به جز نِت‌بوك‌ها به موفقيت دست پيدا كنند. حتي به روزرساني Lincroft (عرضه شده در سال ۲۰۱۰ به عنوان سري Z600) نيز نتوانست اين سناريو را تغيير دهد. معروف‌ترين نت‌بوك‌هايي كه از پردازنده‌هاي اتم اينتل استفاده مي‌كردند عبارتند از Eee PC ايسوس، نت‌بوك‌هاي سري M وايو سوني، MSI Wind PC و نت‌بوك‌هاي سري Inspiron Mini  دل.

پردازنده‌هاي اتم هيچگاه نتوانستند به اندازه‌ي پردازنده‌هاي دسكتاپ Core موفق باشند و تلاش‌هاي اينتل در راه فراگير كردن آن‌ها تاكنون بي ثمر بوده است. در سال ۲۰۰۹ اينتل و TSMC طي توافقي اعلام كردند در ساخت پردازنده‌هاي اتم با يكديگر همكاري خواهند كرد؛ اما قرارداد بين دو شركت در سال ۲۰۱۰ به دليل كمبود تقاضا براي پردازنده‌هاي اتم به حالت تعليق درآمد. در سال ۲۰۱۱ اينتل و گوگل اعلام كردند كه با همكاري يكديگر سيستم عامل اندوريد را با پردازنده‌هاي x86 اتم سازگار خواهند كرد. اين موضوع نيز كمك چنداني به اينتل نكرد و ARM همچنان متداول‌ترين معماري مورد استفاده توسط اندرويد است.

پردازنده‌هاي مبتني بر ARM مانند سري تگرا از انويديا، اسنپدراگون كوالكام و اكسينوس سامسونگ قدرت پردازشي مشابه پردازنده‌هاي اتم اينتل را با يك چهارم مصرف انرژي در اختيار متخصصان قرار مي‌دهند. علاوه بر مصرف كمتر انرژي، اين پردازنده‌ها سخت‌افزارهاي متعددي مانند مودم را نيز در خود جاي داده‌اند و در واقع «سيستم بر روي چيپ» (SoC: System on a Chip) به شمار مي‌روند. اينتل با معرفي SoCهاي اتم خود در سال ۲۰۱۲ سعي داشت بار ديگر شانس خود در زمينه‌ي پردازنده‌ي تلفن‌هاي هوشمند را بيازمايد، اما نهايتاً در ۲۹ آوريل ۲۰۱۶، اعلام كرد كه قصد دارد برنامه‌ي توليد SoC هاي Broxton خود را كنسل كند. براي آشنايي بيشتر با پردازنده‌هاي موبايل اينتل مي‌توانيد اين مقاله را مطالعه كنيد.

اين مطلب ادامه دارد ...