كامپيوترهاي مك مبتني بر آرم چه سطحي از كارايي پردازشي را ارائه مي‌كنند؟
اپل در رويداد WWDC از تصميم خود مبني بر مهاجرت از پردازنده‌هاي اينتل به آرم خبر داد. از آن زمان، بسياري از متخصصان و متخصص كارشناسان اين سؤال را مطرح مي‌كنند كه كامپيوترهاي آتي چه سطحي از كارايي و بهره‌وري را به متخصصان ارائه خواهند كرد؟ پاسخ به چنين سوالي قطعا آسان نخواهد بود. به‌علاوه، در بسياري از مباحثه‌ها درك صحيحي از تفاوت پردازنده‌هاي مدرن x86 با پردازنده‌هاي آرم وجود ندارد.
رقابت بين CISC و RISC؟
برخي از مقاله‌هايي كه در روزهاي اخير با تمركز بر مقايسه‌ي بهره‌وري پردازنده‌ها منتشر شده‌اند، تفاوت آن‌ها را در معماري زيرساختي يعني CISC در برابر RISC مي‌دانند. البته چنين مقايسه‌اي قطعا مناسب وضعيت كنوني دنياي پردازنده نيست.
CISC و RISC دو نوع طراحي دستورالعمل در معماري پردازنده هستند
مقايسه بين معماري دستورالعمل‌ها در پردازنده‌هاي x86 و آرم از سال‌ها پيش در دنياي فناوري ديده مي‌شود. معماري دستورالعمل كه به‌نام ISA شناخته مي‌شود، در دو نوع معماري مبتني بر x86 و آرم با هم تفاوت دارد كه به‌نام‌هاي CISC و RISC شناخته مي‌شوند. دهه‌ها پيش، طراحي‌هاي CISC (مخفف Complex Instruction Set Computer) مانند x86 مبتني بر دستورالعمل‌هاي پيچيده و با طول‌هاي متفاوت بود كه توانايي رمزگذاري (encode) بيش از يك عمليات را داشت. طراحي‌هاي پردازنده در سبك CISC در دوره‌هايي كه حافظه بسيار گران‌ارزش بود، در دنياي پردازنده فرمانروايي مي‌كردند. در هر دو بخش هزينه به ازاي هر بيت پردازش داده و همچنين تأخير در دسترسي به دستورالعمل‌ها، شاهد برتري آن طراحي‌ها بوديم. به بيان ساده، دستورالعمل‌هاي پيچيده‌ي مبتني بر طراحي مذكور، امكان نوشتن كدهاي بيشتر و عميق‌تر را با دسترسي و نياز كمتر به حافظه فراهم مي‌كرد.
طراحي مبتني بر آرم در مقابل طراحي قديمي قرار مي‌گيرد كه از اصول RISC (مخفف Reduced Instruction Set Computer) پيروي مي‌كند. به بيان ساده، اين نوع طراحي دستورالعمل، محدوديت مشخصي براي طول دستورالعمل‌ها دارد كه هركدام تنها يك عمليات را انجام مي‌دهند. پردازش مبتني بر RISC، در دهه‌ي ۱۹۸۰ به پديده‌اي مرسوم تبديل شد. در آن زمان، ارزش حافظه‌هاي رم كاهش يافت. درنهايت طراحي RISC جاي CISC را گرفت، چون طراحان پردازنده به اين نتيجه رسيده بودند كه ساختن معماري‌هاي ساده در سرعت‌هاي كلاك بالا، بهتر از تحمل نقاط ضعف و كمبودهايي خواهد بود كه طراحي مبتني بر CISC در بهره‌وري و نيروي مصرفي دارد.
نكته‌ي جالب‌توجه اينكه هيچ پردازنده‌ي x86 مدرني لاخبار تخصصيا از دستورالعمل‌هاي x86 بهره نمي‌برد. اينتل در سال ۱۹۹۵ سري پنتيوم پرو را معرفي كرد. اين پردازنده‌ها اولين ريزپردازنده‌هاي x86 بودند كه دستورالعمل‌هاي x86 CISC را به فرمت RISC داخلي تبديل مي‌كردند كه براي اجرا، ساده‌تر بودند. درنهايت تقريبا تمامي پردازنده‌هاي AMD و اينتل از انتهاي دهه‌ي ۱۹۹۰ در ساختار داخلي خود از طراحي RISC بهره مي‌برند. درنتيجه امروز مي‌دانيم كه جنگ RISC و CISC به پايان رسيده و RISC پيروز ميدان بوده است.
شركت‌ها تنها به اين دليل هنوز از مفاهيم CISC و RISC استفاده مي‌كنند كه براي مردم قابل فهم‌تر خواهد بود. درنتيجه امروز بسياري تصور مي‌كنند كه آرم به‌خاطر RISC بودن طراحي اصلي از x86 كه مبتني بر CISC عمل مي‌كند، سريع‌تر است. درصورتي‌كه امروز مي‌دانيم چنين گزاره‌اي صحيح نيست. درواقع طي دو دهه‌ي گذشته، تنها پردازنده AMD يا اينتل كه از دستورالعمل‌هاي كاملا x86 استفاده مي‌كند، Atom است.
پردازنده‌هاي x86 مدرن، دستورالعمل CISC را به RISC تبديل مي‌كنند
تنها نكته‌ي قابل مباحثهي كه در موضوع مقايسه‌ي RISC و CISC باقي مي‌ماند، در همان بخش رمزگشايي دستورالعمل‌ها ديده مي‌شود. سؤال اصلي در اين حوزه مطرح مي‌شود كه آيا بخش رمزگشايي و تبديل دستورالعمل‌هاي CISC به RISC در پردازنده‌هاي x86 توان زيادي مصرف مي‌كند؟ پاسخ به همين سؤال، تفاوت عملكرد و سرعت پردازنده‌هاي x86 و آرم را نشان مي‌دهد.
اينتل و AMD مي‌گويند كه توان مصرفي بخش ترجمه‌ي دستورالعمل‌ها در پردازنده‌هاي x86 آن‌چنان قابل‌توجه و تأثيرگذار نيست. درواقع آن‌ها ادعا مي‌كنند كه تأثير مصرف نيروي بخش رمزگشايي در محدوده‌ي سه تا پنج درصد قرار دارد. ادعاي دو شركت مذكور در مقايسه‌ها و مطالعه‌هاي مستقل هم تاحدودي تأييد مي‌شود. يكي از مقايسه‌هاي مستقل نشان مي‌دهد كه تأثير رمزگشايي دستورالعمل‌ها در زماني‌كه حافظه‌هاي كش L2 يا L3 تحت حداكثر فشار باشند حدود سه درصد خواهد بود. به‌علاوه، حداكثر ۱۰ درصد از عمليات بخش رمزگشايي بهعنوان مانعي بر سر بهره‌وري پردازنده عمل مي‌كند. مصرف توان ايستاي هسته‌هاي پردازنده هم تنها نصف مجموع مصرف توان گزارش مي‌شود. درنهايت محققان مطالعه‌ي مستقل درنهايت مي‌گويند كه ۱۰ درصد هم مقداري غير طبيعي به شمار مي‌رود.
در سال ۲۰۱۴ مقاله‌اي پيرامون بازدهي ISA منتشر شد كه ادعاهاي بالا را تأييد مي‌كند. اين مقاله مي‌گويد كه بازدهي ISA در سطح بالاتر از ريزمعماري تقريبا در هر دو نوع دستورالعمل برابر گزارش مي‌شود. به بيان خلاصه تمامي مقايسه‌هايي كه سرعت x86 و آرم را در مقابل يكديگر مطالعه مي‌كنند، براساس پايه‌هاي طراحي پردازنده مطرح شده‌اند و ISA را مورد مطالعه قرار نمي‌دهند. از زمان انتشار دو مقاله‌ي بالا هم مقايسه‌ي عميق مشابهي انجام نشده است و تنها يك پايان‌نامه، نتايجي متفاوت را نشان مي‌دهد كه آن هم به‌جاي مطالعه‌هاي عميق واقعي سخت‌افزاري، به انديشه متخصصينيه‌پردازي‌هاي تئوري بسنده مي‌كند.
مصرف توان در پردازنده براساس فاكتورهايي همچون بازدهي واحدهاي اجرايي، مصرف توان در حافظه‌هاي كش، زيرسيستم ارتباطي اينتركانكت، واحدهاي دريافت و رمزگشايي و موارد مشابه ديكر محاسبه مي‌شود. طراحي ISA شايد روي پارامترهاي طراحي و برخي از بلوك‌هاي عملكردي تأثير بگذارد، اما ISA به‌تنهايي نقشي در تفاوت كارايي ريرپردازنده‌هاي مدرن ندارد.
آيا اپل تراشهاي بهتر از اينتل يا AMD مي‌سازد؟
برخي از بنچمارك‌ها كه در رسانه‌هاي فناوري منتشر مي‌شوند، عملكرد پردازنده‌هاي اپل را در برخي موارد بالاتر مي‌دانند. بهعنوان مثال بنچمارك‌هاي GeekBench 5 و GFX Bench 5 نشان مي‌دهند كه گجت‌هايي همچون آيپد پرو و حتي برخي از انواع آيفون، لپ‌تاپ‌هاي مك مبتني بر پردازنده اينتل را در سرعت و قدرت پرداشي شكست مي‌دهند.
در مقايسه‌اي ديگر با WebXPRT 3، اينتل هنوز برتري دارد. درنهايت، مقايسه‌هاي عملكردي كه بتوان در آن‌ها دو پلتفرم را به‌صورت كاملا واضح در برابر هم قرار داد، محدود هستند و نتايج آن‌ها هم در جهت‌هاي مخالف و گمراه‌كننده‌اي قرار مي‌گيرد.
بنچمارك مقايسه‌اي براي لپ‌تاپ‌هاي مبتني بر اينتل با تبلت يا موبايل هوشمند محهز به پردازنده‌ي آرم، فاكتورهاي و نتايج متنوعي ارائه مي‌كند. براي مقايسه‌ي بهتر ابتدا به بنچمارك‌هاي بهتري نياز داريم كه در شرايطي شبيه‌تر و نزديك‌تر انجام شود. چنين مقايسه‌اي هم تا زمان عرضه‌ي محصول نهايي مك مبتني بر آرم ممكن نمي‌شود. تنها در آن زمان مي‌توان دو سيستم‌عامل مشابه مك را در دو پلتفرم و معماري متفاوت با هم مقايسه كرد. ازطرفي، بنچمارك GeekBench در مقايسه‌ي عملكرد پردازنده‌ها ابزار مناسبي محسوب نمي‌شود. قبلا هم شك و شبهه‌هاي متعددي پيرامون كارايي بنچمارك مذكور در مقايسه‌ي پردازنده در چند پلتفرم مطرح شده بود. درنهايت براي نتيجه‌گيري منطقي نياز به مقايسه‌هاي واقعي و مشابه بيشتري براي مطالعه پلتفرم‌هاي گوناگون داريم.
از فاكتورهاي موثري كه در مقايسه‌ي عملكرد پردازنده‌ها به نغع اپل هستند مي‌توان به پيشرفت مداوم آن‌ها در طراحي معماري پردازنده اشاره كرد. به‌علاوه، همه مي‌دانيم كه كوپرتينويي‌ها با جديت به‌دنبال برتري كارايي در پردازنده‌ها هستند. اگر اپل از توانايي خود در ارائه‌ي قدرت پردازشي حداقل برابر با اينتل مطمئن نبود، هيچ دليلي براي تغيير معماري پردازنده‌هاي خود نمي‌ديد. همين حقيقت كه آن‌ها به توانايي ارائه‌ي عملكرد و قدرت بيشتر اعتقاد دارند، اعتقاد عميق شركت را به محصولات خودش نشان مي‌دهد.
نكته‌ي مهم در برنامه‌ي مهاجرت اپل به آرم اين است كه آن‌ها دوره‌ي زماني كوتاهي را براي تغيير مسير انتخاب نكرده‌اند. كوپرتينويي‌ها مي‌گويند كه دوره‌ي گذار، حداقل دو سال به طول خواهد انجاميد. تصميم آن‌ها را مي‌توان نشانه‌اي از تمركز شركت روي پلتفرم موبايل دانست. به‌هرحال مقياس‌دهي يك تراشه‌ي ۳/۹ واتي آيفون به تراشهاي ۱۵ تا ۲۵ واتي در فرم فاكتور لپ‌تاپ، بسيار آسان‌تر از مقياس‌دهي به فرم فاكتور دسكتاپ با توان طراحي ۲۵۰ واتي خواهد بود. در دنياي دسكتاپ، بايد بخش‌ها و فناوري‌هاي متعددي به تراشه اضافه شود تا مواردي همچون PCIe 4.0 و رم استاندارد DDR4 يا DDR5 و بسياري موارد ديگر، تأمين شوند.
اپل به احتمال زياد مي‌تواند پردازنده‌اي قدرتمندتر از پردازنده‌هاي x86 اينتل در لپ‌تاپي قدرتمند عرضه كند. البته حوزه‌ي دسكتاپ و پردازنده‌هايي با توان طراحي گرمايي بالا، قطعا تا سال‌ها تحت سلطه‌ي معماري x86 باقي خواهد ماند. درنهايت، عرضه‌ي پردازنده‌ي مبتني بر آرم توسط اپل را مي‌توان مهم‌ترين رويداد رونمايي دنياي پردازنده پس از رخداد سال ۲۰۱۷ و عرضه‌ي رايزن ازسوي AMD دانست. تاريخچه‌ي اپل در استراتژي بازار و ارزش‌گذاري نشان مي‌دهد كه هدف‌گيري بازار انبوه با محصولات جديد، آن‌چنان محتمل نخواهد بود.
هم انديشي ها