Intel ، AMD و پردازنده‌های 64 بیتی

اشاره : فناوری 64 بیتی، اهمیت آن، و رویکرد شرکت‌های معتبر نرم‌افزاری مثل مایکروسافت برای ارائه سیستم‌عامل و نرم‌افزارهای ویژه آن به چاپ رسید. در این شماره، تلاش دو شرکت مهم سازنده پردازنده‌های سری x86 در این زمینه را بررسی خواهیم کرد.

Bit چیست؟ کلمه bit (بیت) مخفف عبارت binary digit است. اعداد دودویی یا باینری یعنی همان روشی است که یک کامپیوتر داده‌ها را با آن ذخیره کرده یا در قالب آن انتقال می‌دهد. یک بیت می‌تواند مقداری بین صفر یا یک را به خود بگیرد. اگر تعدادی از بیت‌ها را پشت سر هم ردیف کنیم، به یک کُد باینری می‌رسیم مثل 1001011000101 که می‌تواند بیانگر یک دستورالعمل ریاضی (مثل جمع و تفریق)، یک محل‌خاص از حافظه (جهت آدرس‌دهی)، و یا یک داده مشخص مثلاً عدد 456/12 باشد. یک پردازنده 32 بیتی، مثل پنتیوم قادراست با استفاده از این رشته صفر و یک، تا عدد 32‌2 را کدگذاری کند یا در اصطلاح، آن را به مبنای باینری (دودویی) ببرد.

طبیعی است که این میزان برای یک پردازنده 64 بیتی به 64‌‌2 می‌رسد و این بدان معنی است که یک پردازنده 64 بیتی، می‌تواند سقف بسیار بالاتری از اعداد را در واحد زمان پشتیبانی‌کند. بنابراین اگر یک پردازنده 32 بیتی بخواهد عددی بیشتر از 232 را پردازش کند یا انتقال دهد، باید در دو سیکل زمانی این کار را انجام دهد که وقت بیشتری را نسبت به یک پردازنده 64 بیتی صرف‌می‌کند. بدین ترتیب یک پردازنده 64 بیتی، صرف‌نظر از آن‌که چند سیکل زمانی در ثانیه (فرکانس) بیشتر از یک پردازنده 32 بیتی دارد، در هر کدام از این سیکل‌های زمانی نیز قادر است دو برابر یک پردازنده 32 بیتی عمل پردازش را انجام دهد.

حافظه؛ مسئله مهم‌تر
اما عامل دیگری که تحت‌تأثیر دامنه بیتی یک پردازنده قرار می‌گیرد، میزان حافظه‌ای است که سیستم‌پشتیبانی می‌کند یا مورد دسترسی قرار می‌دهد. در پردازنده‌های 32 بیتی که با سیستم‌عامل‌های همگون 32 بیتی کار می‌کنند، تنها چهار‌گیگابایت از فضای حافظه RAM قابل دسترسی است که حتی این مقدار هم توسط سیستم‌عامل‌های 32 بیتی، اغلب به دو‌گیگابایت کاهش می‌یابد. زیرا دو گیگابایت دیگر از آن باید به برنامه‌های کاربردی جهت اجرا تخصیص داده شود.

پردازنده پنتیوم‌4 محصول اینتل و آتلون XP از AMD، از جمله همین پردازنده‌هایی هستند که علیرغم فرکانس بالا جهت اجرای تعداد بیشتری دستورالعمل در واحد زمان، به دلیل عدم امکان دسترسی به مقادیر زیادتری از حافظه، گاه سرورهای محیط‌های Enterprise را با مشکل مواجه‌‌می‌کنند. در حالی که این مشکل، در پردازنده‌های 64 بیتی (البته به شرط اجرای برنامه‌های 64 بیتی تحت سیستم‌عامل‌های 64 بیتی) با پشتیبانی از چندترابایت فضای حافظه، برطرف شده است.


اینتل و AMD شرکت AMD، با ساخت اولین مدل آتلون 64 بیتی که البته برخلاف نام آن، قابلیت پشتیبانی 40 بیتی (نه 32 و نه 64) از حافظه را داشت و می‌توانست 136 گیگابایت از فضای حافظه را آدرس‌دهی کند و اینتل با ساخت پردازندهXeon سری Dual Processor) DP) با قابلیت اجرای 32 و 64 بیتی و برخورداری از تکنولوژی hyper threading، اولین گام‌ها را جهت ساخت پردازنده‌های 64 بیتی برداشتند. این پردازنده‌ها علاوه بر مهیا‌ساختن قابلیت دسترسی به میزان حافظه بیشتر برای سیستم‌عامل، به هر برنامه کاربردی قابل اجرا بر روی آن سیستم‌عامل، یک بلاک چهار‌گیگابایتی از حافظه را جهت اجرا اختصاص می دهند.

این توانایی جدید به نحو بسیار محسوسی، کاربران برنامه‌های طراحی مهندسی (CAD) و بسیاری از بانک‌های اطلاعاتی را با افزایش کارایی و سرعت اجرای برنامه‌ها مواجه‌‌کرد. این پردازنده‌ها که طبق نظر سازندگانشان به‌طور کامل از سیستم‌عامل‌ها و برنامه‌های 32‌بیتی پشتیبانی کرده و هیچ خللی را به دلیل ارتقا به وضعیت 64 بیتی، در برنامه‌های قبلی وارد نمی‌کردند و به قول خودشان سازگار ‌با‌قبل (Backward Compatible) بودند، تنها در صورت اجرای سیستم‌عامل‌های 64 بیتی (مثل ویندوز 2003 نسخه 64) و همچنین اجرای برنامه‌های 64 بیتی، می‌توانستند قدرت خودشان را به نمایش بگذارند.

در حالی که در زمان اجرای 32‌بیتی بر روی سیستم‌عامل‌های 32‌بیتی، تنها چیزهایی که می‌توانند عاید این محیط‌های قدیمی نمایند، عبارت است از:

1 - استفاده از فرکانس بالاتر جهت اجرای تعداد بیشتری دستورالعمل در واحد زمان

2 - استفاده از سطوح بالاتر cache (سطح 2) جهت افزایش سرعت دسترسی به اطلاعات

3 - استفاده از سیلیکون‌هایی با کیفیت بالاتر و دارای تعداد ترانزیستور بیشتر باز هم در راه افزایش سرعت.

به هر روی هر دو شرکت سرشناس تولیدکننده پردازنده‌های 64 بیتی برای کامپیوترهای x86 مدعی ساخت
پردازنده‌های مذکور با کیفیت بالاتر بوده و در واقع هر دو ادعای پیشتازی در این عرصه را دارند.

‌● راه‌حل‌های اینتل
این راه‌حل‌ها شامل سه دسته پردازنده (بعد از ارائه Xeon DP) و سه مدل پردازنده ایتانیوم به شرح زیر است:


1- پردازنده‌های سری 64bit xeon
این سری از پردازنده‌های اینتل با قدرت انعطاف بالا و دو مگابایت cache لایه سه، به‌عنوان محبوب‌ترین پردازنده 64 بیتی برای سرورها شناخته شده‌اند. ضمن این‌که قادرند هم برنامه‌های 64 بیتی و هم برنامه‌های 32 بیتی را با کارایی بالا و با استفاده از حافظه‌های DDR2 و خطوط حامل PCI‌‌‌Express اجرا کنند و در نتیجه کارایی سیستم را تا حد 50‌درصد بالاتر از xeonهای قدیمی‌تر 32 بیتی، مثل پردازنده 3.2xeon DP گیگاهرتز ببرند. این پردازنده‌ها در وب سرورها و ایمیل سرورها کاربرد زیادی دارند.

2- پردازنده‌های سری 64bit xeon MP قدرتمندترین و سریع‌ترین پردازنده با نام xeon است و با قدرت بالای دسترسی به حافظه، هشت مگابایت cache لایه سه و وجود فناوری Demand Based Switching) DBS)، بهترین انتخاب برای سرورهای لایه واسط، یعنی همانApplication Server یا سرور مربوط به بانک‌های اطلاعاتی با حجم داده و پردازش بالا می‌باشد. این سرور در کاربردهای Enterprise، مثل سیستم‌های تجاری ERP و BI کاربرد بسیار مناسبی دارد.

3- 64bit xeon workstation همان‌گونه که از نام آن برمی‌آید، این پردازنده قادر‌‌است با استفاده از قابلیت‌هایی مثل NetBurst ،PCI Express ،Cache لایه دو، و فناوری hyper threading، برنامه‌های 32 و 64 بیتی، خصوصاً برنامه‌های طراحی مهندسی، گرافیک و امثال آن را با کارایی و سرعت بالا اجرا نماید.

4- Itanium2
قدرتمندترین و با ثبات‌ترین پردازنده ساخت اینتل است. این پردازنده که خود در مدل‌های DP ،MP و Low voltage به بازار ارائه شده است، با قابلیت نه مگابایت فضای cache لایه سه، بالاترین کارایی و سرعت را برای سرورهای لایه واسط، بانک‌های اطلاعاتی، راه‌حل‌های ERP ،BI ،HPC، و انواع سیستم‌های مدیریتی پیچیده به ارمغان می‌آورد.
پردازنده‌های سری ایتانیوم، آلتوناتیوی قوی برای سیستم‌های اطلاعاتی موجود بر روی پردازنده‌های RISC ساخت آی‌بی‌ام بوده و با قیمت بسیار پایین‌تر از سیستم‌های MainFrame، رقیبی سرسخت برای آن به حساب می‌آیند.

● راه‌حل AMD
AMD برای پشتیبانی از فناوری پردازش‌های 64‌بیتی، چندین مدل پردازنده 64 بیتی آتلون، اُپترون، و توریون را ارائه کرده است. که در ادامه به‌بررسی اجمالی آن‌ها پرداخته می‌شود.

فناوری ‌EM64T

تکنولوژی 64 بیتی حافظه توسعه یافته (Extended Memory 46 Technology)، امکانی است که توسط آن سیستم‌عامل‌های 64 بیتی قادر خواهند‌‌بود برنامه‌های 64 بیتی را توسط پردازنده‌های xeon اجرا نمایند. برای استفاده از این قابلیت، تمام فاکتورهای موجود، یعنی سیستم‌عامل، برنامه در حال اجرا، BIOS کامپیوتر، و درایورهای مورداستفاده باید به این فناوری یا در اصطلاحEM64T مجهز باشند. با استفاده از این تکنولوژی، سیستم قادر به استفاده فراتر از چهار گیگابایت حافظه سنتی خواهد بود. در واقع برنامه‌های 64‌‌بیتی، چه بر روی سرور (مثل 2005 SQL Server یا سرورها و سرویس‌های دیگر 64 بیتی) و چه بر روی کلاینت (مثل بازی‌های 64 بیتی، برنامه‌های طراحی و گرافیک 64 بیتی، و امثال آن) در صورت وجود فناوری EM64T قادر خواهند بود در یک سرور مبتنی بر پردازنده xeon به مقدار حافظه بیشتر (تا یک‌ترابایت) چه در حافظه اصلی (RAM) و چه در حافظه مجازی (virtual) دسترسی داشته باشند. ضمناً اینتل این فناوری را به گونه‌ای طراحی‌کرده‌است که برنامه‌های 32 بیتی نیز قادرند تا حدود کمی، از مزایای افزایش دسترسی به حافظه و افزایش کارایی آن در زمان اجرا در یک سیستم‌عامل 64 بیتی (با کمک wow 64) بهره‌ای هر چند محدود ببرند.

1- 64AMD Athlon
انواع و اقسام مختلفی از آتلون سری 64 برای اجرای برنامه‌های 64 و 32 بیتی با کارایی بالا ساخته شده است. این پردازنده‌ها که با فناوری‌های قابل رقابت مشابه آنچه که در اینتل برای ساخت پرازنده‌های زئون ساخته شده‌است، ارائه شده‌اند، به کاربران کامپیوترهای دسکتاپ اجازه‌می‌دهد برنامه‌های کاربردی‌ای که به سرعت بالا و دسترسی سریع به حجم بالای حافظه نیاز دارند را با کارایی بالایی اجرا نمایند. برنامه‌های گرافیکی و مالتی مدیا، بازی‌های سه بعدی، ویرایش تصاویر، فیلم، موسیقی، و به‌طور کلی Applicationهای مربوط به کاربران نهایی
(end users)، بهترین بهره را از این پردازنده‌ها می‌برند. این پردازنده در چند مدل مختلف ارائه شده که از مدل FX آن برای کاربردهای دسکتاپ و از مدل MP برای سرورها استفاده می‌شود.

2- Opteron AMD، پردازنده‌های سری اُپترون را در قالب و همپای با xeonهای 64 بیتی و تا حدودی پردازنده‌های گران‌قیمت‌تر ایتانیوم ساخته است. این پردازنده که به گفته AMD با ترکیب فاکتورهای مهمی چون سازگاری، کارایی، قابلیت اعتماد، و قیمت نسبتاً پایین رقابتی، پا به عرصه وجود گذاشته، تاکنون در قالب چهار مدل مختلف سری 8wag-1 و سری‌های 100، 200 و 800 به بازار عرضه شده است.

این پردازنده قادر است تا 256 ترابایت فضای حافظه را مورد دسترسی قرار دهد و با استفاده از توان مصرفی نسبتاً پایین 55 وات (برای سری HE) و 30 وات (برای سری EE) از هدر رفتن توان مصرفی پردازنده و در نهایت کل سیستم جلوگیری کند. پردازنده‌های آتلون و اُپترون 64 بیتی تاکنون بارها از طرف مجامع مختلف به عنوان مقرون به‌صرفه‌ترین راه‌حل برای کاربردهای دسکتاپ و تا حدودی Enterprise با حفظ هر دو فاکتور کارایی بالا و قیمت پایین شناخته شده است.

3- Turion
این پردازنده به منظور ایجاد امکان سوارکردن سیستم‌عامل‌های 32 و 64 بیتی بر روی کامپیوترهای نوت‌بوک با تکنولوژی Mobile طراحی و ساخته شده است. این پردازنده با وزن بسیار کم، مصرف انرژی پایین، و ایجاد حرارت محدود با فناوری بی‌سیم (wireless) بسیار سازگار بوده و می‌تواند با کارایی بسیار بالاتری نسبت به پردازنده‌های معمولی دستگاه‌های مبتنی بر تکنولوژی موبایل و بی‌سیم، به اجرای برنامه‌های طراحی شده برای این محیط‌ها بپردازد. سیستم‌عامل، کلیه برنامه‌های صوتی تصویری، بازی‌ها و امثال آن از مزایای افزایش سرعت با استفاده از این پردازنده 64 بیتی بهره‌مند می‌شون