پردازنده های دوهسته ای اینتل

اشاره :
اینتل از حرکت به سوی تولید پردازنده‌های دوهسته‌ای طی سال آینده سخن می‌گوید. اما واقعیت این است که حرکت از همین امسال آغاز شده و ماشین بازاریابی اینتل با اعلام این موضوع در مطبوعات و نمایش اولین نمونه‌ها کار را آغاز کرده است.

کمی تاریخچه
وقتی از پردازنده <دوهسته‌ای> سخن می‌گوییم، منظور ما دقیقاً همان چیزی است که از نامش پیداست: دو مغز پردازنده روی یک تراشه. این برای اینتل معانی دیگری هم دارد. ازجمله: Pentium D (که سابقاً با نام رمز Smithfield معرفی شد) و Pentium Extreme Edition 840 برای کامپیوترهای رومیزی. طبق برنامه زمان‌بندی شده، قرار است این پردازنده‌ها به‌زودی رسماً معرفی شوند. بنابراین آنچه در حال حاضر به عنوان پردازنده دوهسته‌ای موجودیت دارد، نمونه نهایی نیست.

قرار است اینتل اواخر سال هم یک پردازنده دو هسته‌ای Xeon را عرضه کند که برای سرورهای چند پردازنده با نام رمز Paxville و برای سرورها و ایستگاه‌های کاری دو پردازنده‌ای با نام رمز Dempsey شناخته می‌شود. این شرکت تقریباً همزمان باXeon ، پردازنده دو هسته‌ای موبایل خود با نام رمز Yonah را عرضه خواهد کرد که انتظار می‌رود یک پنتیوم M دو هسته‌ای باشد.

مزایای پردازنده‌های جدید
شاید تعجب کرده باشید که چرا باید از قرار گرفتن دو تراشه روی یک پردازنده این همه ذوق‌زده بشویم. البته این شوق و ذوق دلایل فنی محکمی هم دارد که خواهیم گفت.

کامپیوترهای نیم واتی اینتل!

به اعتقاد اینتل، در حد فاصل کامپیوترهای جیبی (PDA) و کامپیوترهای کیفی (notebook)، می‌توان محصول جدیدی را خلق کرد که می‌تواند تمام قابلیت‌های یک کامپیوتر کامل ویندوزی را داشته باشد و درعین حال مصرف انرژی آن، یک دهم کم‌مصرف‌ترین نوت‌بوک‌های امروزی باشد. اگر برای کار شما، نوت‌بوک بیش از حد بزرگ و PDA بیش از حد ضعیف است، احتمالا پیشنهاد اینتل برایتان جذاب خواهد بود. اینتل در نظر دارد بخش تازه‌ای را در بازار رو به رشد موبایل باز کند که زیر مجموعه نوت‌بوک‌های کوچک قرار می‌گیرد. این بخش جدید که اینتل مایل است آن را کامپیوتر رودستی (handtop pc) بنامد، شامل دستگاه‌های دست‌گرفتنی در حد و اندازه PDAهای امروزی، اما با توان پردازش و ذخیره‌سازی بسیار بالاتر خواهد بود تاجایی که بتواند یک نسخه کامل ویندوز را اجرا کند. البته این ایده اینتل کاملا‌ جدید نیست. به عنوان مثال، همین الان هم شرکت OQO با کامپیوترهای فوق قابل حمل خود، در این رده از دستگاه‌ها قرار می‌گیرد که اندازه‌ای کوچک‌تر از سطح یک سی‌دی دارد و می‌تواند ویندوز اکس‌پی را اجرا کند. گذشته از اندازه، آن چه بسیار موردتوجه اینتل قرار گرفته، پایین آوردن مصرف است. مطابق گفته اینتل، در حال حاضر، تراشه‌های Pentium M سری ULV (یا Ultra Law Voltage) حدود پنج وات مصرف دارند. اما اینتل معتقد است می‌تواند در طول این دهه، این توان مصرفی را تا یک دهم کاهش دهد؛ یعنی به نیم وات برساند. قرار است کامپیوترهای رودستی نیم‌واتی اینتل تا سال 2006 آماده شوند. درباره معماری پردازنده این دستگاه، اینتل هنوز خبری منتشر نکرده‌است. اما قول داده در اجلاس بهار 2006 این شرکت (موسوم به 2006 IDF Spring) اطلاعات بیشتری را در اختیار علاقمندان بگذارد. برخی منابع آگاه معتقدند بعید است اینتل برای کامپیوترهای رودستی مورد نظر خود، از پردازنده‌های Yonah یاMerom استفاده کند و احتمالاً از نسل جدید XScale موسوم به Monahans بهره خواهد گرفت، که در اجلاس اخیر اینتل با سرعت کلاک 25/1گیگاهرتز به نمایش گذاشته شد. هنوز خیلی زود است این دستگاه را از لحاظ سرعت با دستگاهی مثل OQO مقایسه کنیم. انتظار نمی‌رود کامپیوتر رودستی ازجمله محصولا‌تی باشد که بازار را اشباع کند. چون بیشتر بازار عمودی را مورد هدف قرار خواهد داد (چیزی شبیه شگردهای بازاریابی OQO). مصرف‌کنندگان احتمالی این نوع دستگاه‌ها مهندسان عمران، دلالان معاملات ملکی، کارگران ساختمانی و افرادی هستند که در زمینه بهداشت فعالیت دارند. تفاوت اصلی کامپیوتر رودستی با OQO نیز در زمینه قیمت‌ خواهد بود. به نظر اینتل، قیمت دو‌هزار دلاری OQO برای کامپیوتر رودستی خیلی بالاست. اینتل هم هنوز قیمت مشخصی را اعلام نکرده‌است. اما تحلیلگران براین باورند که این قیمت کمتر از یک‌هزار دلار خواهد بود.

خداحافظ Pentium 4 معرفی نسل جدید پردازنده‌های اینتل‌

همایش پاییزه Intel Developer Foroum که در ماه آگوست سال 2005 میلادی (مردادماه) سال جاری برگزار شد، حاوی یکی از مهم‌ترین اخبار دنیای پردازنده‌ها بود؛ اینتل به‌عنوان غول تراشه‌سازی، معماری نسل جدید پردازنده‌های مرکزی خود را معرفی کرد و اعلام نمود معماری جدید برای لپ‌تاپ‌ها، دستکتاپ‌ها، ایستگاه‌های کاری و سرورها، یک معماری یکپارچه است و براساس درس‌هایی که این شرکت از دو معماری Net Burst (در Pentium4) و Banias (به کار رفته در Pentium m) گرفته طراحی شده است. به‌عنوان مثال، در نسل جدید پردازنده‌ها از قابلیت‌های 64 بیتی، باس جلویی معماری NetBurst و فناوری‌های کاهش مصرف برق و اتلاف حرارتی Banias استفاده شده است. در عین حال ویژگی‌های مجازی‌سازی و امنیتی توسعه‌یافته از سوی این شرکت نیز در معماری جدید گنجانده شده است. نسل جدید پردازنده‌های اینتل شامل سه دسته کلی می‌شوند: Merom: برای کامپیوترهای همراه و کم مصرف Conroe: برای کامپیوترهای دسکتاپ Woodcrest: برای سرورها نکته حائز اهمیت این است که اینتل اکنون از معیار <کارایی برمبنای وات> به عنوان راهبرد جدید این شرکت برای توسعه پردازنده‌های خود نام می‌برد. براین ‌اساس اینتل عنوان می‌کند که برای Merom ،Conroe و woodcrest به ترتیب دستیابی به TDP تقریبی 35، 65 و 80 وات را در نظر گرفته است. به این ترتیب، اینتل مدعی است که کارایی پردازنده‌های Merom و woodcrest با معیار جدید <کارایی در هر وات> سه برابر و کارایی Conroe با این معیار پنج برابر نسل قبلی پردازنده‌ای این شرکت خواهد بود. کلیه پردازنده‌های مبتنی بر معماری جدید، حداقل دو هسته اجرایی خواهند داشت و پردازنده‌های چهار هسته‌ای نیز برای سرورها بعداً (احتمالاً اوایل سال 2007) عرضه خواهند شد. از این گذشته اینتل برای تولید نسل جدید پردازنده‌های خود از فناوری 65 نانومتری استفاده خواهد کرد. قابلیت خروجی چهارگانه هسته‌ها، خط لوله 14 مرحله‌ای (به جای خط لوله 31 مرحله‌ای به کار رفته در معماری Prescott این شرکت) و تعبیه L2 cache اشتراکی میان هسته‌ها، از دیگر ویژگی‌های مهم معماری جدید به شمار می‌روند. اینتل اعلام کرده است که پردازنده‌های جدید این شرکت اواسط سال 2006 میلادی عرضه خواهند شد. لازم به ذکر است که اینتل در نظر دارد در ژانویه 2006 پردازنده کم مصرف و پیشرفته جدیدی به نام Yonah را نیز عرضه کند که دو هسته اجرایی دارد و از فناوری تولید 65 نانومتری بهره می‌برد.

اینتل (و همچنین AMD)، مدت‌هاست که نیاز مردم به پردازنده‌های سریع‌تر و کارآمدتر را برآورده ساخته‌اند. هر چه این پردازنده‌ها سریع‌تر شدند، اندازه آن‌ها کوچک‌تر شد و زمینه پایینآمدن مصرف، کوچک‌شدن ترانزیستور و سریع‌شدن سرعت کلاک آن‌ها فراهم گشت. با این وجود، کوچک شدن پردازنده‌ها، منجر به هدر رفتن بیشتر جریان برق شد. اینتل هنوز ترفندهایی در آستین دارد تا بدون این‌که هدر رفتن جریان مشکلی جدی ایجاد کند، به کوچک‌کردن پردازنده‌ها ادامه دهد. ولی رفتن به سوی دو پردازنده کم‌مصرف‌تر و کلاک‌پایین‌تر روی یک تراشه، راه حل مطمئنی است برای رسیدن به کارایی بهتر بدون هدر دادن جریان یا مصرف انرژی حرارتی بیشتر.
با یک نگاه به مصرف انرژی پردازنده‌های پنتیوم EE 840 و پنتیوم 4EE 3.37 GHz، این نظریه قوت بیشتری می‌گیرد. توان حرارتی پنتیوم 4EE که با سرعت 3.37GHz کار می‌کند، برای یک هسته، 115 وات است. این توان برای پنتیوم EE 840 با دو هسته مرکب به 130 وات می‌رسد. EE 840 انرژی بیشتری مصرف می‌کند. اما این مصرف به اندازه دو برابر P4‌EE نیست. بهره‌گیری از مدیریت هوشمندانه مصرف انرژی (مثلاً خاموش کردن هسته دوم در مواقع غیرضروری) و بهتر کردن SpeedStep (مثل آنچه در پردازنده‌های موبایل به کار می‌رود)، به EE 840 امکان می‌دهد در موارد عادی بسیار کمتر از 130 وات انرژی مصرف کند.

البته اینتل تنها سازنده‌ای نیست که به سوی دو هسته‌ای کردن گام برداشته است. AMD هم پا به پای این شرکت حرکت می‌کند. رقابت سنگینی میان این دو شرکت برای ارائه زودتر اولین پردازنده دو هسته‌ای خود وجود دارد. اما آنچه اهمیت بیشتری دارد، عملکرد این پردازنده‌ها و هزینه نهایی آن‌هاست. جالب اینجاست که اینتل و AMD، رویکردهای متفاوتی را در عرضه پردازنده‌های دو هسته‌ای پیش گرفته‌اند. اینتل می‌خواهد اول پردازنده‌های دسکتاپ (از جمله پنتیوم EE840 خود را ارائه دهد و سپس به سراغ گروه موبایل و سرور برود. ولی AMD ابتدا پردازنده‌های دوهسته‌ای سروری خود را آماده می‌کند و سپس به تراشه‌های 64 بیتی دسکتاپ می‌پردازد.

آنچه عجیب به نظر می‌رسد این است که گویا AMD قصد ندارد تراشه پرکاربرد خود، یعنی Athlon 64 FX را دو‌هسته‌ای کند و آن‌را تغییر دهد. از آنجا که 64FX طرفداران بازی‌های کامپیوتری را هدف قرار داده است و آماده‌شدن بازی‌هایی که بتوانند از مزایای پردازنده دو هسته‌ای سود ببرند، به‌طور تخمینی 12 تا 18 ماه طول می‌کشد، AMD دلیلی نمی‌بیند در این امر سرعت عمل زیادی به خرج دهد. البته این شرکت در ارائه پردازنده‌های دو هسته‌ای موبایل هم عجله‌ای از خود نشان نمی‌دهد.

دو هسته‌ای؟ برای من چه حاصلی دارد؟
با ظهور پدیده دوهسته‌ای‌شدن در پردازنده‌ها، شاید سؤال کنید که پردازنده‌های تک هسته‌ای پنتیوم 4، زئون و پنتیوم M چه سرنوشتی پیدا می‌کنند؟ اینتل در سال آینده، یا شاید هم سال‌های بعد، فروش تمام این پردازنده‌ها را در کنار تراشه‌های جدید دوهسته‌ای خود ادامه خواهد داد. البته این شرکت رشد سریعی را برای تراشه‌های دوهسته‌ای پیش‌بینی می‌کند و انتظار دارد تا پایان سال 2006، برای بیش از 70 درصد کامپیوترهای دسکتاپ و خانواده پنتیوم موبایل، و بیش از 85 درصد سرورها، از پردازنده‌های دوهسته‌ای استفاده کند.

مزیت پردازنده‌های دو‌هسته‌ای صرفاً مصرف بهتر انرژی نیست. پردازنده دو هسته‌ای، درست مثل کامپیوترهای <دوپردازنده> که برای هر پردازنده یک سوکت روی مادربورد آن ‌تعبیه شده‌است، دو تراشه مجزا دارد که هر دو روی قاب پردازنده قرار می‌گیرند. افزایش کارایی از multi tasking و برنامه‌های چندرشته‌ای (multithread) حاصل می‌شود. برنامه‌های چند‌رشته‌ای چند پردازش را به‌صورت همزمان به اجرا می‌گذارند و multi task زمانی است که چند برنامه همزمان در سیستم در حال اجرا باشند که ممکن است خود این برنامه‌ها چند رشته‌ای یا تک‌رشته‌ای باشند. یک نمونه از این حالت زمانی است که برنامه ضد ویروس در پشت صحنه مشغول مراقبت از کامپیوتر است و شما در حال استفاده از برنامه واژه‌پرداز خود هستید. پردازنده‌ای که از لحاظ Multi task قدرتمندتر باشد، اجازه می‌دهد یک برنامه پردازشگر تصویر را در پشت صحنه به اجرا در آورید و خودتان مشغول انجام یک بازی سه‌بعدی سنگین بشوید.

شرط بهره‌مندی از این همه مزیت این است که برنامه‌ها با در نظر گرفتن این قابلیت، نوشته (یا بازنویسی) شوند. بسیاری از برنامه‌های رایج، از جمله آفیس، نمی‌توانند از دو هسته‌ای بودن پردازنده‌ها بهره ببرند. برنامه‌های دیگر، از قبیل رمزکننده‌های ویدیو، ویرایشگرهای عکس (مثل فتوشاپ)، و برنامه‌های ایستگاه‌های کاری، پیشاپیش آمادگی بهره‌گیری از ویژگی‌های دوهسته‌ای‌ها را دارند. با متداول‌تر‌شدن پردازنده‌های دوهسته‌ای، می‌توان توقع داشت برنامه‌های چند رشته‌ای بیشتری در بازار یافت شوند. احتمالاً تغییراتی در کد برنامه‌هایی که چند رشته‌ای نیستند، اما می‌توانند تا حدودی از پردازنده‌های دو هسته‌ای سود ببرند، ایجاد خواهد شد. در مقوله سرور که کارایی حرف اول را می‌زند، برنامه‌های بیشتری وجود دارند که آمادگی بهره‌گیری از توانمندی‌های دو هسته‌ای را داشته باشند. انتظار می‌رود سرورها و ایستگاه‌های کاری جدی‌تر، خیلی سریع‌تر به زئون دو هسته‌ای ارتقا پیدا کنند.

بدین ترتیب، نباید انتظار داشت که پردازنده دو هسته‌ای همیشه بیشترین سرعت را داشته باشد. با توجه به این‌که اولین نمونه‌های این نوع پردازنده‌های اینتل 2/3‌گیگاهرتز هستند و اینتل اخیراً پردازنده تک هسته‌ای پنتیوم 4 خود را با سرعت 8/3‌گیگاهرتز بیرون داده است، در بسیاری از موارد سرعت تک‌پردازنده‌ها بیشتر از دو‌پردازنده‌ها خواهد بود. در این راستا، سایت Extremetech.com آزمون‌های مهمی انجام داده که مشاهده نتایج آن اطلاعات خوبی را در این زمینه به دست می‌دهد.

مشخصات پردازنده دو هسته‌ای

پس از بررسی‌هایی که گذشت، بهتر است مشخصات و ویژگی‌های این پردازنده نیز آورده شود تا امکان سنجش و ارزیابی بیشتر آن فراهم آید. Pentium Extreme Edition 840 3.2GHz dual core processor (2MB L2 Cache (1MB each core2 800MHz FSB (Intel EM 64T(46 bit technology Execute Disable Bit for some antivirus protection Built on 90 nm process technology LGA775 package Die size: approx .206mm Transistor count: approx.230M

نتایج آزمون‌های Extremetech.com
گفته شد این سایت آزمون‌های مهمی را در مورد این پردازنده انجام داده است و نتایج حاصل شده از این آزمون‌ها اهمیت شایانی دارد. به‌همین‌خاطر در اینجا فهرست‌وار خلا‌صه‌ای از این نتایج و دستاوردها آورده می‌شود:
- آزمون‌های SYSmark نشان داد که در بخش برنامه‌های آفیس، پنتیوم دوهسته‌ای 2/3‌‌گیگاهرتزی بهتر از پنتیوم‌ چهار 37/3 گیگاهرتزی عمل نمی‌کند.

- بخش ICC حکایت دیگری داشت. روتین ICC با اجرای برنامه‌های کدگذاری ویدیو، WinZip، و VirusScan در پشت صحنه و اجرای برنامه‌های دیگر در جلوی صحنه، به آزمایش multi tasking پرداخت. در این آزمون تعدادی برنامه چند رشته‌ای هم به اجرا گذاشته شد. در این آزمون پردازنده دو هسته‌ای توانست بر پردازنده سریع‌تر P4 EE فایق آید.

- آزمون بازی نشان داد که بازی‌ها قطعاً چند رشته‌ای نیستند. در این آزمون تراشه EE 840 کندتر از P4 EE عمل کرد.

- وقتی برنامه‌ای را به صورت چند رشته‌ای می‌نویسند، آن طور که آزمون 5.7 Lightwave نشان داد، پردازنده دو هسته‌ای قابلیت‌های خود را نشان می‌دهد و از CPUهای کلاک‌سریع‌تر پیشی می‌گیرد. از آنجا که هر دو پردازنده از فناوری Hyper-threading حمایت می‌کنند، این آزمون عامل تعیین‌کننده‌ای نبود.

نتایج آزمون‌های فوق نشان می‌دهند که برای بعضی برنامه‌ها و برخی سناریوها، پردازنده دو هسته‌ای کارایی بهتری دارد. اما در برنامه‌های تک رشته‌ای و سناریوهای single-task پردازنده‌های دو هسته‌ایِ با کلاک پایین‌تر، نسبت به پردازنده‌های تک‌هسته‌ای موجود سرعت بیشتری ندارند.