آشنایی با معماری پردازنده‌های اینتل
مقدمه: یکی از مباحثی که متأسفانه همواره درمورد انتخاب پردازنده اصلی سیستم توسط کاربران نادیده گرفته می‌شود، معماری (Micro architecture) و نام رمز (Code Name) پردازنده مورد نظر آنها است. معمولاً تنها، مواردی مانند فرکانس کاری، میزان کش و همچنین تعداد هسته‌هاست که تعیین‌کننده پردازنده مورد نظر آنها می‌باشد، حال آنکه معماری و نام رمز هم نقش بسیار مهمی در انتخاب پردازنده بازی می‌کنند. معماری در کنار نام رمز در یک پردازنده، نحوه چیدمان ترانزیستورها روی برد پردازنده (Die) را تعیین کرده و همچنین مشخص می‌کنند
یکی از مباحثی که متأسفانه همواره درمورد انتخاب پردازنده اصلی سیستم توسط کاربران نادیده گرفته می‌شود، معماری (Micro architecture) و نام رمز (Code Name) پردازنده مورد نظر آنها است. معمولاً تنها، مواردی مانند فرکانس کاری، میزان کش و همچنین تعداد هسته‌هاست که تعیین‌کننده پردازنده مورد نظر آنها می‌باشد، حال آنکه معماری و نام رمز هم نقش بسیار مهمی در انتخاب پردازنده بازی می‌کنند. معماری در کنار نام رمز در یک پردازنده، نحوه چیدمان ترانزیستورها روی برد پردازنده (Die) را تعیین کرده و همچنین مشخص می‌کنند که هر منقطه از Die با چیدمان ترانزیستوری خاص آن، چه نقشی در عملکرد پردازنده باید ایفا کند. در یک معماری ممکن است چند سری از پردازنده‌ها با نام رمزهای متفاوت عرضه شوند، به عنوان نمونه در معماری Core اینتل، پردازنده‌ها با نام رمزهای Wolfdale، Allendale،Conroe و همچنین Kensfield و Yorkfield عرضه شده‌اند، اما مثلاً تفاوت پردازنده‌هایKensfield با Yorkfield در تکنولوژی ساخت آنهاست، درحالی‌که هر دو، 4هسته‌ای بوده و از معماری Core برخوردار هستند. اینتل، پردازنده‌هایش را در سه سری Laptops (لپ‌تاپ‌ها و UMPSها)، Desktops (کامپیوترهای رومیزی) و Servers (سرورها و سوپر کامپیوترها) طبقه‌بندی می‌کند. پردازنده‌های جای گرفته در هریک از این دسته‌ها به دلیل خصوصیات خاصی که باید داشته باشند، از معماری مخصوص به خود هم بهره می‌برند. به عنوان نمونه، در معماری پردازنده‌های لپ‌تاپ، باید به فاکتور حرارت و مصرف انرژی توجه ویژه‌ای شود. اصلاً چرا ما باید به معماری و یا اسم رمز پردازنده‌ها توجه کنیم؟ در جواب به این سؤال، در ابتدا باید بدانیم که توجه به معماری در کنار اسم رمز پردازنده می‌تواند کاملاً مشخصات سخت‌افزاری آن را با کاملترین جزئیات در اختیار شما بگذارد و شما بدانید که پردازنده‌تان دقیقا با چه تکنولوژی ساخت و برای چه کاربردی تولید شده، چقدر توان مصرف می‌کند، FSB آن چقدر است و خیلی اطلاعات دیگر! با استفاده از این اطلاعات، می‌توانید به خوبی، پردازنده‌ها را با دقیق‌ترین دقت ممکن باهم مقایسه کرده و دقیقا پردازنده‌ای را انتخاب کنید که پاسخگوی نیاز شماست. برای مثال، هر دو پردازنده 6850E Duo2Core و 8400E Duo2Core دارای 2هسته پردازشی بوده و از فرکانس کاری 3گیگاهرتز بهره می‌برند؛ ولی بسیار باهم تفاوت دارند! مهمترین تفاوت‌های آنها این است که 6850E با تکنولوژی ساخت 65 نانومتر تولید شده و کش2 L آن 4 مگابایت است. درمقابل،8400 E با تکنولوژی ساخت 45 نانومتر تولید شده و از کش2 L شش مگابایتی بهره می‌برد. برای پی بردن به این دو تفاوت اساسی در این دو پردازنده به ظاهر مشابه، تنها کافی است بدانید که6850 E در سری پردازنده‌های با نام رمز Conroe و8400 E در سری پردازنده‌های با نام رمز Wolfdale جای دارند. معماریCore اینتل، این معماری را جهت جای دادن چندین هسته پردازشی روی یک پردازنده، در سه ماه اول سال2006 معرفی کرد. معماری Core را می‌توان عامل نجات اینتل در بازار دانست، چراکه معماری NetBurst اینتل (با پردازنده‌های 4 Pentium)، خیلی‌ها را از این غول پردازنده دنیا ناامید کرده بود. یکی از معایب معماری NetBurst، که اینتل را وادار ساخت به سمت معماریCore برود، مصرف توان زیاد آن بود. این معماری به اینتل امکان داد پردازنده‌هایی تولید کنند که در کنار توان مصرفی کم، ازلحاظ حرارتی هم بسیار خوب عمل کنند. درواقع، ازسال2006 به بعد، بازده پردازنده‌ها در کنار مصرف توان آنها برای اینتل معنا می‌یافت. اساس معماری Core بر این مبنا استوار است که دو هسته پردازشی با Pipeline شانزده مرحله‌ای، هریک از 2سطح‌کش استفاده کنند. L1کش برای هریک از هسته‌ها به صورت مجزا تعبیه شده ولی2 Lکش که از ظرفیت بالایی هم برخوردار بوده، بین این دو هسته به اشتراک گذاشته شده است. به این ترتیب، پردازنده‌هایی که اینتل به بازار عرضه کرده، نسبت بازده به مصرف توان آنها بسیار خوب است. به عبارت دیگر، اینتل در این پردازنده‌های برای بالابردن بازده کاری بیشتر، سعی در افزایش تعداد هسته‌ها می‌کند، تا افزایش کلاک هر هسته. دلیل این امر هم پرواضح است؛ چراکه هرچه تعداد هسته‌های شما با کلاک متوسط بیشتر شود، بازده پردازنده شما به صورت تصاعدی رشد می‌کند. همین امر هم موجب شد که اینتل پس از عرضه پردازنده‌های 2 هسته‌ای (Core2Duo) در این سری، به سراغ پردازنده‌های 4هسته‌ای Core2Quad هم برود. از سوی دیگر، اینتل برای دوستداران اورکلاک پردازنده‌های Extreme را هم با معماری Core به بازار عرضه کرده است. پردازنده‌های سری Extreme (مانند 6700QX Extreme2Core) ضریب کلاک آزاد دارند که برای اورکلاک می‌توانید میزان آن را بالا ببرید. به علاوه، اینتل برای دستگاههایی که بسیار کم باید انرژی مصرف کنند، پردازنده‌های تک هسته‌ای و کم‌مصرف CoreSolo را عرضه کرد. نام رمز، اولین پردازنده‌های اینتل با معماری Core، عبارت بودند از: Merom، Conroe و Conroe .Woodcrest برای کامپوترهای رومیزیMerom) ،( Desktops برای کاربردهای موبایل مانند لپ تاپ ها و Woodcrest برای پردازش سنگین سرورها و سوپر کامپیوترها درنظر گرفته شده بودند. پردازنده‌های Merom اینتل در بیشترین حالت مصرف به 35وات و در کمترین حالت مصرف(ULV=Ultra Low Voltage) تنها به 5 وات توان برای کار نیاز دارند. این پردازنده‌ها هم اکنون روی لپ‌تاپ‌های TZ سونی تعبیه شده است. همچنین، پردازنده‌های Conroe این شرکت (مانند 6600E Duo2Core) در بیشترین حالت تنها به 65 وات توان برای حداکثر بازده نیاز دارند. ازسوی دیگر، پردازنده‌های Woodcrest اینتل هم در بیشترین حالت 80 وات انرژی مصرف می‌کنند. چنانکه می‌بینید، توان مصرفی این پردازنده به شکل مناسبی تعدیل شده است. در ابتدا تمام پردازنده‌های عرضه شده با این معماری از تکنولوژی ساخت 65 نانومتری بهره می‌بردند، ولی به تدریج با کمک آزمایشگاه اینتل در کشور اسرائیل، این امکان فراهم شد که این پردازنده‌ها با تکنولوژی ساخت 45 نانومتر تولید شوند. این امر، می‌طلبید که پردازنده‌های نسل جدید با تکنولوژی 45 نانومتری، نام رمز جدیدی هم داشته باشند. این پیشرفت در هر دسته از پردازنده‌ها (PCها، لپ‌تاپ‌ها و سرورها) موجب ارتقای بازده گردید. در حوزه موبایل، پردازنده‌های Merom اینتل به پردازنده‌های Penryn ارتقاء یافتند. همچنین، در حوزه کامپیوترهای رومیزی و سرورها، نام رمز پردازنده‌های بعدی به Allendale و Wolfdale تغییر پیدا کرد. اینتل، اولین پردازنده‌های 4هسته‌ای با معماری Core را با نام رمز Kentsfield به بازار عرضه کرد. این پردازنده‌ها در ابتدا از تکنولوژی ساخت 65 نانومتری برخوردار بودند. با ارتقای تکنولوژی ساخت پردازنده‌های 4 هسته‌ی اینتل به 45 نانومتر، نام رمز آنها هم به Yorkfieldتغییر کرد. پردازنده‌های Quad2Core با نام رمز Yorkfieldرا به حق می‌توان شاهکار معماری Core اینتل دانست، چراکه این پردازنده‌ها علاوه بر قدرت پردازشی بسیاری خوب، مصرف انرژی متناسبی هم دارند. همچنین، پردازنده‌های Yorkfieldرا می‌توان اولین پردازنده‌هایی دانست که با کش2L با ظرفیت 12 مگابایت در اختیار کاربران عادی قرار گرفتند. این پردازنده‌ها، موجب اثبات برتری اینتل بر AMD در رقابت با پردازنده‌های Phenom این شرکت شد. گاهی، هر سری از پردازنده‌ها با نام رمز خاص خود (باتوجه به خصیصه انحصاری خود) به چند زیرمجموعه هم تقسیم شده‌اند. برای نمونه در ذیل نام رمز Conroe، نام‌های رمز Conroe XE وConroe L را هم داریم. Conroe L نام رمز پردازنده تک‌هسته‌ای سلرون اینتل است که با معماری Core طراحی شده. همچنین Conroe XE نام رمز پردازنده‌های Extreme در سریConroeها است. به همین ترتیب Kentsfield XE و XE Yorkfieldهم پردازنده‌های Exreme در سری پردازنده‌های Kentsfield و Yorkfield هستند. پردازنده‌های Atom و Silverthrone اینتل را هم نباید ازنظر دور داشت. این دو پردازنده که همین امسال در اول مارس (1-3-2008) معرفی شدند، به عنوان مکملی برای پردازنده‌های Penrynشناخته خواهند شد. اینتل بازار فرش این مدل‌ها را سیستم‌های ارزان و درعین‌حال کوچکی می‌داند که روز به روز هم درحال گسترش است. نظیر چنین سیستم‌هایی ASUS EeePC وSONY UX هستند. معماری Nehalem این معماری، در نمایشگاه2008 IDF به بازدیدکنندگان معرفی شد. کارشناسان، این معماری را هم‌سنگ معماری Pentium Pro درسال1995 می‌دانند که خود انقلابی در طراحی پردازنده‌های86 X بود. این معماری، می‌تواند برای ساخت پردازنده‌های 2 یا 4 و یا حتی 8 هسته‌ای بکار گرفته شود. اینتل، اکنون به جایی رسیده که ادعا می‌کند پردازنده‌های آینده با معماری Nehalem را، با تکنولوژی ساخت 32 نانومتر تولید خواهد کرد. البته، پردازنده‌های با این معماری با تکنولوژی 45 نانومتر هم تولید خواهند شد. این پردازنده‌ها، برای اولین‌بار بین پردازنده‌های اینتل از 3سطح کش برخوردار خواهند بود. در کش L1 به هر هسته به صورت اختصاصی، 32کیلوبایت فضا برای دستورالعمل‌ها و 32کیلوبایت فضا برای اطلاعات داده خواهد شد. در کش2 L به صورت اختصاص به هر هسته 256کیلوبایت فضا داده می‌شود. همچنین، در کش3 L به هر هسته 2 تا 3مگابایت فضا از فضای اشتراکی3Cache L در پردازنده خواهد رسید. اگر بخواهید یک پردازنده 4 هسته‌ای تولید شده با این معماری را، با پردازنده 4 هسته‌ایQuad2Core، با معماری Core و با نام رمز Yorkfield مقایسه کنید، می‌بینید که در پردازندهNehalem حدود 30درصد در مصرف توان صرفه‌جویی شده ولی بازده کاری آن هیچ تغییری نکرده است. به این ترتیب، یک پردازندهCore2Quad با 30درصد مصرف انرژی کمتر، حداقل انتظاری است که می‌توانید از پردازنده‌های تولید شده با معماری Nehalem داشته باشید. همچنین، امکان اورکلاک این پردازنده جدید، فعلاً تنها با چیپ‌ست85 X اینتل فراهم شده است. پردازنده‌های تولید شده با این معماری هم همانند پردازنده‌های تولید شده با معماریCore در سه سری Laptops، Desktops و Servers به بازار عرضه خواهند شد. نام رمز پردازنده سری Desktops ساخته شده با این معماری، Bloomfield است. این پردازنده در فرکانس 2.93 گیگاهرتز در نرم‌افزار Dmark3 Wantage توانسته امتیاز پردازنده 17966 واحد را کسب کند. معماری Sandy Bridge این معماری، جزو برنامه‌های بلندمدت اینتل در تولید پردازنده است. اینتل، تصمیم گرفته که هر 2سال یکبار یک معماری جدید را طرح‌ریزی کند. باتوجه به این امر، انتظار می‌رود پردازنده‌های تولید شده با معماری Sandy Bridge، تا اواسط سال 2010 به بازار برسند. پردازنده‌های ساخته شده با این معماری، درواقع ادامه‌دهنده راه Nehalemها هستند. این پردازنده‌ها، از حداقل تکنولوژی ساخت 32 نانومتر بهره می‌برند. انتظار می‌رود کلاک هر هسته پردازشی در پردازنده‌های ساخته شده با معماری Sandy Bridge، به 4 گیگاهرتز بالغ شود. تعداد هسته‌ای که برای این پردازنده‌ها انتخاب شده، 8 عدد می‌باشد. جالب است بدانید که پیش‌بینی می‌شود درسال2011 پردازنده‌های تولید شده معماری Sandy Bridge، با تکنولوژی ساخت 22 نانومتر تولید می‌شوند. منبع:نشریه دنیای کامپیوتر و ارتباطات ،شماره 80
جالب است بدانید که پردازنده‌های با یک نام رمز، خصوصیات یکسانی هم دارند و تکنولوژی ساخت آنها یکی است. بنابراین، اگر با نام رمز Conroe آشنا باشید، می‌دانید که پردازنده‌های با این نام رمز با تکنولوژی 65 نانومتر و همچنین اگر پردازنده‌های Wolfdale را بشناسید، می‌فهمید که آنها با تکنولوژی 45 نانومتر تولید شده‌اند. نکتة دیگر این است که اگر معماری پردازنده‌ها مناسب نباشد، در عملکرد نهایی سیستم شما تأثیر منفی می‌گذارد. پردازنده4 Pentium اینتل (با معماری NetBurst) را همگی به یاد داریم. این پردازنده، زمانی عرضه شد که AMD، پردازنده‌های سری Athlon XP (با معماری7 K) خود را به کاربران معرفی کرده بود. نقطه ضعفی که موجب توجه بیشتر کاربران انیمیشن‌کار (بخصوص افرادی که با Dmax3 کار می‌کردند)، به Athlon XP شد، این بود که 4 Pentium به دلیل معماری ضعیفش در بارپردازشی خیلی زیاد در پردازش 3بعدی، نسبت به Athlon XP کم می‌آورد. جالب اینجاست که در بیشتر موارد کش پردازنده‌های AMD نسبت به پردازنده‌های اینتل کمتر بود! همین عامل هم موجب شد که اینتل به پردازنده‌های سری CoreXduo روی آورده و در معماری پردازنده‌هایش یک تجدیدنظر کلّی نماید. ازسوی دیگر، معماری نامناسب پردازنده‌های چهار هسته‌ای AMD با نام Phenom، موجب شد که کاربران حرفه‌ای، بیشتر به سمت پردازنده‌های چهار هسته Quad2Core اینتل بروند. چنانکه می‌بینیم، هردو شرکت اینتل و AMD، تجربه‌های ناموفقی در زمینة معماری نادرست پردازنده‌هایشان دارند. باتوجه به دلایل فوق، حال این وظیفة کاربران است که قبل از خرید پردازنده، علاوه بر فاکتورهایی مانند فرکانس کاری، تعداد هسته‌ها و میزان کش، به معماری در کنار نام رمز پردازنده مورد نظرشان هم، توجه ویژه‌ای داشته باشند تا بتوانند به طور دقیق ازلحاظ سخت‌افزاری آن را ارزیابی کنند. حال که به اهمیت معماری و نام رمز پردازنده‌ها پی بردیم، در ادامه به معرفی معماری پردازنده‌های حال حاضر اینتل می‌پردازیم.
