تاریخچه پردازنده های اینتل (قسمت سوم)

پردازنده‌های سلرون (Celeron)

پردازنده‌های پایین رده‌ی سلرون به عنوان نسخه‌ای از پردازنده‌های پنتیوم II در سال ۱۹۹۸ به بازار عرضه شدند. پایین رده‌ترین پردازنده‌ی اینتل در زمان معرفی سلرون پردازنده‌های پنتیوم MMX بودند که با سرعت ۲۳۳ مگاهرتزی خود دیگر توانایی رقابت با پردازنده‌های خوش قیمت AMD K6 را نداشتند. دلیل نامگذاری پردازنده‌های سلرون هم در نوع خود جالب است. تیم برندینگ اینتل منطق پشت نام سلرون را اینگونه توضیح می‌دهد:

Celer کلمه‌ای لاتین به معنای سریع و چابک است (همانطور که در accelerate به این معنا به کار رفته است). کاربرد قسمت on هم مانند کاربرد آن در ترکیب‌هایی مانند turned on است. سلرون درست مانند پنتیوم ۷ حرف و ۳ سیلاب دارد و قسمت «Cel» آن با قسمت «tel» در نام اینتل هم آهنگ است.

در حالی که پردازنده‌های سلرون تا به امروز به روز رسانی شده‌اند و در حال حاضر بر مبنای جدیدترین معماری و تکنولوژی‌های اینتل ساخته می‌شوند، این پردازنده‌ها همواره با محدودیت‌هایی مانند حافظه‌ی کش کمتر عرضه می‌شوند. اینتل پردازنده‌های سلرون را برای رقابت در پایین‌ترین سطح بازار کامپیوترهای شخصی طراحی کرده است.

اولین سری سلرون بر مبنای هسته‌های Covington با معماری ۲۵۰ نانومتری برای کامپیوترهای دسکتاپ، و هسته‌های ۲۵۰ نانومتری Mendocino (با ۱۹ میلیون ترانزیستور و حافظه‌ی کش L2 ادغام شده در چیپ) برای نوت‌بوک‌ها عرضه شد. این پردازنده‌ها با سرعت‌های ۲۶۶ تا ۳۰۰ مگاهرتز برای دسکتاپ و ۵۰۰ مگاهرتز برای دستگاه‌های قابل حمل در دسترس بودند. بعدها پردازنده‌های سلرون با بروزرسانی‌های خود تبدیل به جانشین شایسته‌ای برای پردازنده‌های پنتیوم III شدند. سلرون‌های امروزی بر مبنای معماری اسکای‌لیک (Skylake) ساخته می‌شوند.

میزان حافظه‌ی کش جدیدترین پردازنده‌ی سلرون برابر با ۶۶ درصد حافظه‌ی کش پردازنده‌ی Core i3 هم دوره‌ی خود است.

پردازنده‌های Pentium III و Pentium III Xeon

پنتیوم III در سال ۱۹۹۹ عرضه شد و اولین محصول اینتل برای رقابت با AMD در جنگ گیگاهرتزها بود. اولین نسخه‌های این پردازنده با هسته‌های ۲۵۰ نانومتری Katmai عرضه شدند و پس از مدت کمی نسخه‌هایی بر مبنای هسته‌های ۱۸۰ نانومتری Coppermine و ۱۳۰ نانومتری Tualatin نیز عرضه شدند.

تعداد ترانزیستورهای موجود بر روی چیپ پردازنده‌های پنتیوم III از ۹.۵ میلیون عدد در هسته‌های Katmai، به ۲۸.۱ میلیون عدد در آخرین نوع هسته‌ها رسید. این جهش بیشتر به دلیل استفاده از حافظه‌ی کش L2 ادغام شده در CPU بود. سرعت کلاک در مدل‌های اولیه ۴۵۰ مگاهرتز بود و در نهایت با عرضه‌ی هسته‌های Tualatin به ۱۴۰۰ مگاهرتز رسید. اینتل به دلیل عجله در عرضه‌ی اولین پردازنده‌ی یک گیگاهرتزی خود برای رقابت با پردازنده‌های Athlon AMD مورد انتقاد قرار گرفت؛ چرا که به دلیل نقص فنی مجبور شد با اعلام فراخوان تمامی پردازنده‌های ۱ گیگاهرتزی خود را از سطح بازار جمع کرده و عرضه‌ی آن‌ها را موکول به آینده کند.

یکی از نکات مهم در تاریخ پردازنده‌های پنتیوم، عرضه‌ی پردازنده‌های موبایل (مخصوص دستگاه‌های قابل حمل) پنتیوم III در سال ۲۰۰۰ بود. اینتل همزمان با عرضه‌ی این پردازنده‌ها تکنولوژی اسپیداستپ (SpeedStep) و قابلیت تغییر اتوماتیک فرکانس پردازنده با توجه به شرایط کاری را معرفی کرد. پردازنده‌های Mobile Pentium III تنها یک روز قبل از معرفی پردازنده‌ی معروف کروزوئه (Crusoe) از شرکت ترنسمتا (Transmeta) معرفی شدند. بسیاری تا به امروز بر این باورند که اگر فشار ترنسمتا (که با به کار گرفتن لینوس توروالدز به شهرت رسیده بود) نبود، اینتل هرگز پردازنده‌های پنتیوم III موبایل را عرضه نمی‌کرد.

پردازنده‌ی Pentium III Xeon آخرین پردازنده از سری زئون بود که نام پنتیوم را با خود یدک می‌کشید. این پردازنده با استفاده از هسته‌های Tanner در سال ۱۹۹۹ عرضه شد. همانطور که در قسمت قبل اشاره شد، یکی از اتفاقات جنجال برانگیز عرضه‌ی پردازنده‌های پنتیوم III، معرفی مفهموم سریال نامبر پردازنده (PSN: Processor Serial Number) از سوی اینتل بود که باعث می‌شد مشکلاتی در رابطه با حفظ حریم خصوصی برای کاربران ایجاد شود. اینتل به دلیل فشار افکار عمومی و گروه‌ها و سازمان‌های مختلف مجبور شد این ویژگی را از پردازنده‌های بعدی خود حذف کند.

پردازنده‌های Pentium 4

پردازنده‌های پنتیوم ۴، اینتل را در مسیری قرار دادند که منجر به جدی‌ترین تحول در تاریخ این شرکت شد. این پردازنده‌ها در سال ۲۰۰۰ با هسته‌های ۱۸۰ نانومتری Willamette و تعداد ۴۲ میلیون عدد ترانزیستور عرضه شدند. معماری جدید اینتل با نام Netburst به گونه‌ای طراحی شده بود تا فرکانس‌های کاری بالا را در پردازنده ایجاد کند. اینتل در آن زمان پیشبینی می‌کرد که این معماری باعث خواهد شد تا بتواند تا سال ۲۰۱۰ به سرعت‌های بالاتر از ۲۰ گیگاهرتز دست پیدا کند. با این حال، Netburst محدودیت‌های خودش را داشت و اینتل در سال ۲۰۰۳ متوجه شد که مصرف انرژی پردازنده‌های مبتنی بر این معماری در سرعت‌های بالا بسیار زیاد خواهد بود.

اولین پردازنده‌های مبتنی بر معماری Netburst با سرعت‌های ۱.۳ و ۱.۴ گیگاهرتز عرضه شدند. کمی بعد در سال ۲۰۰۲، با پیشرفت و بلوغ تکنولوژی ساخت اینتل، پردازنده‌هایی که از این معماری بهره می‌گرفتند مجهز به هسته‌های ۱۳۰ نانومتری و ۲.۲ گیگاهرتزی Northwood (با تعداد ۵۵ میلیون ترانزیستور) شدند و در نهایت در سال ۲۰۰۵ شاهد معرفی هسته‌های ۹۰ نانومتری و ۳.۸ گیگاهرتزی Prescott (با تعداد ۱۲۵ میلیون ترانزیستور) بودیم. اینتل در این بین اولین پردازنده‌ی نسخه‌ی Extreme خود را نیز با استفاده از هسته‌های Gallatin در سال ۲۰۰۳ معرفی کرد.

با گذشت زمان، خانواده پردازنده‌های پنتیوم ۴ اعضای جدید زیادی را در خود تجربه کرد. در این دوران، پردازنده‌های اینتل برای دستگاه‌های قابل حمل Mobile Pentium 4-M نام داشتند. اینتل همچنین برای اولین بار مفهوم هسته‌ی مجازی را با فناوری هایپرتریدینگ (hyperthreading) در پردازنده‌های Pentium 4E HT معرفی کرد. پردازنده‌های Pentium 4F نیز با هسته‌های ۶۵ نانومتری Cedar Mill در سال ۲۰۰۵ معرفی شدند. اینتل قصد داشت تا خانواده‌ی پنتیوم ۴ را با پردازنده‌های Tejas جایگزین کند، اما زمانی که مشخص شد معماری Netburst قادر نیست به سرعت‌های بالاتر از ۳.۸ گیگاهرتز دست پیدا کند، این پروژه کنسل شد.

اینجا است که به مهمترین تغییر استراتژی تاریخ اینتل می‌رسیم. معماری مشهور و جدید اینتل با نام «Core»، چرخش ۱۸۰ درجه‌ای در جهت پردازنده‌های بهینه و کارآمدتر بود. اینتل بالاخره تصمیم گرفت به «جنگ گیگاهرتزی» خود با AMD پایان دهد.

پردازنده‌های زئون (Xeon)

پردازنده‌های Xeon اینتل بر خلاف دیگر پردازنده‌های این شرکت که برای بازار مصرفی تولید می‌شوند، بازار سرورها، ورک‌استیشن‌ها و سامانه‌های نهفته را هدف گرفته‌اند. مهمترین مزایای این خانواده از پردازنده‌ها عبارت است از قابلیت استفاده از چند پردازنده، تعداد هسته‌ها و حافظه‌ی کش بیشتر و پشتیبانی از حافظه‌های ECC. در مقابل، ویژگی‌هایی که این پردازنده‌ها را برای استفاده در کامپیوترهای دسکتاپ معمولی مناسب نمی‌کند عبارتند از سرعت کلاک پایین‌تر در قیمت‌های برابر با پردازنده‌های مشابه دسکتاپ، نبود پردازنده‌ی گرافیکی ادغام شده و عدم پشتیبانی از اورکلاکینگ. دلیل وجود تعداد هسته‌های بالاتر و فرکانس کاری پایین‌تر در سری Xeon این است که سرورها بر خلاف کامپیوترهای دسکتاپ که معمولاً تعداد کمی پردازش نسبتاً سنگین را انجام می‌دهند، تعداد زیادی پردازش سبک را به صورت موازی باید به انجام برسانند.

اولین پردازنده‌های Xeon ای که دیگر برند پنتیوم را با خود به همراه نداشتند، در سال ۲۰۰۱ معرفی شدند. این پردازنده‌ها بر مبنای معماری Netburst بودند (که در خانواده‌ی پردازنده‌های پنتیوم ۴ هم از آن استفاده می‌شد) و اولین بار با هسته‌های ۱۸۰ نانومتری Foster و سرعت ۱.۴ تا ۲ گیگاهرتز عرضه شدند. معماری Netburst تا سال ۲۰۰۶ در پردازنده‌های Xeon استفاده می‌شد. پس از آن، اینتل پردازنده‌های Xeon را با هسته‌های ۹۰ نانومتری Nocona، Irwindale، Cranford، Potomac و Paxville، و هسته‌های ۶۵ نانومتری Dempsey و Tulsa نیز عرضه کرد.

پردازنده‌های Xeon مبتنی بر معماری Netburst درست مانند پردازنده‌های دسکتاپ مبتنی بر این معماری از مشکل مصرف بالای انرژی رنج می‌بردند. این موضوع باعث شد اینتل به طور کلی در استراتژی و معماری ساخت پردازنده‌های خود بازنگری کند. آخرین پردازنده‌ی Xeon مبتنی بر این معماری، CPU دو هسته‌ای Dempsey با سرعت کلاک ۳.۷۳ گیگاهرتز و تعداد ۳۷۶ میلیون ترانزیستور بود.

Xeon های امروزی همچنان به صورت سنتی بر مبنای همان معماری پردازنده‌های دسکتاپ و موبایل جدید اینتل ساخته می‌شوند، اما اینتل آن‌ها را با مقدار قدرت بیشتری عرضه می‌کند. پردازنده‌ی Woodcrest دو هسته‌ای اینتل که در سال ۲۰۰۶ عرضه شد، اولین محصول اینتل پس از تغییر استراتژی به سمت پردازنده‌های بهینه به شمار می‌رود.

جدیدترین پردازنده‌های Xeon در اکتبر ۲۰۱۵ معرفی شده و بر مبنای معماری ۱۴ نانومتری اسکای‌لیک هستند. این پردازنده‌ها از سوکت جدید اینتل با نام LGA 1151 استفاده می‌کنند و سرعت کلاک آن‌ها به ۴ گیگاهرتز نیز می‌رسد.

یکی از دیگر کاربردهای پردازنده‌های زئون اینتل، استفاده از آن‌ها در ساخت سوپر کامپیوترها است. بیش از ۸۰ درصد از ۵۰۰ ابر کامپیوتر دنیا از پردازنده‌های زئون اینتل استفاده می‌کنند.

پردازنده‌های ایتانیوم (Itanium)

معماری ایتانیوم (با تلفظ صحیح آیتانیِم) در ابتدا توسط اچ‌پی معرفی، و بعدها به صورت مشترک توسط اینتل و اچ‌پی توسعه داده شد. ایتانیوم به نوعی دنبال کننده‌ی ایده‌ی پردازنده‌های i860 و iAPX 432 بود و بازار سرورها و مصارف محاسباتی سنگین را هدف گرفته بود. علیرغم اینکه پردازنده‌های ایتانیوم، از سوی بازار و مصرف کنندگان با استقبال کمی مواجه شدند، توانستند مدت زمان بیشتری را نسبت به دیگر پردازنده‌های شکست خورده‌ی اینتل در بازار دوام بیاورند.

ایتانیوم‌ها به عنوان اولین پردازنده‌ی ۶۴ بیتی اینتل عرضه شدند و باور عموم بر این بود که آینده‌ی پلتفرم ۶۴ بیت اینتل با پردازنده‌های ایتانیوم خواهد بود. با این حال، همانطور که امروزه شاهد آن هستیم، آینده‌ی پردازنده‌های ۶۴ بیت اینتل به شکل کاملاً متفاوتی رقم خورد. مشکل اصلی ایتانیوم عملکرد ۳۲ بیت بسیار ضعیف آن بود.

اولین ایتانیوم‌ها در سال ۲۰۰۱ با هسته‌های ۱۸۰ نانومتری Merced و سرعت کلاک ۷۳۳ و ۸۰۰ مگاهرتز عرضه شدند. این پردازنده‌ها ۳۲۰ میلیون ترانزیستور را در خود جای می‌دادند که چیزی حدود ۶ برابر بیشتر از تعداد ترانزیستورهای پردازنده‌های پنتیوم در آن زمان بود. عملکرد اولین ایتانیوم‌ها در مقایسه با رقبای خود یعنی پردازنده‌های RISC و CISC به شدت ناامید کننده بود. نتایج بنچمارک‌ها در سال ۲۰۰۱ نشان می‌داد که بازده ایتانیوم در اجرای برنامه‌های ساخته شده برای پلتفرم x86، برابر با یک پردازنده‌ی ۱۰۰ مگاهرتزی پنتیوم است. این در حالی بود که در آن زمان پردازنده‌های ۱.۱ گیگاهرتزی پنتیوم در بازار متداول بودند.

ایتانیوم ۲ در سال ۲۰۰۲ با هسته‌ی ۱۸۰ نانومتری McKinley و همچنین هسته‌های ۱۳۰ نانومتری Madison، Deerfield، Hondo و Fanwood عرضه شد. سری ایتانیوم تا سال ۲۰۱۰ و عرضه‌ی Itanium 9000 به روزرسانی دیگری را تجربه نکرد. ایتانیوم ۹۰۰۰ از هسته‌های ۹۰ نانومتری Montecito و Montvale و همچنین هسته‌های ۶۵ نانومتری Tukwila استفاده می‌کرد. این پردازنده از مقدار باورنکردنی ۲۴ مگابایت حافظه‌ی کش و ۲ میلیارد ترانزیستور بهره می‌برد.

علیرغم شایعات متعدد مبنی بر توقف تولید پردازنده‌های خانواده‌ی ایتانیوم از سوی اینتل، اکوسیستم این پردازنده‌ها تا به امروز به خوبی توسط اینتل پشتیبانی می‌شود. جدیدترین ایتانیوم با هسته‌ی ۳۲ نانومتری Poulson و با نام Itanium 9500 در سال ۲۰۱۲ عرضه شد. این پردازنده ۳۲ مگابایت کش L3 و ۶ مگابایت کش L2 و ۳.۱ میلیارد ترانزیستور دارد.

اکثر سیستم‌های مبتنی بر ایتانیوم همچنان توسط اچ‌پی تولید می‌شوند. تا سال ۲۰۰۸، معماری ایتانیوم پس از x86، Power Architecture و SPARC، چهارمین معماری متداول استفاده شده در سرورهای تجاری است. در حالی که اینتل اعلام کرده است مشغول کار بر روی پردازنده‌های Kittson برای نسل بعدی ایتانیوم است، تا به امروز پردازنده‌های Poulson ایتانیوم که در سال ۲۰۱۲ معرفی شده‌اند، جدیدترین پردازنده‌های این معماری به شمار می‌روند. از آنجایی که در حال حاضر اچ‌پی تنها مشتری ایتانیوم است، احتمالاً Kittson آخرین ایتانیوم خواهد بود.

اصلی ترین سیستم عامل برای ایتانیوم HP-UX است. مایکروسافت و ردهت اعلام کرده‌اند که قصد دارند به پشتیبانی از پردازنده‌های ایتانیوم در سیستم عامل‌های خود پایان دهند؛ هرچند دیگر توزیع‌های لینوکس مانند دبیان همچنان به پشتیبانی از ایتانیوم ادامه خواهند داد. اوراکل نیز در سال ۲۰۱۱ اعلام کرد توسعه‌ی نرم‌افزار برای ایتانیوم را متوقف خواهد کرد.

فناوری هایپر تردینگ (Hyper-Threading)

در سال ۲۰۰۲، اینتل اولین پردازنده‌های مدرن دسکتاپ خود با فناوری چندریسمانی همزمان (SMT: Simultaneous Multithreading Technology) را عرضه کرد. تکنولوژی مالتی‌تردینگ اختصاصی اینتل، «هایپر تردینگ» (Intel Hyper-Threading Technology) نام دارد و در فارسی با نام‌های «فراریسمانی» و «پُرریسگی» نیز شناخته می‌شود. این فناوری اولین بار در پردازنده‌های Xeon اینتل که بر مبنای هسته‌های Prestonia بودند پدیدار شد و سپس پردازنده‌های پنتیوم ۴ مبتنی بر Northwood نیز از آن استفاده کردند.

هایپرتردینگ برای بهبود پردازش موازی (انجام چندین وظیفه به صورت همزمان) در پردازنده‌های مبتنی بر معماری x86 توسعه داده شده است. در این تکنولوژی، به ازای هر هسته‌ی فیزیکی، سیستم عامل دو هسته‌ی مجازی (یا منطقی) را آدرس دهی کرده و بار پردازش را در صورت امکان بین آن‌ها تقسیم می‌کند. تنها سیستم عامل‌هایی که برای استفاده از این تکنولوژی بهینه شده باشند قادر به بهره برداری از مزایای آن خواهند بود.

در زمان معرفی، اینتل ادعا می‌کرد که پردازنده‌هایی که از تکنولوژی هایپر تردینگ بهره می‌برند، نسبت به پردازنده‌های پنتیوم ۴ ای که از این تکنولوژی بی بهره هستند ۳۰ درصد بازده بیشتری دارند. آزمایش‌ها نیز نشان می‌داد که یک پردازنده‌ی ۳ گیگاهرتزی هایپرترد، عملکرد بهتری نسبت به پردازنده‌ی ۳.۶ گیگاهرتزی غیر هایپرترد از خود به نمایش می‌گذارد. اینتل پس از آن، این تکنولوژی را در پردازنده‌های مختلف خود از جمله ایتانیوم، پنتیوم D، اتم و سری Core i به کار گرفت.

هایپرتردینگ معایبی نیز با خود به همراه دارد. در سال ۲۰۰۶ مشخص شد که این فناوری از لحاظ مصرف انرژی چندان بهینه عمل نمی‌کند. برای مثال کمپانی ARM اعلام کرد که هسته‌هایی که از مالتی تردینگ استفاده می‌کنند، می‌توانند منجر به مصرف ۴۶ درصدی بیشتر انرژی نسبت به دو هسته‌ی واقعی شوند. همچنین ARM ادعا می‌کند مالتی تردینگ کوبیدگی حافظه‌ی کش را ۴۲ درصد افزایش می‌دهد، در حالی که دو هسته‌ی واقعی این میزان کوبیدگی را ۳۷ درصد کاهش می‌دهند. اینتل این ادعاها را رد کرده و عقیده دارد تکنولوژی هایپرتردینگ با استفاده از منابعی که در حالت عادی بدون مصرف و در حالت آماده به کار (idle) قرار دارند، بسیار بهینه عمل می‌کند. در سال ۲۰۱۰ ARM اعلام کرد که احتمال استفاده از مالتی تردینگ در طراحی چیپ‌های آینده‌ی این شرکت وجود دارد.

این مطلب ادامه دارد ...