تاریخچه پردازنده های اینتل (قسمت چهارم)

پردازنده‌های پنتیوم M، تغییر تاکتیک تاریخی

پردازنده‌های پنتیوم M سری 700 در سال ۲۰۰۳ با نام رمز Banias و هسته‌های ۱۳۰ نانومتری برای دستگاه‌های قابل حمل عرضه شدند (حرف M در انتهای نام این پردازنده‌ها مخفف کلمه‌ی Mobile به معنی قابل حمل است). این پردازنده‌ها حاصل فلسفه‌ی جدید اینتل مبنی بر عدم تمرکز روی سرعت کلاک، و توجه ویژه به بهینه بودن مصرف انرژی بودند. معماری این پردازنده‌ها توسط تیم طراحی اینتل به رهبری مولی ادن و دیوید پرلموتر (که هم اکنون هر دو از مقامات مهم اجرایی در اینتل هستند) در سرزمین‌های اشغالی توسعه یافت. جالب است بدانید نام Banias برگرفته شده از نام مکانی تاریخی در بلندی‌های جولان است.

اینتل به منظور کاهش مصرف انرژی در این پردازنده‌ها از تکنولوژی‌هایی مانند اسپیداستپ ۳ (SpeedStep 3) استفاده کرد. این تکنولوژی با استفاده از سرعت کلاک و ولتاژ متغیر هسته باعث می‌شود وقتی سیستم در حالت آماده به کار (idle) قرار دارد، انرژی به مراتب کمتری نسبت به حالت عادی مصرف کند. پردازنده‌های ۱.۶ گیگاهرتزی پنتیوم M با استفاده از این تکنولوژی می‌توانستند بر حسب نیاز در سرعت‌های ۶۰۰، ۸۰۰، ۱۰۰، ۱۲۰۰، ۱۴۰۰ و ۱۶۰۰ مگاهرتزی کار کنند. به این ترتیب مصرف انرژی این پردازنده‌ها بین ۵ وات در حالت آماده به کار و ۲۷ وات در زمان اوج مصرف متغییر بود.

جدای از بحث تکنولوژی‌های بهینه‌سازی مصرف انرژی، هسته‌های Banias در پردازنده‌های پنتیوم M، کاهش فرکانس زیادی نسبت به هسته‌های ۲.۶ گیگاهرتزی پنتیوم 4 موبایل داشتند. این کاهش فرکانس باعث می‌شد تا پردازنده‌های پنتیوم M نسبت به پردازنده‌های ۸۸ واتی پنتیوم 4 به شدت بهینه‌تر باشند. به روز رسانی بعدی لیتوگرافی ساخت پنتیوم M که Dothan نام داشت، با فناوری ساخت ۹۰ نانومتری، در حالی که تعداد ترانزیستورهای موجود روی چیپ را به ۱۴۰ میلیون و سرعت کلاک را به ۲.۱۳ گیگاهرتز افزایش می‌داد، باعث می‌شد مصرف انرژی پردازنده به ۲۱ وات کاهش پیدا کند.

هرچند اینتل پردازنده‌های پنتیوم M را به عنوان پردازنده‌های مخصوص دستگاه‌های قابل حمل بازاریابی و تبلیغ می‌کرد، اما تولیدکنندگان سخت‌افزاری مانند MSI و ASUS مادربردهای سازگار با این پردازنده‌ها را برای علاقه‌مندان روانه‌ی بازار کردند.

جانشین هسته‌های Dothan در سال ۲۰۰۶ با نام Yonah عرضه شد. اگرچه این پردازنده‌ها Core Duo و Core Solo نام گرفتند، اما معماری آن‌ها هیچ ربطی به سری Core نداشت. هسته‌های Banias تا به امروز به عنوان یکی از مهم‌ترین دستاوردهای تاریخ اینتل به شمار می‌روند و تاثیری که روی آینده‌ی شرکت گذاشتند با تاثیر اولین پردازنده‌های اینتل یعنی 4004، 8086 و 386 مقایسه می‌شود.

پردازنده‌ی پنتیوم D، اولین دو هسته‌ای‌ اینتل

پردازنده‌های پنتیوم D اولین پردازنده‌های دو هسته‌ای اینتل به شمار می‌روند. اولین مدل‌های این پردازنده با نام رمز Smithfield هنوز بر مبنای معماری پر مصرف Netburst بودند. پردازنده‌های Smithfield که از هسته‌های ۹۰ نانومتری استفاده می‌کردند، با نام تجاری Pentium D 800 series به بازار عرضه شدند. در سال ۲۰۰۴ پردازنده‌های مبتنی بر معماری NetBurst به نهایت سرعت کلاک ممکن یعنی ۳.۸ گیگاهرتز رسیدند. دست یافتن به سرعت‌های بالاتر از این میزان به دلیل مصرف بالای انرژی و گرمای تولید شده‌ی زیاد، برای این معماری ممکن نبود.

به همین دلیل، تنها ۹ ماه پس از عرضه‌ی Smithfield، اینتل این پردازنده‌ها را با معماری ۶۵ نانومتری Presler و هسته‌های Cedar Mill جایگزین کرد. پردازنده‌های دو هسته‌ای Presler آخرین نسل از پردازنده‌های پنتیوم M بودند و تولید آن‌ها در سال ۲۰۰۸ متوقف شد.

اینتل همچنین نسخه‌های Extreme هر دو پردازنده را با ماکزیمم سرعت کلاک ۳.۷۳ گیگاهرتز و مصرف انرژی ۱۳۰ وات عرضه کرد. این میزان بالاترین مصرف انرژی یک پردازنده‌ی دسکتاپ اینتل تا به امروز است (مصرف انرژی بعضی پردازنده‌های سرور به ۱۷۰ وات هم می‌رسد). پردازنده‌های Smithfield تعداد ۲۳۰ میلیون و Prescott تعداد ۳۷۶ میلیون ترانزیستور در خود جای داده بودند.

برنامه‌ی تحقیقاتی «رایانش در مقیاس ترا»

برنامه‌ی تحقیقاتی رایانش در مقیاس ترا (TSCR: Terascale Computing Research Program) حوالی سال ۲۰۰۵ آغاز شد. اینتل با این برنامه قصد داشت پردازنده‌هایی با کارایی بیش از یک ترافلاپس که قادر باشند چندین ترابایت داده را با سرعت بالا پردازش کنند، توسعه بدهد.

فلاپس (FLOPS) مخفف عبارت «تعداد عملیات ممیز شناور در هر ثانیه» (floating-point operations per second) و معیاری برای سنجش عملکرد کامپیوترها است. فلاپس از IPS (تعداد دستور بر ثانیه) که در قسمت‌های قبل به آن اشاره شد، معیار به مراتب دقیق‌تری است. اگرچه حرف S در انتهای FLOPS مخفف کلمه‌ی ثانیه (Second) است، اما بسیاری این حرف را به عنوان علامت جمع بودن کلمه در نظر گرفته و مفرد آن را به صورت FLOP به کار می‌برند. به همین دلیل در فارسی نیز اکثراً از عبارت «فلاپ» به جای «فلاپس» استفاده می‌شود.

هدف دیگر این برنامه، یافتن راه حلی برای غلبه بر چالش‌های پیش روی ساخت چیپ‌هایی با بیش از ۴ هسته و همچنین تحقیق بر روی بهینه‌سازی پردازنده‌ها بود. برنامه‌ی TSCR منجر به ساخت چیپ تحقیقاتی ترافلاپ (Teraflops Research Chip) و کامپیوتر ابری تک چیپه (Single-Chip Cloud Computer) شد. هر دو این پردازنده‌ها نقش مهمی در به وجود آمدن پردازنده‌های Xeon Phi بازی کردند.

چیپ تحقیقاتی ترافلاپ با نام رمز Polaris (با معماری پلاریس AMD اشتباه گرفته نشود) یک پردازنده‌ی ۸۰ هسته‌ای و حاصل برنامه‌ی TSCR است. از جمله فناوری‌های به کار رفته در این چیپ می‌توان به موتور ممیز شناور دوگانه‌، تکنولوژی هسته‌های خوابیده و حافظه‌ی ۳ بعدی انباشته اشاره کرد. هدف از ساخت چنین چیپی تحقیق روی این موضوع بود که چگونه می‌توان بیش از ۴ هسته را روی یک تراشه جای داد و چیپی ساخت که به عملکرد پردازشی یک ترافلاپ دست پیدا کند. سرانجام پردازنده‌ی ۸۰ هسته‌ای تحقیقاتی اینتل در سال ۲۰۰۷ رونمایی شد و با سرعت ۵.۷ گیگاهرتز و توان ۲۶۵ وات، توانست به عملکرد ۱.۸۱ ترافلاپ دست پیدا کند.

کامپیوتر ابری تک چیپه (SCC) هم یک پردازنده‌ی تحقیقاتی ۴۸ هسته‌ای است که در سال ۲۰۰۹ از دل برنامه‌ی TSCR بیرون آمد. ایده‌ی پشت ساخت SCC، دستیابی به چیپی بود که چندین مجموعه از هسته‌های مجزا در آن بتوانند به صورت مستقیم با یکدیگر ارتباط برقرار کنند؛ درست مانند ارتباط سرورهای یک دیتاسنتر با یکدیگر. این چیپ شامل ۴۸ هسته‌ی پنتیوم با آرایش دو بعدی ۴ در ۶ است، به نحوی که ۲۴ جفت هسته هر کدام به صورت مشترک از ۱۶ کیلوبایت حافظه‌ی کش استفاده می‌کنند. هر جفت هسته به جای اینکه اطلاعات را به حافظه‌ی اصلی ارسال و دریافت کنند، مستقیماً با دیگر جفت هسته‌ها در ارتباط هستند. این تکنیک عملکرد چیپ را به شدت بهبود می‌بخشد.

پردازنده‌های Core 2

پردازنده‌های Core 2 پاسخ اینتل به پردازنده‌های بسیار موفق Athlon X2 و Opteron ای‌ام‌دی بودند. AMD با نوآوری‌های پی در پی و ساخت پردازنده‌های مقرون به صرفه و کارآمد، توانسته بود تا با به دست آوردن نیمی از سهم بازار پردازنده‌ها در اوایل سال ۲۰۰۶، زنگ خطر را برای اینتل به صدا در بیاورد.

معماری Core برای اولین بار با هسته‌های ۶۵ نانومتری Conroe در پردازنده‌های دسکتاپ سری Core 2 Duo E-6000، هسته‌های Merom در پردازنده‌های موبایل سری Core 2 Duo T7000 و هسته‌های Woodcrest در پردازنده‌های سرور سری Xeon 5100 عرضه شد. اینتل بلافاصله پردازنده‌های ۴ هسته‌ای خود را نیز با نام Core 2 Quad برای دسکتاپ و Xeon 5300 برای سرور عرضه کرد.

معماری Core باعث شد اینتل جایگاه از دست رفته‌ی خود در بازار پردازنده‌ها را دوباره به دست بیاورد. در حالی که هسته‌های Conroe همچنان در حال توسعه بودند، اینتل با استفاده از پردازنده‌های پنتیوم و پنتیوم D خود طی سال‌های ۲۰۰۵ و ۲۰۰۶ وارد یک جنگ قیمتی بی سابقه با AMD شد. این در حالی بود که پردازنده‌های Core 2 Duo در سال ۲۰۰۶ بالاخره توانستند عنوان «بهترین عملکرد» که ظرف چند سال گذشته در اختیار پردازنده‌های AMD بودند را بار دیگر به پردازنده‌های اینتل بازگردانند. Conroe در زمان عرضه سرعت کلاکی بین ۱.۲ تا ۳ گیگاهرتز داشت و ۲۹۱ میلیون ترانزیستور را در خود جای می‌داد. این پردازنده‌ها در سال ۲۰۰۸ با فناوری ساخت ۴۵ نانومتری Penryn به روزرسانی شدند.

جنجال تبلیغ پردازنده‌ی Core 2 Duo

اینتل در یکی از پوسترهای تبلیغاتی خود برای پردازنده‌های Core 2 Duo یک اداره را به تصویر کشیده بود که در آن کارمندان سیاهپوست در لباس دو و میدانی در موقعیت آغاز مسابقه‌ی دو قرار داشتند. منظور اینتل از این تبلیغ همانطور که در عنوان آن پیدا است، این بود که با استفاده از پردازنده‌های جدید Core 2 Duo می‌توانید عملکرد کامپیوترهای شرکت خود را افزایش داده و بازده کارمندان‌تان را چند برابر کنید.

اما این تبلیغ به گونه‌ای طراحی شده بود که در نگاه اول به نظر می‌آمد عده‌ای سیاه پوست در حال تعظیم به یک مرد سفید پوست هستند. با بالا گرفتن اعتراضات به این تبلیغِ ظاهراً نژادپرستانه، اینتل مجبور شد تا آن را جمع‌آوری و طی بیانیه‌ای رسماً عذرخواهی کند.

روی آوردن اپل به پردازنده‌های اینتل

در تاریخ ۶ ژوئن سال ۲۰۰۵ استیو جابز با اعلام اینکه اپل قصد دارد در کامپیوترهای مک خود به جای استفاده از پردازنده‌های پاور پی‌سی (PowerPC) ساخت آی‌بی‌ام-موتورولا از پردازنده‌های x86 اینتل استفاده کند، همه را شگفت زده کرد. تا پیش از این تصور بر این بود که از یک طرف اتحاد اینتل و مایکروسافت، و از طرف دیگر اتحاد اپل و آی‌بی‌ام پابرجا باقی بماند. اواخر دهه‌ی ۹۰ میلادی و اوایل سال‌های ۲۰۰۰، نام مکینتاش با پاور پی‌سی و نام ویندوز با اینتل گره خورده بود، به طوری که از اصلاح وینتل (Wintel) برای اشاره به کامپیوترهایی که سیستم عامل آن‌ها ویندوز و پردازنده‌هایشان اینتل بود استفاده می‌شد.

استیو جابز انگیزه‌ی اصلی اپل برای روی آوردن به اینتل را ناراضی بودن اپل از روند توسعه‌ی تکنولوژی پاورپی‌سی توسط IBM اعلام کرد. جابز به صورت خاص به برنامه‌های آینده‌ی اینتل و فاکتور «عملکرد بر واحد وات» اشاره کرد که برای لپ‌تاپ‌ها موضوعی حیاتی است.

بنا به اعلام اپل قرار بود فرآیند مهاجرت از پاورپی‌سی به اینتل از ژوئن ۲۰۰۶ آغاز و تا اواخر سال ۲۰۰۷ به پایان برسد؛ هرچند این فرآیند بسیار سریع‌تر از این تکمیل شد. در ژانویه‌ی ۲۰۰۶ استیو جابز با معرفی مک‌بوک پرو ۱۵ اینچی و آیمک جدید که هر دو از پردازنده‌های Core Duo اینتل استفاده می‌کردند، از اولین کامپیوترهای x86 اپل رونمایی کرد. در فوریه‌ی همان سال، اپل مک مینی را نیز با پردازنده‌های سری Core اینتل معرفی کرد. روی آوردن به معماری x86 به اپل این امکان را داد تا با معرفی نرم‌افزار بوت کمپ (Boot Camp) بتواند اجرای ویندوز XP بر روی مک را برای کاربران خود میسر کند. در آوریل همان سال اپل مک‌بوک پرو ۱۷ اینچی را که از پردازنده‌ی اینتل استفاده می‌کرد، جایگزین پاوربوک ۱۷ اینچی خود کرد. فرآیند مهاجرت اپل در آگوست ۲۰۰۶ به پایان رسید.

بسیاری از ناظران از اینکه اپل چرا به جای اینتل با AMD قرارداد نبسته بود شوکه شده بودند. در آن زمان AMD با پلتفرم ۶۴ بیتی خود نگاه‌های زیادی را به سمت خود جلب کرده بود. بسیاری از کارشناسان با برون‌یابی نمودارهای پیشرفت این شرکت، احتمال می‌دادند که عاقبت AMD اینتل را به زیر خواهد کشید؛ اتفاقی که هرگز به وقوع نپیوست.

سرانجام اپل با انتشار اختصاصی Mac OS X v10.6 برای پردازنده‌های اینتل در سال ۲۰۰۹ به پشتیبانی از پاورپی‌سی خاتمه داد.

چرخه‌ی تیک-تاک (Tick-Tock)

در حالی که اینتل به صورت سنتی هر دو سال یک بار فناوری ساخت خود را کوچک‌تر می‌کرد، با ورود پردازنده‌های Core 2 Duo، روند به روزرسانی پردازنده‌های این شرکت دستخوش تغییر اساسی شد. چرخه‌ی جدید که به تیک-تاک معروف است از سال ۲۰۰۷ تا به امروز برقرار است. با هر «تیک»، اینتل تکنولوژی فرآیند ساخت پردازنده‌های خود را کوچک‌تر کرده، و با هر «تاک» یک معماری جدید معرفی می‌شود. هر ۱۲ تا ۱۸ ماه شاهد یک تیک یا یک تاک در پردازنده‌های اینتل هستیم.

برای مثال معرفی پردازنده‌های آیوی بریج (Ivy Bridge) که برای اولین بار از فناوری ساخت ۲۲ نانومتری استفاده می‌کردند «تیک» و پردازنده‌های هسول (Haswell) که با همان فناوریِ ساخت، معماری به‌روزتری داشتند «تاک» محسوب می‌شود. به طریق مشابه پردازنده‌های ۱۴ نانومتری برادول (Broadwell) در این چرخه تیک و پردازنده‌های اسکای‌لیک (Skylake) تاک هستند. انتظار می‌رود تیک بعدی با معرفی پردازنده‌های ۱۰ نانومتری کَنون لیک (Cannonlake) در سال ۲۰۱۷ و تاک بعدی با بهبود معماری ۱۰ نانومتری در پردازنده‌های آیس لیک (Ice Lake) در سال ۲۰۱۸ به وقوع بپیوندد.

تکنولوژی Intel vPro

در سال ۲۰۰۷، اینتل تکنولوژی vPro خود را معرفی کرد. vPro در واقع یک عبارت تبلیغاتی و تکنیک بازاریابی برای مجموعه‌ای از تکنولوژی‌های سخت‌افزاری در پردازنده‌های جدید ساخت اینتل بود. vPro شامل تکنولوژی‌هایی مانند هایپرتردینگ (برای آشنایی کامل با هایپرتریدنگ انتهای قسمت قبل را مطالعه کنید)، تکنولوژی مدیریت فعال (AMT)، توربو بوست ۲ و VT-x می‌شود. برای اینکه کامپیوتری بتواند از مزایای این مجموعه تکنولوژی‌ها بهره‌مند شود، باید پردازنده‌ی vPro، چیپست سازگار با vPro و همچنین بایوسی که از تکنولوژی vPro پشتیبانی کند داشته باشد.

پردازنده‌های اتم (Atom)

پردازنده‌های اتم اینتل در سال ۲۰۰۸ برای دستگاه‌های کم مصرف و قابل حمل عرضه شدند. اولین نسخه‌های پردازنده‌های اتم با استفاده از فرآیند ساخت ۴۵ نانومتری تولید شده بودند و توان مصرفی آن‌ها ۰.۶۵ وات بود. با فراگیر شدن نِت‌بوک‌ها در سال ۲۰۰۸، بر خلاف پیش‌بینی اینتل مدل‌های کمتر بهینه‌ای که بر مبنای هسته‌های Diamondville (سری N200 و N300) بودند، فروش بسیار بیشتری را نسبت به هسته‌های Silverthorne (سری Z500) تجربه کردند.

اتم‌های اولیه فاقد قدرت کافی بودند و نتوانستند در بازاری به جز نِت‌بوک‌ها به موفقیت دست پیدا کنند. حتی به روزرسانی Lincroft (عرضه شده در سال ۲۰۱۰ به عنوان سری Z600) نیز نتوانست این سناریو را تغییر دهد. معروف‌ترین نت‌بوک‌هایی که از پردازنده‌های اتم اینتل استفاده می‌کردند عبارتند از Eee PC ایسوس، نت‌بوک‌های سری M وایو سونی، MSI Wind PC و نت‌بوک‌های سری Inspiron Mini  دل.

پردازنده‌های اتم هیچگاه نتوانستند به اندازه‌ی پردازنده‌های دسکتاپ Core موفق باشند و تلاش‌های اینتل در راه فراگیر کردن آن‌ها تاکنون بی ثمر بوده است. در سال ۲۰۰۹ اینتل و TSMC طی توافقی اعلام کردند در ساخت پردازنده‌های اتم با یکدیگر همکاری خواهند کرد؛ اما قرارداد بین دو شرکت در سال ۲۰۱۰ به دلیل کمبود تقاضا برای پردازنده‌های اتم به حالت تعلیق درآمد. در سال ۲۰۱۱ اینتل و گوگل اعلام کردند که با همکاری یکدیگر سیستم عامل اندورید را با پردازنده‌های x86 اتم سازگار خواهند کرد. این موضوع نیز کمک چندانی به اینتل نکرد و ARM همچنان متداول‌ترین معماری مورد استفاده توسط اندروید است.

پردازنده‌های مبتنی بر ARM مانند سری تگرا از انویدیا، اسنپدراگون کوالکام و اکسینوس سامسونگ قدرت پردازشی مشابه پردازنده‌های اتم اینتل را با یک چهارم مصرف انرژی در اختیار کاربران قرار می‌دهند. علاوه بر مصرف کمتر انرژی، این پردازنده‌ها سخت‌افزارهای متعددی مانند مودم را نیز در خود جای داده‌اند و در واقع «سیستم بر روی چیپ» (SoC: System on a Chip) به شمار می‌روند. اینتل با معرفی SoCهای اتم خود در سال ۲۰۱۲ سعی داشت بار دیگر شانس خود در زمینه‌ی پردازنده‌ی تلفن‌های هوشمند را بیازماید، اما نهایتاً در ۲۹ آوریل ۲۰۱۶، اعلام کرد که قصد دارد برنامه‌ی تولید SoC های Broxton خود را کنسل کند. برای آشنایی بیشتر با پردازنده‌های موبایل اینتل می‌توانید این مقاله را مطالعه کنید.

این مطلب ادامه دارد ...