برادول، فرزندی با تغییراتی بنیادین در تولد
بسیاری از کاربران ایرانی هنوز هم با کامپیوترهایی کار میکنند که به پردازندههای سندیبریج مجهز شدهاند و البته آنها از سرعت و کارایی سیستم هم رضایت کامل دارند. برخی از کاربرانی که پا به پای فناوریهای نوین حرکت میکنند و نمیخواهند که از قافله استفاده از پردازندههای جدید اینتل عقب بمانند، در ماههای گذشته با صرف هزینهای بیشتر به سمت تراشههای 22 نانومتری (هزول) حرکت کردهاند. در آن سوی جبهه تولید و مصرف، شرکت اینتل نیز اعلام کرد که نسل جدید پردازندههای خود با اسم رمز Broadwell و فناوری تولید 14 نانومتری را در نیمه چهارم سال 2014عرضه خواهد کرد. این موضوع باعث شد تا شمار زیادی از کاربران، خرید کامپیوتر مجهز به معماری هزول و چیپست سری 8 را به تأخیر اندازند. این عقبنشینی در خرید هزول و برخی از مشکلات فنی، به خصوص در مدار تغذیه برادول و شاید هم چند علت پنهان دیگر، باعث شد تا شرکت اینتل زمان عرضه معماری جدید و قدرتمند برادول را تا نیمه اول یا دوم سال 2015 میلادی به تأخیر اندازد. گویی اینتل نیز دریافته بود که بازار تراشههای محاسباتی آماده پذیرش معماری جدید نیست، به همین دلیل تصمیم گرفت برخی معایب را که در آزمونهای انجام شده در پردازندههای هزول نمایان شده بودند، با اعمال تغییرهایی برطرف سازد.
مطلب پیشنهادی: حافظههای کامپیوتری در گذر زمان
دیری نگذشت که نسل جدید هزول هم با بهینهسازیهایی روبهرو شد تا بتواند برخی از انتقادها را رفع کند. تغییر در ماده واسط حرارتی، جایگزینی SMDهای تحتانی بورد پردازنده با نوع باکیفیتتر و نیز پشتیبانی از چیپستهای سری 9، مهمترین به روزرسانیهایی بودند که علاوهبر کاهش محسوس دمای کاری پردازندههای جدید، قدرت اورکلاکپذیری بیشتری را نیز در سری Haswell Refresh به ارمغان آوردند. پس از این ارتقا، استفاده از پردازندههای هزول فراگیر شد و بعضی از کاربران که امکان هزینه کردن بیشتر برایشان مهیا است، به سمت استفاده از هزول ریفرش رفتهاند.
بیش از دو دهه از حکمفرمایی قانون مور و در پی آن، چرخه تولید تیک تاک در ساخت تراشهها میگذرد و شرکت اینتل از ریش سفیدهای قبیله تراشه ساز جهان است که به شدت به این قانون پایبند بوده و سیاستهای کاری خود را بر این اساس بنا کرده است.
این شرکت پس از عرضه ریزمعماری جدید هزول و در گذار از چرخه «تاک»، معماری برادول را معرفی کرده که قرار است با کمی تأخیر، در نیمه اول یا دوم سال 2015 میلادی، آماده عرضه به بازار شود. در ادامه، به این پردازندهها نگاهی اجمالی خواهیم انداخت (شکل 1).
شکل 1: سطح Die پردازنده برادول
پردازندههای برادول
پردازندههای نسل جدید برادول در چرخه زمانی «تیک» به عرصه مصرف پا گذاشته و از همین رو، با معماری ساخت 14 نانومتر طراحی شدهاند. همانطور که اشاره شد، قرار بود پردازندههای 14 نانومتریبا ریز معماری برادول در نیمه چهارم 2014 آماده مصرف شوند، اما برخی مشکلات فنی ایجاد شده در فرآیند طراحی از یک سو و لزوم حفظ بازار پرسود دستگاههای هوشمند از سوی دیگر باعث شد تا اینتل عرضه پردازندههای دسکتاپ با معماری جدید را بین 3 تا 6 ماه به تأخیر اندازد و در عوض، عرضه خانواده پردازندههای مورد استفاده در دستگاههای هوشمند با معماری برادول را سرعت بخشد.
از آنجا که شرکت اینتل به رضایت سرمایهگذاران، سازندگان و مصرفکنندگان محصولات خود نیاز دارد، لزوم طراحی و عرضه محصولی برتر با فناوری و کیفیت ساخت بالاتر را به خوبی احساس کرده است. بازار دستگاههای هوشمند (با گردش مالی نزدیک به 850 میلیارد دلار تا سال آینده)، جایی است که شرکتهای بزرگ و پدیدآورنده فناوریهای نوین نمیتوانند از آن صرف نظر کنند.
روی دیگر سکه، تضعیف بازار کامپیوترهای دسکتاپ در مقایسه با دستگاههای هوشمند و قابل حمل است، زیرا اینتل که خود را حاکم بلامنازع و قدرت نخست تولید تراشههای پیسی جهان میداند، کاهش سود پردازندههای پیسی و از دست رفتن بخش وسیعی از بازار فروش را به هیچ عنوان نمیپسندد و به همین سبب است که بیش از پیش، در سیاستهای کوتاهمدت و بلندمدت این شرکت چرخشی آشکار دیده میشود. با در نظر گرفتن گستره وسیع کاربردی تلفنهای هوشمند و تبلتها، چندی پیش شرکت اینتل اعلام کرد که سری Core-M با معماری برادول با مصرف انرژی 5 وات را برای استفاده در این نوع از دستگاههای پر مصرف آماده عرضه کرده است (شکل 2).
شکل 2: نمونهای از تبلت و پیسی قابل حمل مجهز به برادول
مشخصات ساختاری (BroadWell-Y (Core M
ضخامت دستگاههای مجهز به پردازندههای اینتل از سال 2010 تا 2014 با کاهشی شگرف روبهرو بوده است. اینروند همچنان ادامه دارد، تا جایی که بنا به اعلام غول تراشهسازی تبلتهای مجهز به پردازنده Core M فقط 7.2 میلیمتر قطر دارند! همچنین پردازندههای Core M با بهبود 4 برابری مصرف انرژی در مقایسه با سری Core در تبلتها و تلفنهای هوشمند جایگاه ویژهای دارند که این مورد به کاهش 50 درصدی حجم و اندازه باتری مورد استفاده در دستگاههای هوشمند مجهز به پردازندههای برادول سری Core M خواهد انجامید. در بخش فناوری ترانزیستوری، نسل دوم فناوری ترانزیستورهای سه بعدی (Tri-Gate) اساس این سری از ریز تراشهها را تشکیل میدهند. همانطور که در شمارههای گذشته ماهنامه نیز اشاره شده است، فناوری ترانزیستورهای سه بعدی از سال 2012 در پردازندههای سندی بریج بهکار گرفته شد. این ترانزیستورها با تعبیه سه پایه سیلیکونی روی یک لایه نازک از اکسید و توسط لایه گیت (Gate) به یکدیگر متصل شدهاند که با ایجاد سه ورودی سورس (Source) و درین (Drain) به جای دو ورودی در ترانزیستورهای نسل قبل (Double-Gate)، باعث افزایش 37 درصدی جنبش الکترونها، انرژی و در نهایت افزایش قدرت پردازشی ترانزیستور میشود (شکل 3).
شکل 3: ترانزیستورهای سه بعدی میتوانند چندین پایه (فین) متصل بههم داشته باشند تا کارایی کلی افزایش یابد.
اما بهینهسازی شاخصی که در Core M انجام شده است، بهبود هفت برابری پردازشگر گرافیکی شامل شیوه تعامل تراشه گرافیکی، کنترلرها و مسیرهای ارتباطی با هستههای واحد اصلی پردازنده و حافظهها است که بدون تردید در مقایسه با نسلهای قبل قدرت پردازش گرافیکی متفاوتی را ارائه میدهد. اما از آنجا که سری Core M برای استفاده در دستگاههای هوشمند و کممصرف در نظر گرفته شده است، به نظر میرسد که تمرکز اینتل در این سری از پردازندهها بیش از اینکه بر افزایش فرکانس هستهها باشد بر بهینهسازی در محل قرارگیری و حجم بافرها (افزایش بافر L2 TLB به 1.5K برای جلوگیری از کاهش ورودی آدرسها)، بهبود ساختار هر دوره از عملیات پردازشی (Instructions Per Cycle) و مهمتر از همه تغییرهای مورد نیاز در بخش تغذیه ولتاژ هستهها روی Die خواهد بود. دلیل تأیید این مدعا نیز میتواند در افزایش مصرف و گرمای تولیدی (در صورت افزایش فرکانس هستهها) باشد. افزایش نقاط شناور نقطهای در عملیات ضرب و تقسیم به صورت دوگانه و همزمان، یکی دیگر از بهینهسازیها است. همچنین اینتل در برادول از کار روی الگوریتمهای رمزنگاری نیز غافل نشده است، زیرا این بخش همواره برای شرکت اینتل، حساسیت و اهمیت خاصی دارد (شکل 5).
مطلب پیشنهادی: APU چیست و آیا باید برای پیسی خود یکی از آنها را بخرید؟
پردازندههای سری Core-M با سه مدل5y70 ،5y10a ،5y10 تولید و عرضه خواهند شد. عدد 5 معادل i5 بوده و حرف “Y” نیز به معماری این خانواده، یعنی Broadwell-Y اشاره دارد. اما به لحاظ مشخصات فنی، مدل 5Y70 با 1100 مگاهرتز فرکانس پایه نخستین عضو این خانواده است و سری 5Y10a و 5Y10 با فرکانسهای پایه 800 مگاهرتز در جایگاه دوم و سوم خانواده Core-M قرار گرفتهاند. هر سه مدل 1.3میلیارد ترانزیستور (82 میلیمتر اندازه Die) دارند که به دو هسته حقیقی با چهار رشته پردازشی (Hyper Threading) و 4 مگابایت حافظه نهان سطح 3 مجهز شدهاند. این مقدار حافظه نهان لایه سوم به صورت اشتراکی میان هستهها و تراشه گرافیکی تقسیم میشود. قابلیت بالای افزایش خودکار فرکانس در حالت توربو (Turbo Technology) نکته قابل تأمل این پردازندهها است و در صورتی که سیستم زیر بار پردازشهای سنگین گرافیکی یا محاسباتی قرار گیرد، فرکانس مدل 5Y70 به 2600 مگاهرتز و در دو مدل دیگر به 2000 مگاهرتز برای هر دو هسته افزایش مییابد که این مقادیر برای دوستداران فناوری توربو اینتل بسیار شیرین خواهد بود. پردازشهای گرافیکی هر سه مدل از خانواده Core M بر عهده تراشه HD 5300 مجتمع در پردازنده با فرکانس پایه 100 مگاهرتز قرار داده شده که در حالت توربو به 850 مگاهرتز در مدل 5Y70 و 800 مگاهرتز در مدلهای 5Y10a و 5Y10 افزایش پیدا خواهد کرد. پشتیبانی از DX 11.2، OpenGL 2.4، OpenCL 2.0 و قابلیت نمایش تصاویر 4K با استفاده از رابط HDMI و 25 هرتز نرخ تازهسازی تصویر از دیگر امکانات تراشه گرافیکی HD 5300 است که امکان ساخت تبلت و لپتاپهای بدون خنککننده (Fanless) و مجهز به صفحهنمایش UHD را به سازندگان خواهد بخشید. در بخش حافظهها، کنترلر تعبیهشده در پردازندههای سری Core M امکان به کارگیری حافظههای LPDDR3/DDR3L با فرکانس فوقالعاده 1600 مگاهرتز را مهیا کرده است. اگر کوچک بودن و کارایی مناسب را دو ضلع مثلث خانواده Core M بدانیم، به یقین مصرف ناچیز انرژی(5/4 وات) ضلع سوم این مثلث و تکمیلکننده چرخه کاربری برای محصولاتی خواهد بود که به این پردازنده ها مجهز میشوند. فناوریهای Intel VT-d/VT-x و Intel AES-NI در هر سه عضو این خانواده پشتیبانی میشوند، اما دو فناوری اختصاصی Intel vPro و Intel TXT فقط در مدل 5Y70 قابل پشتیبانی است. به لحاظ ساختاری و به دلیل فرکانس بیشتر و به کارگیری فناوریهای اختصاصی اینتل، مدل 5Y70 نمونه قدرتمندتری است. اما تنها تفاوت میان دو مدل دیگر، مقدار مصرف انرژی است، به این معنی که سازندگان امکان ساخت محصولی با مصرف انرژی حتی 4 وات را با مدل 5Y10 خواهند داشت. شرکت اینتل قیمت 281 دلار را برای هر سه مدل پردازندههای Core-M اعلام کرده است و اگرچه تعیین قیمت نهایی با شرکتهای OEM خواهد بود، اما به نظر میرسد اینتل با این شیوه قیمتگذاری یکسان قصد دارد علاوهبر تبلیغ محصول جدید، دست سازندگان و خریداران را برای انتخاب مدل بهتر باز بگذارد (شکل 5).
شکل5: سهولت در تولید دستگاه های هوشمند کم مصرف تر با پردازنده Core M
سری Core M به دلیل گرمای تولیدی بسیار پایین به صورت بدون خنککننده (Fanless) طراحی شده است، بنابراین، مسئله نویز حاصل از فعالیت فن خنککننده پردازنده در این دستگاهها کاملاً منتفی است. بیشک دستگاهها و تلفنهای هوشمندی که بر پایه پلتفرم برادول و پردازنده Core M طراحی خواهند شد، علاوه بر کلاک قابل قبول هستهها و مصرف بسیار پایین باتری، از رابطهای کاربری بسیار روان(که مصرفکننده کمترین میزان حافظه هستند) نیز برخوردارند.
سالها است که اینتل در طراحی و ساخت تراشههای خود از سیاست واحدی پیروی میکند. برای نمونه میتوان به تغییر کارایی در چرخه «تیک» و «تاک» محصولات اینتل اشاره کرد. همانگونه که تاکنون نیز شاهد بودهایم، محصولات چرخه «تیک» این شرکت با تغییرات کارایی نسبتاً کمتری روبهرو بودهاند. سیکل کامل این تغییرات در محصولات چرخه «تاک» نمایان است (شکل6).
شکل6: از راست به چپ هزول سری ULT/ULX، برادول سری ULT/ULX و برادول سریYم(CoreM)
مشخصات فنی تراشه گرافیکی برادول
در بخش تراشه گرافیکی اینتل روایت دیگری جریان دارد. تراشه گرافیکی مجتمع در پردازندههای اینتل در هر چرخه تیک و تاک دستخوش بهینهسازیهای معقولی شدهاند. از نظر ما نیز این تغییرهای مداوم، به کارایی و بازدهی غیرقابل قبول تراشه گرافیکی مرتبط است. اگر به یاد داشته باشید از سری تراشههایHD3000 (پردازندههای سندیبریج مانند Core i5 2500K) تا سری HD4600 (پردازندههای هزول مانند Core i7 4770K) بهکار رفته در پردازندهها، همگیشان در پردازشهای گرافیکی نواقص و کارایی پایینی داشتند که در هر نسل به نسبت، بهبودهایی را برای رفع ایرادها نیز شاهد بودیم. دلیل قدرت پایین این تراشههای گرافیکی، نداشتن توازن در تقسیم انرژی مصرفی مورد نیاز میان هستههای پردازنده و تراشه گرافیکی بود. برای مثال، اگر کاربری در نظر داشت که فرکانس پردازنده Core i5 4670K را به مقدار 500 تا 1000 مگاهرتز افزایش دهد، ابتدا باید بخش گرافیکی پردازنده را غیر فعال میکرد تا تمام انرژی در اختیار هستههای پردازنده مرکزی قرار گیرد. عکس این داستان نیز هنگام افزایش فرکانس تراشه گرافیکی صادق بود که با بهینهسازیها و برقراری توازن (Balance) میان پردازنده و تراشه گرافیکی، این معضل تا حد زیادی برطرف شد. به هر صورت باید بپذیریم که تراشههای گرافیکی مجتمع در پردازندههای اینتل، قدرت و پایداری مناسبی ندارند و استفاده از آنها به کاربرانی توصیه میشود که از پردازشهای سنگین در نرمافزارها و یا بازیهای گرافیکی بینیاز هستند (شکل7).
شکل7: تراشه گرافیکی Intel HD4600
در بخش ساختاری تراشه گرافیکی نیز اینتل معماری تراشههای گرافیکی GT2 را در نظر گرفته است و در این بخش هیچ تغییری مشاهده نمیشود. افزایش چهار واحدی EU در تراشه گرافیکی Broadwell-Y در مقایسه با نسل قبل (Haswell-Y) باعث افزایش 25 درصدی کارایی در هر واحد EU تراشه گرافیکی شده است. همچنین حافظه نهان L1 نیز به شدت افزایش یافته است که در نهایت به افزایش 20 درصدی کارایی در واحدهای سایهزنی و 50 درصدی در نرخ بافتگذاری منتج خواهد شد. همچنین فناوریهای DirectX 11.2 و Open GL 4.3 در تراشه گرافیکی پردازنده برادول قابل پشتیبانی است. به لحاظ خروجیها نیز تراشه گرافیکی مجتمع در پردازنده برادول به کنترلر جدید مجهز شده است. این کنترلر، خروجیهایی مانند HDMI 2.0 (به همراه ویرایش1.4) وDisplayPort 2.0 (بههمراه ویرایش 1.2 و 1.3a) را با اتصال دو نمایشگر به صورت همزمان پشتیبانی میکند. از مزایای قابل طرح در تراشه گرافیکی برادول میتوان به افزایش 50 درصدی در پردازش فایلهای تصویری، کارایی دو برابری موتور پردازشی ویدیویی، ادامه پشتیبانی از فناوری Quick Sync. Video، مصرف کمتر انرژی برای پردازشهای گرافیکی، پشتیبانی ذاتی از وضوح تصویر 4K و UHD و در نهایت بهینهسازی برای تراشههای SoC مورد استفاده در دستگاههای هوشمند اشاره کرد.
مزایای برادول در بخش Platform Control Hub
ـ بهینهسازی پردازش صوتی به کمک افزایش SRAM و قابلیت پاسخدهی با سرعتی بالاتر برای ارائه صدایی صاف و با وضوح بیشتر و نویز پایینتر
ـ کاهش 25 درصدی مصرف انرژی در حالت بیکاری بخش PCH
ـ کاهش 20 درصدی مصرف انرژی نسبت به هزول در حالت فعالیت بخش PCH
ـ دو برابر شدن مقدار انرژی مورد نیاز برای پردازشهای گرافیکی Phys.
ـ مانیتورینگ دما و مصرف انرژی تمامی بخشهای سختافزاری و نرمافزاری PCH
ـ پشتیبانی SoCهای Broadwell از طرحهای جدید برای ساخت دستگاههای کممصرف و بدون فن (Fanless)
ـ انتخابی مناسب برای دستگاههای هوشمند (پرتابل) مدیریتی و امنیتی
PCH پردازنده برادول
چرخه تیک تاک اینتل در سالهای گذشته
2010: چرخه «تیک» با پردازنده جدید Westmere، لیتوگرافی 32 نانومتر، کممصرف، انتقال بخش گرافیکی به درون بستهبندی پردازنده، افزایش پردازش موازی و چند رشتهای و انتقال بخش تغذیه پردازنده به داخل.
2011: چرخه «تاک» با ریز معماری جدید سندیبریج، لیتوگرافی 32 نانومتر، ادغام بخش گرافیکی به صورت آنبورد روی Die و توازن در اختصاص قدرت پردازشی میان هستهها و تراشه گرافیکی.
2012: چرخه «تیک» با پردازنده جدید Ivy Bridge، لیتوگرافی22 نانومتر با استفاده از ترانزیستورهای سه بعدی، پشتیبانی از DX 11، افزایش قدرت پردازش گرافیکی و کاهش مصرف.
2013: چرخه «تاک» با ریز معماری جدید هزول، لیتوگرافی 22 نانومتر،کاهش گرمای تولیدی در هستهها، افزایش 2 برابری قدرت باتری در پرتابلها، تعبیه چیپ میکرو کنترلر قدرت، کاهش زمان تأخیر در پردازش و تعبیه کامل رگولاتورهای ولتاژ ترانزیستورها در داخل بستهبندی و افزایش قابلیت اورکلاک پردازنده.
2014: چرخه «تیک» با پردازنده جدید برادول (سری K برای سیستمهای دسکتاپ و سری Y برای پرتابلها و دستگاههای هوشمند)، لیتوگرافی 14 نانومتر، افزایش کارایی تا 40 درصد، 60 درصد مصرف انرژی کمتر، کاهش 50 درصدی اندازه Die و کاهش مصرف انرژی 45 درصدی در تراشههای SoC.
2015: چرخه «تاک» با ریز معماری جدید Skylake و لیتوگرافی 14 نانومتر شامل پردازنده برادول به همراه SoCهای X86
سخن پایانی ...
اینتل در پردازندههای Broadwell-Y، علاوه بر کاهش مقدار زیادی از مصرف انرژی، با تغییرات و بهینهسازیهای فنی و ساختاری و با کاهش سطح مقطع پردازنده، برای افزایش کارایی تلاش کرده است. کاهش نانومتر را میتوان از دو زاویه بررسی کرد: نخست اینکه با کم شدن نانومترها، مقدار مصرف انرژی کاهش یافته و به دنبال آن گرمای تولید شده هستهها، کنترلر حافظه و گرافیک مجتمع نیز کاهش مییابد.
مطلب پیشنهادی: شناسایی یک رخنه 20 ساله در پردازشگرهای اینتل
از زاویهای دیگر، ارتقای فناوری تولید زمینه افزایش ترانزیستورها را نیز فراهم میکند و اگر فقط همین دو مورد را به عنوان مزایای معماری برادول در نظر بگیریم، این برای ما بسیار خشنودکننده و کافی خواهد بود. اما باید منصف بود و قابلیتهای دیگری را نیز در نظر گرفت که با این تغییر معماری عاید جامعه مصرفکنندگان میشود افزایش قدرت و وسعت محدوده داینامیکی پردازنده (معطل نماندن قطعات مرتبط با پردازنده برای دریافت دستورات پردازشی) و کاهش ضخامت دستگاههای هوشمند ساخته شده با این نوع از پردازشگرهای SoC با مصرف فقط 5 وات (Low-Voltage) هم میتوانند به عنوان عواملی حیاتی به شمار آیند که در باریک شدن و پایین آوردن وزن کامپیوترهای قابل حمل، تبلتها و تلفنهای هوشمند با طول عمر زیاد باتری، نقش به سزایی را ایفا میکنند. دست آخر اینکه به نظر میرسد تا سال 2016 دستگاههای ساخته شده با پردازندههای برادول به نخستین انتخاب برای بخشهای مدیریتی و امنیتی در سازمانها و ادارات تبدیل شوند.
ماهنامه شبکه را از کجا تهیه کنیم؟
ماهنامه شبکه را میتوانید از کتابخانههای عمومی سراسر کشور و نیز از دکههای روزنامهفروشی تهیه نمائید.
ثبت اشتراک نسخه کاغذی ماهنامه شبکه
ثبت اشتراک نسخه آنلاین
کتاب الکترونیک +Network راهنمای شبکهها
- برای دانلود تنها کتاب کامل ترجمه فارسی +Network اینجا کلیک کنید.
کتاب الکترونیک دوره مقدماتی آموزش پایتون
- اگر قصد یادگیری برنامهنویسی را دارید ولی هیچ پیشزمینهای ندارید اینجا کلیک کنید.
نظر شما چیست؟