نت سرای مبین

روز 17 نوامبر 2008 اینتل پس از تبلیغات فراوان و بازار گرمی های همیشگی اش این پردازنده های سری core i7 را به بازار عرضه کرد که یک قدرت نمایی عالی از جانب اینتل بود و قدرت این پردازنده ها همه را متحیر کرد و ضربه سنگینی بر AMD نیمه جان وارد کرد. در ادامه با ویژگی های این پردازنده ها آشنا می شویم. اولین تفاوت آشکار این پردازنده ها تغییر سوکت آنها بود که از LGA 775 به سوکت LGA 1366 ارتقا پیدا کرده و اینتل اعلام کرد که از این پس CPU های ساخت این شرکت بر پایه LGA 1366 هستند.

 در طراحی این پردازنده ها اینتل کپی برداری هایی از سری چهار هسته ای های فنوم AMD کرده است. اینتل همیشه به جعل 4 هسته ای ها از جانب رقبا و منتقدان متهم می شد که در واقع درست هم بود به این دلیل که در تمامی 4 هسته ای های قبلی اینتل نظیر  Q6600 , Q9550 , QX9650 در واقع از 2 پردازنده 2 هسته ای روی یک ویفر استفاده می کرد که از طریق یک باند انتقال اطلاعات به هم متصل بودند.

ولی این بار قضیه کاملا متفاوت است و احتمالا به غیرت اینتل بر خورده و این شرکت با طراحی سری CORE I7 دهان تمامی منتقدان و رقبا را بست!!
به طوری که تمامی منتقدان در سایت های خود از پردازنده های این سری به عنوان انقلاب در پردازش نام برده اند و حقیقتا هم اینتل در طراحی این سری شاهکار کرده و در ادامه خواهیم دید چگونه اینتل با ارائه این سری سلطنت خودش را بر بازار پردازنده ها اعلام کرده است.

افزایش هسته ها :

 اینتل بار ها در کنفرانس ها و سمینار ها که بزرگ ترین این سمینار ها هم تالار توسعه دهندگان این شرکت یعنی IDF به سراحت اعلام کرد که معماری پردازشی در CPU ها  به بن بست رسیده و امکان افزایش فرکانس ها در ساختار فعلی پردازنده ها وجود ندارد و فعلا فقط یک راه برای افزایش قدرت پردازش وجود دارد که در حال حاضر هر دو شرکت اینتل و AMD از این روش استفاده میکنند و آن هم اینه که به جای افزایش فرکانس در یک پردازنده تعداد هسته های پردازشی افزایش پیدا کند که با استفاده از چند هسته پردازشی توان پردازشی CPU از مجموع توان پردازشی هر یک از این هسته ها تشکیل میشود و این راه فعلا تنها راه موجود برای افزایش توان پردازش CPU ها است و اینتل اعلام کرد که از اواخر 2008 تا 2010 بر روی افزایش تعداد هسته ها تمرکز میکنه و فعلا قصد افزایش فرکانس ها را نداره !!
این راه هم به دو نکته و توانمندی نیاز داره :
1- ساختاری که بشود تعداد هسته های بالا را بر روی CPU ایجاد کند.
2- مسیری که پهنای باند کافی را برای انتقال اطلاعات بین هسته های پردازشی را فراهم کند. 

که اینتل این دو نکته را در ساختار CORE i7 به خوبی استفاده کرده که قابل تحسین است.
مهم ترین تغیر در ساختار این پردازنده ها ساختار ماژولار است به این معنی که در آینده میتواند به راحتی تعداد پردازشی را افزایش دهد به صورت یک چند هسته ای واقعی نه جعلی !!
و تمامی اعضای گروه bloom field که همگی با استفاده از ساختارnehalem تولید میشوند در اینده اینتل میتواند با افزایش هسته ها قدرت پردازش این گروه را بالا ببره.
در ضمن در اواسط سال 2011 گروه sandy bridge روانه بازار شدند که در مقالات بعدی مفصل در مورد آنها صحبت میکنم .

ارتباط های پردازنده : 
در این چند سال اخیر بر خلاف افزایش سرعت مسیر FSB بزرگترین مانع اینتل برای ارتقا توان پردازش پردازنده هاش پهنای باند نا کافی برای انتقال اطلاعات (دیتا) بوده ولی در معماری    NEHALEM  اينتل به شدت روی این مسئله پهنای باند پردازنده کار کرده و این مشکل را هم حل کرده .به دلیل اینکه با فرکانس های مسیر نسل قبل ( FSB ) که محدودیت های بسیاری از لحاظ پهنای باند ایجاد میکردند به هیچ عنوان اجازه افزایش هسته های پردازشی پردازنده را به سازندگانش نمیده بنابراین اینتل به هیچ عنوان از مسیر FSB استفاده نخواهد کرد و به جای ان از رابط جدید QPIکه دست پخت مهندسان طراح اینتل است استفاده میکند.
کلمه QPI مخفف عبارت Quick Path Interconnect است و در اینتل این مسیر را در گروه پردازنده های BLOOM FIELD استفاده میکند که تمامی پردازنده های این گروه جزو حرفه ای ها هستند و در اینده مدل های متوسط و ضعیف تر هم از این فناوری استفاده میکنند.

 QPI چیست؟
 QPI برای اولین بار در پردازنده ای CORE i7 استفاده شده اند که نوعی رابط دو طرفه کامل بر مبنای انتقال اطلاعات در شکل های پاکت های اطلاعاتی است که برای هر لینک ارتباطی پهنای باند حدود 25/6 گیگابایت در ثانیه را فراهم میکند که این پهنای باند 2 برابر سریع تر از بیشترین باس( FSB ) در پردازنده های CORE 2 DUE است.ساختار کلی رابط QPIمانند هایپرترنسپورت در پردازنده های AMD است البته سرعت رابط اینتل از رابط هایپرترنسپورت بیشتر است .

هایپرترنسپورت در بیشترین حد پهنای باند 14/4 گیگابایت در ثانیه را دارد در حالی که در رابط جدید اینتل این سرعت به 25/6 میرسد.اینتل در پردازنده های دسکتاپ خود از این رابط با یک لینک ارتباطی استفاده میکند که برای این پردازنده ها کافی است ولی در اینده اینتل میتواند در صورت لزوم از 3 لینک برای هر سوکت استفاده کند ( برای پردازنده های سرور و… که به پهنای باند فوق العاده بالا نیاز دارند).این پهنای باند فقط مختص پردازنده نیست و به گفته اینتل این پهنای باند بالا هم میتواند در اختیار پل شمالی مادربرد قرار بگیرد ( چیپست X58از این فناوری استفاده میکند) که توسط این کار میتوان از 4 کارت گرافیک با پهنای باند کامل X16 استفاده کرد ( همان طور که میدانید در چیپست های قبلی مثل 790X میتوانستیم از 3 کارت گرافیک استفاده کنیم اما به دلیل پهنای باند پایین 1 کارت پهنای باند X16 داشت و 2 کارت دیگر با پهنای باند X8 کار میکردند که کارایی کارت ها کمی پایین میامد. سرعت رابط QPI با عبارت GT/S ( گیگا ترنسپرت بر ثانیه ) نشان داده میشود که این سرعت در پردازنده های قدرتمند این گروه به 6/4 GT/S میرسه. 

در کل برنامه کاری اینتل برای سال 2009 به این صورت بوده است :
اوین گروه BLOOM FIELD ها هستند که حرفه ای ترین پردازنده هایCORE i7 گروه دوم پردازنده های رده متوسط هستند که با نام رمزLynnfield مشخص و معرفی شده اند و گروه اخر پردازنده های فوق استثنایی sandy bridge هستند که کارت گرافیک با پردازنده در انها ادغام شده .

ساختار خانواده   NEHALEM:

وقتی بازار ارام است و اینتل به راحتی فروش بالا دارد دیگه اصولا دیگر دست به خلاقیت نمیزند و فقط محصولات قدیمی را با اسم های جدید به فروش میرساند اما وقتی تحت فشار قرار باشه شاهکار میکنه!! نمونه اش وقتیAMD پردازنده های فنوم را با قیمت مناسب و پایین تر از سری CORE 2 DUE معرفی کرد و اینکه سری فنوم 3 هسته ای و 4 هسته ای های واقعی بودند و مانند اینتل از چند 2 هسته ای روی یک ویفر ساخته نشده بودند.همین امر اوضاع اینتل را به هم ریخت تا اینکه اینتل سری رویاییCORE i7 را رو نمایی کرد.در سری CORE 2 DUE و پردازنده های 4 هسته ای قبلی این شرکت 2 پردازنده 2 هسته ای با پهنای باند حداکثر کمتر از 5 گیگابایت در ثانیه به هم متصل بودند ولی AMD این مشکل را خیلی قبل تر حل کرده بود این شرکت از سری اتلون باس داده ها ( HYPER TRANSPORT ) را به داخل پردازنده منتقل کرد که پهنای باند زیادی داشت و محدودیت های FSB  را ایجاد نمیکرد اما اینتل هم بی کار ننشت و رابط QPI را در ساختار  NEHALEM قرار داد.
یکی از ویژگی های NEHALEM ساختار ماژولار است که اجازه میدهد که بخش های مختلف را درون خود پردازنده جاسازی کرد البته این بخش ها که شامل هسته پردازشی،حافظه های داخلی L2 , L3 ،کنترل کننده باسQPI ،کنترل کننده حافظه های سیستم،هسته گرافیکی ( GPU )  و… میتوانند جداگانه یا اشتراکی در پردازنده استفاده شوند.

مزایای کلی ساختار NEHALEM:
پشتیبانی از 2 یا 4 یا 8 هسته پردازشی 
افزایش و بهبود توان پردازشی نسبت به سری های قبلی 
فناوری SMT : این تکنولوژی این امکان را به سیستم عامل میدهد که در سیستم عامل هر هسته پردازشی به صورت یک دو هسته ای منطقی ولی مجازی تشخیص داده بشوند که یعنی یک 4 هسته ای که دارای 4 هسته فیزیکی است در نرم افزار ها به عنوان یک پردازنده با 8 هسته منطقی شناخته میشوند و مهمترین مزیت این کار اینه که برنامه نویسان میتونند که کارایی برنامه های خودشون را بر اساس این هسته ها بهینه کنند . در تست هایی که توسط اینتل انجام شده با فعال کردن  SMT کارایی پردازشی را بین 15% تا 60 % افزایش داده!!
سه سطح مختلف حافظه : 64 کیلوبایت L1 ، برای سطح L2 حافظه به 256 کیلوبایت و برای     L3 این مقدار به 24 مگابایت میرسد
کنترل کننده حافظه که از حافظه های DDR3 با چندین کانال پشتیبانی میکند
سطح مشترک برای تمامی هسته های پردازشی
استفاده از تکنولوژی 45 نانومتری در ساخت پردازنده
امکان اضافه شدن کارت گرافیک به CPU 
ساختار ماژولار 
باس QPI که ارتباط نقطه به نقطه برای ارتباط با هسته های دیگر و ارتباط مستقیم برای ارتباط با قسمت های دیگر را فراهم میکند
فکر کنم حالا همه متوجه شده باشند که چرا این سری از پردازنده های اینتل به عنوان شاهکار اینتل نامگذاری شده!!
اگر به شکل زیر دقت کنید می بینید که اجزای مختلفی که در بالا ازش صحبت کردم چگونه همگی در خود پردازنده جاسازی شده اند.

در مورد حافظه های پردازنده ( کش ) چند مورد نسبت به سری های قبلی تغییر کرده . حافظه سطح 1 ( L1 ) مانند گذشته 64 کیلو بایت است و از این مقدار 32 کیلوبایت به دستورالعمل ها و 32 کیلوبایت به داده های پردازشی اختصاص دارد اما در مورد حافظه L2 تفاوت هایی با گذشته دارد.تقسیم این نوع از سطح حافظه میان هسته های پردازشی زمانی که تعداد هسته ها زیاد میشود دردسر ساز میشه برای همین اینتل برای هر یک از هسته های پردازنده 256 کیلوبایت با زمان تاخیر اندک استفاده کرده و در سری CORE i7 حافظه های L3 هم اضافه شده اند که حجم این حافظه در پردازنده های جدید اینتل بسیار زیاد است و این سطح از حافظه برای تمامی هسته های پردازشی به اشتراک گذاشته میشه این حجم در سری آخر 6 هسته ای های CORE I7 به 12 مگابایت و16 مگابایت نیز میرسد.اطلاعات در L1,L2,L3  کپی میشن و در صورتیکه یکی از هسته ها بار پردازشی کمتری داشته باشد میتواند از اطلاعات روی L3 برای سرعت بخشیدن به پردازش استفاده کند.
 CPU های چند هسته ای همواره انرژی بسیار بالایی مصرف میکنند و این هم به این دلیل است که تمامی هسته ها از الگوریتم یکسانی برای استفاده از انرژی استفاده میکنند که این باعث میشه که یک هسته که بار پردازشی بالایی داره و در حداکثر توان پردازشی خودشه با یک هسته که بار پردازشی اش خیلی کمتر است مصرف انرژی یکسانی داشته باشد ولی اینتل در معماری NEHALEM این مشکل را هم حل کرده .در ساختار جدید واحدی به اسم PCU برای پردازنده طراحی شده که واحد کنترل توان است که این واحد یک میکرو کنترلر است که داخل پردازنده قرار میگیره و قابل برنامه ریزیه.این کنترلر ولتاژ و فرکانس هر هسته را اندازه گیری میکنه و توان مورد نیاز هر هسته را تنظیم میکنه این کنترلر بسیار دقیق عمل میکنه و حتی قابلیت اندازه گیری دمای هر هسته را هم داره و با اندازه گیری های دقیق میتونه هسته های غیر فعال ( Idle ) را کامل از کار انداخته و انرژی مصرفی انها را به صفر برسونه که در مصرف انرژی صرفه جویی بسیاری میشه.البته این ساختار در سری core 2 due نیز به شکل دیگری وجود داشت ولی این ساختار در این سری به اوج کارایی خودش میرسه.این تکنولوژی به همین جا ختم نمیشه ! وقتی هسته های اضافی خاموش بشن،تکنولوژی turbo boost که اینتل در واحد کنترلر PCU قرار داده به کمک بقیه هسته ها که در حداکثر فشار کاری خودشون هستند، میاد به این شکل که کنترلر PCU با اندازه گیری عوامل مختلف ، فرکانس هسته های فعال را به بیش از مقدار نرمال افزایش میده که به نوعی اورکلاک خودکارCPU حساب میشه و قدرت پردازشی پردازنده افزایش پیدا میکنه.البته اینتل اعلام کرده این تکنولوژی زمانی فعال میشه که پردازش موازی و فعالیت همزمان هسته ها در میان نباشه.

این ساختار قبلا در معماری Penryn برای لپ تاپ ها استفاده شده بود ولی نمونه پیشرفته و کاملش در ساختار جدید سری core i7 استفاده شده.
خب میرسیم به بخش اخر ، پردازنده های BLOOM FIELD ( پردازنده های فعلی core i7 ) بزرگ تر از سری های قبلی هستند و نسل انها به طور کامل عوض شده . قبل از ارائه این سری ، سری های قبلی اینتل مدت ها از سوکت LGA 775 استفاده میکردند که اینتل با ارائه این سری؛سوکتLGA 1366 را جایگزین سری قدیمی خود کرد این عدد نشان میده که سری      CORE I7 دارای 1366 پایه هستند که این شاید به دلیل نیاز به اتصالگر های بیشتر بوده و این به این معنا است که این سری روی هیچ کدام از مادربرد های فعلی که از سوکت LGA 775 استفاده میکنند، قرار نمیگیرند و فعلا تنها چیپستی که از این پردازنده ها پشتیبانی کنه ، چیپست حرفه ای X58 است. 4 هسته ای های فعلی core i7 با 731 میلیون ترانزیستور و 8 مگابایت حافظه L3 سطحی معادل 263 میلیمتر مربع دارند.

2 پردازنده ابتدایی ارائه شده شامل مدل های core i7 940 ,core i7 920 است که  مدل 920 با فرکانس 2.66 و 940 با فرکانس 2.93گیگاهرتز عرضه میشوند و قیمتی حدود 400 هزار تومان دارند. Intel Core i7 Extreme Edition 990X – 3.46GHz  با 3.46 گیگاهرتز و توان مصرفی 130 وات و 6 هسته فعلا قدرتمندترین و حرفه ای ترین پردازنده این سری با LGA 1366 است قیمت این پردازنده3 میلیون و 550 هزار تومان است! 

 گردآوری: مجله اینترنتی سراج