علم فردا

تکنولوژی به زبان ساده

اگه به پردازنده های اینتل علاقه داشته باشید احتمال خیلی زیاد اسم تیک تاک اینتل هم به گوشتون خورده . من در این پست می خوام خیلی ساده و کوتاه توضیح بدم که تیک تاک اینتل چیه و به کدوم پردازنده ها میگن تیک Tick و به کدوم میگن تاک Tock .

در مورد ریز معماری و معماری دستورالعمل

به طور کلی ، پردازنده ها از دو قسمت اصلی تشکیل شدن . یه قسمت ، ” معماری مجموعه ای از دستورالعمل ها ” هست که تو انگلیسی بهش میگن Instruction Set Architecture یا به اختصار ISA . و یه قسمت هم ریز معماری یا همون MicroArchitecture هست . ISA در واقع رابط بین سخت افزار و نرم افزار کامپیوتر هست . کامپیوتر زبون آدمیزاد نمی فهه حتی زبان های سطح بالا مثل C رو هم نمی فهمه . کامپیوتر فقط زبان باینری یا همون صفر و یک رو متوجه میشه . موقعی که شما یه برنامه ای رو به زبان C توی کامپیوتر تون می نویسید ، حتما باید یه نرم افزار رابط ( مترجم یا کامپایلر ) این وسط باشه تا زبون C رو به کامپیوتر بفهمونه ( طی یه فرایندی این دستورات زبان C باید به صفر و یک ترجمه بشن ) . اون صفر و یک ها به اضافه رجیسترها ، آدرس دهی ها ، وقفه و … همگی زیر مجموعه ای از معماری دستورالعمل ها هستن . به زبون ساده تر ، عملیات جمع و تفریق و محاسبات دیگه باید به یه زبونی به کامپیوتر ارسال بشه که این عملیات توسط برنامه نویسی اسمبلی انجام میشه . تازه این کد اسمبلی باز هم باید به زبان ماشین تبدیل بشه . کدهای اسمبلی و زبان ماشین به اضافه ثبات ها و المان های دیگه که برای اجرای این کدها در نظر گرفته شده ، تحت نظر ” معماری دستورالعمل ها ” است .

حالا باید یه سیستمی هم باشه که بگه این ISA چطوری کار کنه ، چه زمانی از کش استفاده بشه ، چه زمانی حافظه رم پر یا خالی بشه ، کدوم ثبات یا رجیستر مورد استفاده قرار بگیره و کلی چیز دیگه . اینو میگن ریز معماری یا همون MicroArchitecture .

پس به زبون ساده ، ISA اون زبان رابط بین سخت افزار و نرم افزاره و ریز معماری تعیین می کنه که این ارتباط چجوری باشه که اتلاف تایم و توان کمی داشته باشیم . به عبارت دیگه ، پردازنده های مختلف می تونن از یک ISA مشخص استفاده کنن اما ریز معماری شون با هم متفاوت باشه . همین الان هم شرکت اینتل و AMD هر دو دارن از یه معماری دستورالعمل مشترک به نام X86 استفاده می کنن اما ریز معماریشون با هم فرق داره .

مثال ساده تر بزنم . فرض کنید شما و رفیقتون می خواید با دو تا ماشین مشابه مثل زانتیا ، برید میدون ونک . حالا شما از مسیر خیابون کردستان میرید ، رفیقتون از مسیر همت میره . پس ماشین و مقصد یکیه اما روش رسیدن به مقصد متفاوته . ماشین و مقصد رو ISA فرض کنید و روش رفتن تا ونک رو ریز معماری . دیگه از این ساده تر خدایی نمیشد بگم 🙂 .

تیک تاک اینتل چیست ؟

تمام حرفای بالا رو زدم که این قسمت رو بهتر متوجه بشید و بدونید MicroArchitecture دقیقا یعنی چی .

اینتل از سال 2007 یه سیستمی رو راه انداخت به نام تیک تاک Tick Tock . به این شکل که در هر تیک Tick ، تکنولوژی ساخت پردازنده بهینه میشد مثلا اگه نسل قبلی 65 نانومتری بود ، توی تیک ، میشد 45 نانومتری البته یه سری اصلاحات دیگه هم انجام میشد اما تمرکز روی بهینه کردن تکنولوژی ساخت بود . این عدد 65 و 45 و 32 و 22 نانومتری در واقع اندازه هر ترانزیستور هستش .  در مورد تکنولوژی ساخت پردازنده قبلا مفصل توضیح دادم که توصیه می کنم حتما بخونید : پردازنده لپ تاپ و کامپیوتر ، نکاتی در مورد پردازنده که نمی دانید .

در هر تاک Tock ، اینتل یه معماری جدید معرفی می کرد ( همون MicroArchitecture ) مثلا اگه توی نسل قبلی معماری سندی بریج بود ، توی تاک میشد آی وی بریج .

پس به طور خلاصه توی هر تیک Tick ، اندازه ترانزیستور ها کوچیکتر میشه ( از 65 نانومتر به 45 و از 45 به 32 و همینطور … ) و در هر تاک Tock هم معماری پردازنده عوض میشه . معمولا هر یک سال تا 18 ماه یک بار انتظار میره که اینتل یک تیک یا تاک معرفی کنه . اما جدیدا این کار خیلی سخت شده .

مشکل برنامه تیک تاک اینتل

طبق قانون مور ( Moore’s Law ) هر دو سال یک بار ( جدیدا هر 18 ماه یکبار ) ، تعداد ترانزیستور های موجود در پردازنده ها حدودا دو برابر میشه اما جدیدا دو برابر کردن تعداد تراتزیستور ها کار بسیار پیچیده ای شده چون اندازه پردازنده ها نمی تونه از یه حدی بزرگتر بشه و از طرف دیگه اندازه ترانزیستور ها هم از یه حدی نمی تونه کوچیکتر بشه ( حداقل با تکنولوژی امروز )  . لازمه بگم که هرچی تکنولوژی ساخت بهتر باشه ( عددش کمتر باشه ) ، تعداد ترانزیستورهای موجود در پردازنده بیشتر میشه . مثلا یه پردازنده با تکنولوژی ساخت 14 نانومتری ، ترانزیستورهای بیشتری نسبت به یه پردازنده با تکنولوژی ساخت 22 نانومتری داره .

به خاطر مسائلی که بالاتر گفتم ، اینتل با یه مشکلی روبرو شده و اونم اینه که نمی تونه هر 2 سال یکبار یا تو هر تیک ، تعداد ترانزیستور ها رو بیشتر کنه . به همین دلیل ، جدیدا بین هر تیک و تاک ، یه سری پردازنده دیگه می زنه با عنوان ریفرش Refresh . معمولا سری پردازنده های ریفرش ، سرعت کلاک پالس بیشتر دارن و تفاوت ساختاری خاصی ندارن . اینتل پردازنده های ریفرش رو می زنه تا فرصت دو برابر کردن تعداد ترانزیستور ها رو داشته باشه .

الان اگه دقت کنید ، تو برج 4 سال 2012 تکنولوژی 22 نانومتری زده ( آی وی بریج ) ، 2 سال و 5 ماه بعد تکنولوژی 14 نانومتری ( برادول) رو معرفی کرده . بعد از برادول ، اینتل پردازنده های اسکای لیک Sky Lake رو معرفی کرد که 14 نانومتری هستن و تو سال 2016 هم می خواد پردازنده های Kaby Lake رو معرفی کنه که باز هم 14 نانومتری هستن . این یعنی کم کم داره کار سخت میشه و ریتم تیک تاک داره به هم میریزه . جدول زیر رو ببینید تا رویه تغییرات سیستم تیک تاک رو بهتر متوجه بشید .

تغییرات تیک تاک	تکنولوژی ساخت	ریز معماری	نام تجاری	تاریخ تولید
تیک	45 نانومتری	Core	Penryn	2007-11-11
تاک	45 نانومتری	Nehalem	Nehalem	2008-11-17
تیک	32 نانومتری	Nehalem	Westmere	2010-01-04
تاک	32 نانومتری	سندی بریج	سندی بریج	2011-01-09
تیک	22 نانومتری	سندی بریج	آی وی بریج	2012-04-29
تاک	22 نانومتری	هزول	هزول	2013-06-02
ریفرش	22 نانومتری	هزول	هزول ریفرش	2014-06
تیک	14 نانومتری	هزول	برادول	2014-09-05
تاک	14 نانومتری	اسکای لیک	اسکای لیک	2015-08-05
ریفرش	14 نانومتری	اسکای لیک	Kaby Lake	2016
تیک	10 نانومتری	اسکای لیک	Cannonlake	نیمه دوم 2017

اگه دقیق به جدول بالا نگاه کنید می بینید که پردازنده هایی که توی تیک معرفی میشن بهترن . چرا ؟ چون هم معماری تاک رو دارن و هم اینکه بهینه تر شدن . خب دوستان من سعی کردم به زبون ساده سیستم تیک تاک اینتل رو توضیح بدم ، امیدوارم که مفید بوده باشه .

حتما مطالب زیر رو هم بخونید