متن اصلی

هنگامی‌که صحبت از صنعت وسیع و بسیار گسترده تراشه‌های نیمه‌هادی به میان می‌آید بدون شک کمپانی‌های فعال در زمینه طراحی و ساخت واحدهای پردازنده مرکزی، تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی و به‌صورت کلی ریزپردازنده‌های موجود در ماهیت‌های گوناگون به‌عنوان یکی از اصلی‌ترین و اساسی‌ترین بهره‌وران عناصر گروه چهارم جدول تناوبی (سیلیکون و ژرمانیوم) افتخارآفرینی‌های فراوانی را به نام خود به ثبت رسانده‌اند. اگر در زمان مقداری به عقب بازگشته و پیشینه پیشگامان حوزه نامبرده را مورد مطالعه و بررسی قرار دهیم درخشش ردپای دو نمونه‌هایی از بنیادی‌ترین کمپانی‌های قبظه‌گر قلوب تپنده رایانه‌های شخصی که از دیرباز تاکنون نیز تحت عناوین اینتل و AMD مورد شناخت واقع گشته و جدال تنگاتنگ شکل گرفته در بین آنان به وضوح قابل مشاهده می‌باشد، اما همان‌طور که مستحضر هستید کمپانی قدرتمند AMD که از گذشته تا عصر حاضر ید بلند و بالایی در توسعه واحدهای پردازنده مرکزی داشته و تجربیات ناب فراوانی را به‌صورت کاملاً شخصی و بدون تمسک جستن به هیچ‌گونه المان خارجی جمع‌آوری و در اختیار خود قرار داده است متأسفانه به دلایل مختلفی آن گونه که باید و شاید موفق به حرکت در مساوای قدوم رقیب دیرینه خود یعنی کمپانی اینتل نشده و در حوزه‌های متفاوتی از آن عقب افتاده است که این خود عرصه خطیر و بسیار حیاتی رقابت سازنده و جوانمردانه را برای کمپانی حریص نامبرده کاملاً هموار ساخته است.

این مهم را می‌توان به سادگی در حرکت لاک‌پشتی وار پیشرفت فناوری و فزونی بسیار اندک کارایی از یک نسل به نسل دیگر را در محصولات عرضه شده تاکنون که منابع تحت دسترس وی حاکی از پتانسیل‌های عظیمی در جهش‌های مؤثر و درخور مصرف‌کنندگان می‌باشد را مشاهده نمود، اما به نظر می‌رسد که با مراجعت دوباره و طوفانی کمپانی قدرتمند AMD به بازی و رونمایی کردن از واحدهایی که ادای احترام به آن‌ها از جمله کوچک‌ترین موارد موجود به‌منظور توصیف و نمایش قدردانی به ورود مجدد کمپانی مذکور به شمار می‌رود دیگر صحنه نبرد دو شوالیه قدر و قدرتمند دیرینه صنعت پردازنده‌های نیمه‌هادی رنگ و بوی تازه‌ای به خود گرفته و زمینه‌های مربوطه جهت تاخت و تاز بدون رقیب کمپانی اینتل دیگر به پایان رسیده است. آیا اخبار منتشره و گفته‌های رسمی و غیررسمی شکل گرفته پیرامون جدیدترین ساخته‌های کمپانی مورد ذکر و درخور ستایش بودن آن‌ها از صحت و اعتبار برخوردار می‌باشند و یا تمامی توضیحات مربوطه تنها در جهت تحریک بازار و جذب مخاطبان گوناگون پیش از عرضه نهایی محصولات ایجاد و این نیز شکست دیگری برای کمپانی AMD به شمار می‌رود؟ با ما همراه باشید.

AMD-RYZEN-ZEN

ایده طراحی و ساخت پردازنده‌های مرکزی مبتنی بر معماری ZEN اندکی پس از استخدام دوباره شخص Jim Keller در آگوست سال 2012 آغاز و تا پایان روند عملیات با قوتی دو چندان ادامه پیدا کرد. تیم مسئول توسعه واحدهای مرکزی نامبرده توسط شخص مذکور که پیشتر برگ زرین خلق پردازشگرهای Athlon 64 و معماری x86-64 را در کارنامه درخشان خود به ثبت رسانده است به مدت سه سال سازماندهی و هدایت شده و پس از طراحی موفقیت‌آمیز محصولات مربوطه نیز وی مجدداً کمپانی اشاره شده را به سمت مقاصد و اهداف دیگر خود ترک گفته است. پردازنده‌های مرکزی مبتنی بر معماری فوق تحت نام تجاری Ryzen در طی رویداد رسانه‌ای “افق نوین” در تاریخ 13 دسامبر سال 2016 به‌طور رسمی معرفی و پرده از طراحی چندین ساله آن‌ها برداشته شد.

هنگامی‌که پردازنده‌های مرکزی جدید و تازه‌نفسی عرضه می‌گردند، نام‌گذاری بخش‌های مختلف تشکیل‌دهنده ساختار و موقعیت‌یابی آن‌ها جهت جای‌گیری مناسب در بازار فروش مشخصه‌ای بسیار حیاتی و بحرانی به شمار می‌رود. اصل نامبرده به زیبایی هر چه تمام‌تر در پردازشگرهای مبتنی بر نام تجاری Ryzen پیاده‌سازی شده و پشته‌های معرفی گردیده نیز محصولات متنوعی را در بطن خود قرار داده‌اند که با عنایت به کارایی و قیمت تمام شده، فرآورده‌های گوناگون در سه دسته کلی تقسیم‌بندی شده‌اند. ابتدایی‌ترین خانواده از طبقه‌بندی اشاره شده که بازار رایانه‌های شخصی رده گران قیمت را هدف قرار داده و تحت نام Ryzen 7 نیز مورد شناخت واقع می‌گردند در ابتدا عرضه و پس از آن سبد محصولاتی Ryzen 5 و Ryzen 3 نیز نیازمندی‌های موجود در بازار میانه و رده مصرف‌کننده را تأمین می‌سازند. همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد تمامی پردازشگرهای قرار گرفته در سری سوم و پنجم اندکی پس از عرضه رسمی واحدهای Ryzen 7 در نیمه دوم و چهارم (به ترتیب) سال 2017 منتشر و در مقایسه با برادران بزرگ‌تر خود نیز از قیمت کمتری برخوردار می‌باشند. طبقه‌بندی محصولات Ryzen 7 به‌عنوان اولین بخش از خانواده گسترده عرضه گردیده به بازار در حال حاضر تعداد سه پردازنده مرکزی را در هسته خود جای داده است که تمامی آن‌ها به همراه ویژگی‌های اختصاصی هر کدام در جدول ذیل قابل مشاهده می‌باشند.

پردازنده مرکزی Ryzen 7 1800X Ryzen 7 1700X Ryzen 7 1700
فناوری ساخت 14 نانومتر 14 نانومتر 14 نانومتر
تعداد هسته/رشته 16/8 16/8 16/8
فرکانس پایه 3.6 گیگاهرتز 3.4 گیگاهرتز 3.0 گیگاهرتز
فرکانس توربو 4.0 گیگاهرتز 3.8 گیگاهرتز 3.7 گیگاهرتز
کش سطح دوم 4 مگابایت 4 مگابایت 4 مگابایت
کش سطح سوم 16 مگابایت 16 مگابایت 16 مگابایت
پشتیبانی از فناوری XFR فراتر از 4.0 گیگاهرتز فراتر از 3.8 گیگاهرتز عدم پشتیبانی
سوکت میزبان AM4 AM4 AM4
جریان مصرفی 95 وات 95 وات 65 وات
قیمت عرضه اولیه 499 دلار 399 دلار 329 دلار

همان‌طور که در جدول فوق مشاهده می‌فرمایید تمامی پردازنده‌های مرکزی قرار گرفته در سبد محصولاتی نامبرده در برخی از ویژگی‌های نهان نظیر میزان حافظه نگهدارنده داده‌های پردازشی سطح دو و سه و تعداد هسته‌های فیزیکی موجود یکسان می‌باشند، اما مشخصه‌هایی که واحدهای مورد ذکر را از یکدیگر متفرق ساخته و به‌عنوان ویژگی‌هایی مثبت در منحصربه‌فردی هر کدام از آن‌ها و توجیه‌پذیری تفاوت قیمتی تأثیرگذار می‌باشند در پشتیبانی از انواع فناوری‌های گوناگون نهفته است که در ادامه مفصلاً به نقد و بررسی آن‌ها می‌پردازیم.

تمامی پردازنده‌های مرکزی قرار گرفته در جدول نامبرده تحت اسم رمز Summit Ridge مورد شناخت واقع می‌گردند. واحد پردازشگر 1800X که با برخورداری از خصوصیات فراتر خود نظیر فرکانس پایه 3.6 گیگاهرتز و فزونی آن به میزان 400 مگاهرتز هنگام افزایش بار پردازشی و قرارگیری سخت‌افزار در حالت توربو و پشتیبانی از فناوری “محدوده فرکانسی توسعه یافته” عنوان پرچم‌داری و اشغال جایگاه نخست از سبد محصولاتی مذکور را از آن خود نموده است. پردازنده مرکزی 1700X که مکان ثانویه محصولات مذکور را از آن خود کرده و با فرکانس پایه 3.4 گیگاهرتزی خود و فزونی آن به 3.8 گیگاهرتز در حالت توربو تعادل مناسبی در حوزه کارایی نسبت به قیمت پرداختی را در اختیار دارندگان خود قرار می‌دهد انتخاب مناسب برای آن دسته از افرادی تلقی می‌گردد که مبالغ هنگفتی را در حساب بانکی خود میزبان نبوده و با هوشیاری بیشتری نسبت به تهیه گزینه‌های پیش روی خود اقدام می‌نمایند؛ سرانجام پردازنده مرکزی 1700 که کوچک‌ترین عضو خانواده به شمار رفته و با بهره‌مندی از فرکانس پایه 3 گیگاهرتزی و قیمت بسیار مناسب خود همانند نگینی در میان دیگر برادران بزرگ‌تر خود درخشیده و گزینه مناسبی جهت برآورده سازی طیف عظیمی از نیازهای گوناگون به شمار می‌رود، اما یکی از نکات منفی آن عدم پشتیبانی از فناوری “محدوده فرکانسی توسعه یافته” پیشتر نامبرده می‌باشد که این مهم با فزونی فرکانس 700 مگاهرتز در حالت توربو تا حدود فراوانی تسلی یافته و جبران گشته است.

کمپانی قدرتمند ای ام دی که با معرفی محصولات تازه‌نفس خود از مجموعه فناوری‌های نوین و خلاقانه‌ای تحت عنوان SenseMI نیز پرده برداشته و به استفاده و تعبیه آن‌ها در مرکز تراشه‌های پردازشگر توسعه یافته نیز مبادرت ورزیده است نوید فرآیندهای اتوماسیون و کارایی هوشمند فراوانی را بدون دخالت فرد برای مصرف‌کنندگان به ارمغان آورده است. بر طبق گفته سازندگان مجموعه فناوری نامبرده در حالت کلی پنج بخش اصلی و اساسی را شامل می‌گردد که عبارتنداز:

  1. فناوری Pure Power: تعبیه‌سازی تعداد بیش از 100 حسگر با صحتی برابر با میلی‌ولت، میلی‌وات و سطح یک درجه‌ای از دما به منظور فراهم آوردن فاکتورهایی از جمله اختلاف پتانسیل مطلوب، چرخه کاری بهینه و حالت‌های عملکردی پردازشگر با کمترین میزان انرژی مصرفی.
  2. فناوری Precision Boost: مدار منطقی هوشمند جهت نظارت بر حسگرهای تعبیه‌ای و بهینه‌سازی فرکانس کاری واحد پردازنده مرکزی و افزایش آن در فاصله‌های اندکی به میزان 25 مگاهرتز و بیشتر.
  3. فناوری XFR: افزایش فرکانس کاری واحد پردازنده مرکزی و فزونی مقدار فناوری نامبرده در پاراگراف پیشین با عنایت به شرایط محیطی نظیر قدرت سیستم خنک‌سازی و تهویه چهار چوب کیس رایانه شخصی به منظور بهبود کارایی و عملکرد.
  4. فناوری Neural Net Prediction: شبکه عصبی هوش مصنوعی با برخورداری از قابلیت ردیابی و یادگیری مسیرهای مورد استفاده توسط برنامه‌ها و نرم‌افزارهای مختلف بر اساس اجراهای گذشته آن‌ها.
  5. فناوری Smart Prefetch: الگوریتم‌های یادگیری پیچیده و سطح بالا به منظور ردیابی نحوه چگونگی رفتار نرم‌افزارهای مربوطه جهت پیش‌بینی نیازهای ضروری و آماده‌سازی داده‌های مورد تمسک پیش از ارسال درخواست.

ryzen_sense1

 بدون شک شما نیز تا به اکنون عبارت X قرار گرفته در عنوان برخی از واحدهای پردازشی پیشتر نامبرده را مشاهده و نسبت به علت وجود آن سؤالاتی برایتان ایجاد گشته است. عبارت مذکور که در استراتژی نام‌گذاری محصولات کمپانی اینتل نمایانگر ضریب باز بودن واحد پردازنده مرکزی و قابلیت اورکلاک مستقیم آن بدون تمسک جستن به مقادیر ارتباطی رایانه و FSB می‌باشد در محصولات توسعه یافته به دست کمپانی مورد بحث مسیری کاملاً خلاف جهت رویه رقیب خود را طی می‌کند، زیرا بر طبق گفته کمپانی قدرتمند ای ام دی تمامی پردازنده‌های مرکزی موجود در سبد محصولاتی Ryzen و مبتنی بر معماری ZEN از محدودیت‌های هنگفتی در مقادیر پردازشی برخوردار نبوده و صرفه نظر از میزان انرژی مصرفی، قیمت و یا کارایی مربوطه ضریب باز می‌باشند که این خود خبری بسیار خوشحال‌کننده برای اورکلاکران و افرادی که علاقه وافری به دوشیدن حداکثر قدرت محصول تهیه گردیده را دارند به شمار می‌رود. اگر دو مرتبه پاراگراف پیشین را مطالعه نمایید مطمئناً مشخصه “محدوده فرکانسی توسعه یافته” که در حالت اختصاصی تحت عنوان XFR نیز شناخته شده و توجیه‌گر وجود عبارت X در محصولات کمپانی نامبرده می‌باشد نظر شما را به خود جلب می‌کند. تکنولوژی مذکور که برای نخستین بار در قالب پردازشگرهای Ryzen به چشم خورده و بخشی از بسته فناوری پیشتر معرفی گردیده نیز به شمار می‌رود در حالت کلی به‌عنوان سطح ثانویه‌ای از حوزه فزونی خودکار فرکانس یا به‌عبارتی‌دیگر بوست (توربو) کلاک به شمار می‌رود که به‌منظور گسترده نماییدن قابلیت اورکلاک‌پذیری پردازنده مرکزی با عنایت به شرایط محیطی و بهره‌مندی از فاکتورهای هوشمندی تأثیرات فراوانی را به خود اختصاص داده است.

همان‌طور که مستحضر هستید واحدهای پردازشگر مرکزی رایانه‌های شخصی که به‌عنوان قلب تپنده‌ای در اجرای روند بسیاری از عملیات‌های گوناگون ایفای نقش نماییده و عملکردهای فراوانی را میزبان می‌باشند با توجه به مشخصه‌ای که تحت عنوان فرکانس کاری مورد شناخت واقع شده و نمایانگر تعداد سیکل‌های اجرایی در یک ثانیه بر پایه واحد گیگاهرتز می‌باشد فعالیت می‌کنند. حال به‌منظور ساده‌سازی توضیحات مطرح گردیده و عدم طرح مباحث بسیار تخصصی و پیچیده مطمئناً افزایش فرکانس کاری یک پردازنده در فزونی سرعت پردازش دستورات و تعدد عملیات اجرایی آن بسیار تأثیرگذار می‌باشد که این مهم با به کارگیری قابلیت‌هایی نظیر فناوری‌ توربو کلاک به‌صورت کاملاً خودکار و در مواقع مورد نیاز (افزایش سربار ترافیکی و حجم عظیم داده‌های پردازشی قرار گرفته در صفوف مربوطه) محقق می‌گردد. اکنون کمپانی قدرتمند ای ام دی با تکیه بر دانش عظیم و منحصربه‌فرد متخصصان خود فناوری جدیدی را در واحدهای پردازنده مرکزی نوین و تازه‌نفس خود پیاده‌سازی کرده است که همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد تحت عنوان “محدوده فرکانسی توسعه یافته” شناخته و در قالب سطح ثانویه‌ای از فناوری بوست کلاک به شمار می‌رود که هنگامی‌که منابع مورد نیاز مربوطه جهت پردازش حجم عظیم داده‌های ارسالی از جانب سخت‌افزارهای مختلف حتی با وجود عملکرد توربو کلاک افزایش بیشتری می‌یابند، فناوری مذکور فعالیت خود را اجرا و با توجه به خصوصیات خارجی محیط اطراف خود نظیر تهویه چهارچوب کیس، سیستم خنک‌کننده و … فرکانس پردازنده مرکزی را با فزونی فراتری همراه می‌سازد که این مهم در پردازشگر 1800X چهار گیگاهرتز در حالت توربو (فرکانس پایه 3.6 گیگاهرتز می‌باشد) و افزایش فراتر از آن (به‌عنوان‌مثال 4.2 گیگاهرتز و بیشتر با توجه به شرایط داخلی نظیر سیستم خنک‌کننده و …) هنگام اجرای فناوری XFR می‌باشد.

amd-ryzen-extended-frequency-range

یکی دیگر از تفاوت‌های موجود در بین پردازنده‌های مرکزی سبد محصولات Ryzen 7 که نیازمند توجه و تفسیرهای گوناگونی می‌باشد میزان انرژی مصرفی واحدهای مختلف است که علت وجود اختلافات مربوطه را می‌توان مستقیماً در پشتیبانی و یا عدم پشتیبانی از قابلیت XFR جستجو کرد. همان‌طور که مستحضر هستید یک تراشه پردازشگر هنگام افزایش فرکانس کاری خود میزان انرژی بیشتری را به‌منظور فعالیت نیازمند بوده و در تمامی اوقات با جریانی ثابت به عملکرد خود ادامه نمی‌دهد که این مهم با در نظر گرفتن مقادیری فراتر از میزان انرژی مورد نیاز در فرکانس پایه و هنگام قرارگیری در حالت توربو جبران گشته است؛ حال ازآنجایی‌که تراشه پردازشگر  1700 که به دلیل عدم پشتیبانی از فناوری محدوده فرکانسی توسعه یافته و به دنبال آن محدودیت در قابلیت اورکلاک‌پذیری خودکار وابسته به جریانات فراوان به‌منظور پاسخ‌گویی به احتیاجات خود نبوده و مقدار 65 وات پیش‌فرض در نظر گرفته شده از طرف کارخانه سازنده به راحتی کفاف میزان انرژی مورد نیاز حتی هنگام قرارگیری پردازنده در حالت تربو کلاک را می‌دهد، بنابراین با عنایت به این موضوع به سادگی می‌توان دریافت که علت نزول جریان مصرفی در تراشه پردازشگر نامبرده چیست؛ در مقابل پردازنده‌های مرکزی 1700X و 1800X که به دلیل پشتیبانی از فناوری نامبرده میزان انرژی مصرفی فراتری را جهت تأمین نیازهای خود هنگام قرارگیری در فاز ثانویه XFR و افزایش فرکانس کاری بیشتر از مقدار پیش‌فرض حالت توربو نیازمند می‌باشند فزونی اندکی را در بخش جریان مصرفی به خود دیده و با افزودگی تعداد 30 به مقدار 95 وات دست پیدا کرده‌اند که این مهم علاوه بر فراهم آوردن انرژی لازمه در حالت افزایش خودکار فرکانس کاری، اورکلاک دستی واحدهای مربوطه و عدم بروز مشاکل گوناگون را نیز با بهبودهای گزافی همراه ساخته است.

افزایش کارایی به میزان 52 درصد در مقایسه با نسل پیشین

همان‌طور که مستحضر هستید علاقه‌مندان و تحلیلگران صنعت وسیع پردازشگرها و تراشه‌های نیمه‌هادی به‌منظور مقایسه بهبودهای انجام پذیرفته از نسلی به نسل دیگر و فزونی میزان کارایی نهایی سخت‌افزارهای مربوطه از واحدی تحت عنوان “تعداد دستورالعمل‌های اجرایی در هر ثانیه” یا به‌عبارتی‌دیگر IPC بهره می‌برند که با استفاده از معادلات و الگوریتم‌های مشخصی این مهم را نمایان می‌سازد.

اگر در زمان مقداری به عقب بازگشته و دو دهه پیش را تحت بررسی قرار دهیم مشاهده می‌نماییم که ایجاد تغییراتی در معماری نهایی واحدهای پردازنده مرکزی و نزول اندازه ترانزیستورهای به کار رفته در بطن پردازشگر در دو برابر نماییدن حداقلی عملکرد تأثیرات فراوانی را به خود داده‌اند، اما این رقم در سال‌های اخیر به دلیل فاکتورهایی نظیر عدم بلوغ فناوری‌های مورد تمسک و یا مشاکل سد راه پیشرفت بهره کارایی به میزان 5 الی 10 درصد بهبود در نسول آتی تحلیل پیدا نموده است. کمپانی قدرتمند AMD که در هنگام معرفی پردازنده‌های مبتنی بر معماری تازه‌نفس ZEN پرده از فزونی 40 درصدی کارایی نهایی در مقایسه با هسته‌های Excavator (نسل چهارم مشتق شده از هسته‌های مبتنی بر معماری بولدوزر) نیز برداشت با اتکا به دانش هنگفت و مشخصه‌های ویژه نظیر پردازش‌های چند رشته‌ای هم‌زمان، فناوری ساخت 14 نانومتر و … مقدار مذکور را همچنان بهبود و با افزایش 12 درصدی آن میزان 52% را برای مصرف‌کنندگان به ارمغان آورده است که رقمی بسیار قابل ستایش به شمار می‌رود (ازآنجایی‌که معماری بولدوزر در مقایسه با نسل پیشین خود بسیار نامید کننده عمل نموده است). بر طبق گفته سازندگان پردازنده‌های مرکزی رایزن به‌منظور برآورده سازی مقاصدی همچون عملکرد فراتر در حوزه پردازش‌های 32 بیت و میزان کارایی نسبت به هسته، تطابق با رایانه‌های شخصی، محاسباتی، سرور و دستگاه‌های قابل حمل توسعه یافته و با عنایت به نتایج منتشره و حقایق جاری به جرئت می‌توان گفت که با موفقیت به اهداف موردنظر خود دسته یافته‌‌اند.

amd-ryzen-ipc

طراحی مبتنی بر عنصر سیلیکون هشت هسته‌ای معماری نامبرده تعداد 4.8 میلیارد ترانزیستور را در بطن خود جای داده است که با تمسک جستن به بیش از 200 میلیون سیم‌کشی با بخش‌های مختلف پردازنده در ارتباط می‌باشند. یکی از مهم‌ترین مشخصه‌های واحدهای تازه‌نفس فعلی که در افزایش کارایی نهایی و قدرت پردازشی محصولات تأثیرات هنگفتی را به خود اختصاص داده است نزول فناوری ساخت ترانزیستورهای هدایت‌گر معماری و بهبودهای انجام پذیرفته در طراحی آن‌ها می‌باشد. اگر پردازنده‌های مرکزی مبتنی بر اسم رمز Summit Ridge را مستقیماً با جانشین‌های نسل پیشین خود یعنی Bristol Ridge مقایسه کنیم وجود اختلافات فاحش در بین آن‌ها در فاش نمودن فزونی هنگفت کارایی نهایی کاملاً نمایان می‌باشند. به‌عنوان‌مثال برای شروع ذکر این نکته ضروری است که طراحی پردازنده‌های مرکزی نسل جاری تماماً بر پایه معماری تازه‌نفسی که روند توسعه آن از سال 2012 همچنان ادامه دارد صورت پذیرفته و نسخه بهبود یافته‌ای از طراحی‌های موجود در بطن محصولات گذشته نیست که این خود ابداع فعلی را لایق دریافت عنوانی در خور آن می‌نماید.

طراحی معماری نوین ZEN از ابتدا با اهداف متفاوتی نظیر پهنای باند بالا و میزان تأخیر اندک آغاز و صفر تا صد آن متفاوت از نسل‌های پیشین خود می‌باشد. درحالی‌که پردازشگرهای هم‌رده رقیب نظیر اسکای لیک و کبی لیک هم‌اکنون بر پایه فناوری ساخت 14 نانومتر توسعه یافته‌اند، کوچک‌ترین لیتوگرافی مورد استفاده در محصولات پیشین کمپانی مورد بحث 28 نانومتر می‌باشد که مبتنی بر طراحی GF28A کمپانی GF و ترانزیستورهای حجیم (Bulk Transistor) توسعه یافته و در کنار یکدیگر تشکیل ساختار واحد پردازشگر را می‌دهند . ترانزیستورهای اشاره شده اگرچه در مقایسه با همتایان پیشین خود نظیر SOI و SHP بهبود طراحی و فزونی راندمان را به خود دیده، اما همچنان در رویایی با نمونه‌هایی نظیر FinFET که قدرت مطلق صنعت تراشه‌های نیمه‌هادی به شمار رفته و افتخارآفرینی‌های فراوانی را نیز به نام خود به ثبت رسانده‌ است حرفی برای گفتن ندارد. همان‌طور که مستحضر هستید با مرگ تدریجی قانون مور و به پایان رسیدن دوران حکم فرمانی آن بر سخت‌افزارهای نیمه‌رسانا، صنعت تراشه‌های نیمه‌هادی در خلسه عظیم و فراموش نشدنی فرو رفته و پیشرفت فناوری و کاهش اندازه ترانزیستورهای مورد استفاده در بازه زمانی چند ساله توقفی هنگفت را تجربه کرد که اثرات مخرب آن را می‌توان در نسل پیشین تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی و استفاده طولانی مدت از فناوری ساخت 28 نانومتر در فرآوری‌های متوالی محصولات ای ام دی و انویدیا نظاره نمایید؛ اما صبر دیگر کافی است، زیرا با ورود ترانزیستورهای طراحی نوین FinFET به صنعت تراشه‌های نیمه‌هادی دیگر وقت آن رسیده است تا تمامی معادلات از پیش تعیین شده در هم شکسته و وقفه طولانی مدت نامبرده نیز باری دیگر پایانی را بر سایه شوم خود نظاره نماید.

طراحی ترانزیستورهای نوین و گسترده ذکر شده که با هدف کوشش به‌منظور فائق آمدن بر حادترین انواع اثرات کانال کوتاه ایجادی در ترانزیستورهای زیر میکرون عمیق نظیر تخلیه جریان ناشی از تنزل مانع یا به‌عبارتی‌دیگر DIBL پای به عرصه وجود گذاشته همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد مشکلات فراوانی از صنعت دستگاه‎های نیمه‌رسانا را تاکنون مرتفع نموده است. اثرات نامبرده تخلیه کانال قرار گرفته در قسمت انتهایی یک دروازه الکترود به‌وسیله اختلاف پتانسیل موجود و جلوگیری از حرکت حامل‌های متحرک در کانال را جهت غیرفعال نمودن ترانزیستورها با سختی فراوانی مواجه می‌سازند. با انتقال کانال تخلیه انرژی به قسمت فوقانی ویفر و عدم تعبیه آن در بخش زیرین سطح سیلیکون این امکان وجود دارد تا دروازه الکترود را از سه طرف مسدود و کنترل الکترواستاتیک فراتری از حرکت حامل‌های موجود در آن را فراهم آورد.

ترانزیستورهای FinFET با برخورداری از خصوصیاتی منحصربه‌فرد نظیر اندازه کوچکتر در مقایسه با نمونه‌های همسان خود (14 نانومتر)، طراحی سه بعدی و … این امکان را فراهم می‌آورند تا تعداد بسیار گزافی از آن‌ها را بتوان در بطن یک تراشه پردازشگر مورد استفاده قرار داد که این خود علاوه بر فزونی پیچیدگی معماری، در افزایش کارایی نهایی نیز تأثیرات فراوانی را به خود اختصاص می‌دهند. ترانزیستورهای FinFET در حالت کلی از نوع ماهیت نیمه‌هادی‌های Mosfet می‌باشند که ویژگی افزایش ارتفاع کانال قابلیت احاطه شدن از سه طرف مختلف توسط دروازه را به راحتی فراهم آورده است. دستگاه معرفی گردیده اگر چه هم‌اکنون به بلوغ حداکثری خود در مقایسه با نمونه‌های سنتی نظیر ترانزیستورهای دو وجهی (Planar) دست نیافته و هزینه‌های فراتری را به‌منظور توسعه و ساخت طلب می‌نماید، اما دگرگونی‌های انجام شده در طراحی نهایی آن‌ها بهبودهای فراوانی را همچون افزایش ضریب رسانایی سرتاسری، ظرفیت الکتریکی ورودی پایین‌تر نسبت به بهره دریافتی یکسان، کاهش اندازه و اشغال کمتر سطح ویفر توسط هر ترانزیستور، کاهش مصرف انرژی در حالت پویا و … با خود به ارمغان آورده است.

finfet-transistor

ذکر این نکته نیز ضروری است که ازآنجایی‌که پردازنده‌های مرکزی معمولاً به‌منظور عدم آسیب رسیدن به بخش‌های داخلی خود از محدودیت‌هایی سخت‌افزاری ویژه‌ای در حداکثر کار انجام شده (125 وات برای واحدهای رده رایانه‌های رومیزی و 45 وات برای دستگاه‌های قابل حمل) برخوردار می‌باشند، بنابراین کاهش میزان جریان مصرفی توسط هر ترانزیستور و به دنبال آن نزول انرژی نهایی پردازشگر در افزایش پیچیدگی معماری و فزونی قابلیت اورکلاک پذیری بهبودهای فراوانی را به خود اختصاص می‌دهند. یکی دیگر از ویژگی‌های منحصربه‌فرد پردازنده‌های مرکزی رایزن که به‌منظور کاهش بیشتر انرژی مصرفی محصولات تحت استفاده قرار گرفته و بخشی از مجموعه SenseMI به شمار می‌رود فناوری Clock Gating می‌باشد که با توجه به بازخوردهای دریافتی از انبوه حسگرهای موجود در سطح تراشه فرکانس کاری قسمت‌های مختلف از هسته‌های پردازشی را که هم‌اکنون در حال اجرای عملیات و یا دستورات به خصوصی نمی‌باشند کاهش داده و غیرفعال می‌نماید.

یکی دیگر از بنیادی‌ترین قابلیت‌های افزوده گردیده به معماری تازه‌نفس ZEN که در افزایش کارایی نهایی پردازنده‌های مبتنی بر آن تأثیرات به سزایی را به خود اختصاص داده است فناوری پردازش‌های چند رشته‌ای هم‌زمان یا به‌عبارتی‌دیگر SMT می‌باشد که به هر هسته قابلیت اجرا و هدایت دو رشته کاملاً مجزا از یکدیگر را عنایت می‌فرماید. اگر هم‌اکنون معماری واحدهای نسول پیشین نظیر نسخه‌های متفاوت بولدوزر را مورد بررسی قرار دهید مشاهده می‌فرمایید که هر هسته تنها از یک رشته پردازشی مستقل از دیگر بخش‌های موجود بهره‌مند می‌باشد؛ اما این مهم در محصولات نوین نسل فعلی کاملاً مرتفع گشته و همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد دو رشته متفاوت به هر هسته اختصاص داده شده است که خود علاوه بر فزونی راندمان نهایی، در قابلیت اجرای تعداد فراتری از دستورات پردازشی نیز تأثیرگذار می‌باشد. علت وجود 8 هسته فیزیکی و 16 رشته پردازشی را می‌توان در استفاده از فناوری نامبرده جستجو نمود.

ryzen-SMT-technology

افزایش ویژگی‌های همسانی تراشه‌های پردازشگر بدون تمسک جستن به منابع هنگفت بر پایه دو تکنیک متفاوت پردازش مافوق برداری (Superscaler) و پردازش چند رشته‌ای (Multithreading) استوار می‌باشد. رویه و روش اولیه که به‌منظور بهره‌برداری از دستورالعمل‌های سطح موازی توسعه یافته است قابلیت اجرای هم‌زمان فرامین متعددی را برای واحد پردازشگر فراهم می‌آورد؛ درحالی‌که شیوه ثانویه به‌منظور استخراج پتانسیل‌های موازی‌سازی عملیات در سطح رشته‌ای ایفای نقش می‌کند. ازآنجایی‌که واحدهای پردازنده مرکزی قرار گرفته در بطن بسیاری از رایانه‌ای شخصی نوین و امروزی در دسته پردازشگرهای عظیم مافوق برداری طبقه‌بندی شده و قابلیت اجرای همبال بسیاری از دستورالعمل‌های گوناگون و مستقل از یکدیگر را به‌واسطه هسته‌های نهان در دل خود دارا بوده و توسعه‌دهندگان سخت‌افزارهای مختلف همواره به دنبال افزایش عملکرد نهایی و راندمان محصولات خود بدون تمسک جستن به منابع عظیم مالی و فناوری می‌باشند، بنابراین استفاده از یکی از اسلوب‌های فنی نامبرده جهت نیل به اهداف کاملاً لازم و ضروری تلقی می‌گردد.

طراحی هسته عمل‌کننده‌ای که توانایی استفاده از تعداد چندین رشته مختلف به‌صورت مستقل از یکدیگر را دارا می‌باشد به دلیل وجود مشاکلی نظیر اطمینان از عدم مسدودسازی رشته‌ها توسط یکدیگر به‌وسیله بلع و دریافت تمامی داده‌های ذخیره شده در حافظه‌های کش و بافر خود به تنهایی عملی طاقت‌فرسا و چالش‌برانگیز به شمار می‌رود، اما فناوری پردازش‌های چند رشته‌ای هم‌زمان که امروزه به‌صورت گسترده‌ای در صنعت واحدهای پردازنده مرکزی تحت بهره قرار گرفته و کمپانی قدرتمند ای ام دی نیز هم‌اکنون با تعبیه سازی آن در بطن پردازشگرهای تازه‌نفس خود فاصله موجود در بین محصولات رقیب را به‌طور چشمگیری با کاهش رو به رو ساخته است به دلیل برخورداری از خصوصیاتی منحصربه‌فرد نظیر عدم نیاز به منابع هنگفت جهت پیاده‌سازی و ایجاد تغییرات شدید در معماری از جانب توسعه‌دهندگان مختلف بسیار ستایش شده می‌باشد.

یک واحد پردازنده مرکزی سنتی در حالت پیش‌فرض قابلیت اجرای دستورالعمل‌های محدودی در واحد زمان را دارا می‌باشد که تعداد آن‌ها با عنایت به هسته‌های فیزیکی موجود در بطن پردازشگر متغیر است، به‌عنوان‌مثال یک پردازنده مرکزی چهار هسته‌ای در حالت کلی از توانایی اجرای تنها چهار دستور ورودی در طول بازه زمانی پردازشی خود برخوردار می‌باشد، اما اگر نیازمندی‌های یک صنعت به فراتر از تعداد نامبرده افزایش پیدا کرده و کمبود پردازنده‌هایی با قابلیت به انجام رسانی هم‌زمان دستورالعمل‌های بیشتر کاملاً احساس گردد راه حل جایگزین چیست؟ مطمئناً بسیاری از افراد بلافاصله شیوه افزایش تعداد هسته‌های فیزیکی واحدهای پردازنده مرکزی را پیشنهاد می‌کنند، اما رویه و روش نامبرده اگرچه به‌عنوان یک راه حل مطرح بوده، اما به‌هیچ‌عنوان کارآمد نمی‌باشد، زیرا همان‌طور که مستحضر هستید فزونی مقدار هسته‌های پردازشی نهان در بطن پردازشگر نیازمند منابع هنگفت مالی جهت تهیه تعداد بیشتری ترانزیستور و به دنبال آن پیچیدگی فراتر معماری، انرژی مصرفی، حرارت تولیدی، سطح اشغالی و از همه مهم‌تر قیمت تمام شده محصول می‌باشد. فناوری پردازش چند رشته‌ای موازی که پیشتر نیز به آن اشاره شد با فراهم آوردن تعداد دو رشته و یا بیشتر برای هر هسته فیزیکی بستری را ایجاد می‌نماید تا یک واحد در حالت کلی قابلیت اجرای تعداد فرامین ورودی اضافی‌تری را به‌صورت کاملاً مستقل از یکدیگر و بدون نیاز به منابع پردازشی فیزیکی برخوردار گردد که خود علاوه بر افزایش راندمان و کارایی نهایی پردازنده، کاهش قیمت محصول را نیز به دنبال دارد.

smt-vs-triditional-thread-design

برخلاف معماری بولدوزر که با بهره‌مندی از یک واحد اشتراکی پردازشگر اعداد ممیز شناور بین دو رشته جداگانه ضعف‌های گوناگونی را در اجرا و پردازش مقادیر نامبرده از خود بروز داده است، طراحی معماری ZEN از شباهت‌های فراوانی در مقایسه با رقیب خود برخوردار بوده و هر رشته به‌عنوان یک هسته کاملاً مستقل در الگو نمایان می‌کند که خود محدودیت‌های ایجادی در منابع پردازشی موجود در نسل پیشین را بسیار تسلی بخشیده است.

طراحی پردازش‌های چند رشته‌ای خوشه‌ای یا به‌عبارتی‌دیگر CMT که هم‌اکنون در بطن محصولات نسل پیشین و معماری بولدوزر به چشم می‌خورد اینک عرصه عمل را به فناوری مرسوم و دارای توان فراتر پردازش‌های چند رشته‌ای هم‌زمان یا همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد SMT واگذار نموده است که خود قابلیت کنترل و هدایت تعداد دو رشته کاملاً مجزا (رشته اصلی با توان بسیار بالا و رشته ثانویه با سرعت کمتر جهت استفاده در مواقع لزوم) را برخوردار می‌باشد. در حالت کلی هر کدام از هسته‌های پردازشگر معماری بولدوزر توانایی اجرای تعداد دو دستورالعمل مشابه از طریق دو خوشه محاسبات اعداد صحیح جداگانه و یک دروازه ورودی اتصالگر را دارا می‌باشد. رویه روش نامبرده اگرچه ویژگی‌هایی از جمله کاهش سطح اشغالی سیلیکون و عدم نیاز به طراحی و تعبیه سازی دو هسته پردازشگر سوای از یکدیگر را به میزبان می‌باشد، اما استفاده از فناوری پردازش‌های چند رشته‌ای هم‌زمان به کار گرفته شده در معماری فعلی مزیت‌هایی فراوانی را با خود به همراه دارد که تعداد  از آن‌ها عبارتنداز:

  1. طراحی و ساخت تنها یک خوشه محاسبه اعداد صحیح با برخورداری از عملکرد تک رشته‌ای بسیار فراتر از نمونه‌های پیشین.
  2. ذخیره‌سازی هنگفت و عدم اشغال سطح وسیعی از سیلیکون به‌منظور تعبیه سازی واحدهای بیشتر و کاهش میزان انرژی مصرفی
  3. و …

آشنایی با معماری نوین و تازه‌نفس ZEN

جرقه طراحی معماری نوین و تازه‌نفس ZEN که مدت زمان فراوانی را در روند توسعه به سر برده و عاشقان صنعت وسیع و گسترده پردازنده‌های مرکزی و به‌صورت کلی تراشه‌های پردازشگر نیمه‌هادی را در انتظار شیرین وصال قرار داده است همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد در سال 2012 و با استخدام شخص Jim Keller آغاز و پس از گذشت چهار سال به ثمر نشینی آن را هم‌اکنون می‌توان در قلب محصولات Ryzen به وضوح مشاهده نمود. معماری نامبرده که نوید به ارمغان آوری موفقیت‌های هنگفتی را در بسیاری از زمینه‌های مختلف برای کمپانی قدرتمند AMD متعهد گشته و چشم‌انداز درخشانی را نیز با خود به همراه آورده است با برخورداری از ویژگی‌های منحصربه‌فرد و فناوری‌های بسیار خلاقانه و هوشمند برای اولین بار در یک دهه گذشته فاصله موجود در بین محصولات رقیب را کاهش و میدان نبرد را مجدداً عطرآگین نموده است. طراحی نامبرده برای اولین بار در تاریخ پردازنده‌های مرکزی کمپانی مذکور مبتنی بر مشخصه‌هایی همچون پردازش‌های چند رشته‌ای موازی و فناوری ساخت 14 نانومتر می‌باشد که چند صباحی وجود آن‌ها را در بطن محصولات رقیب نظاره‌گر می‌باشیم. اگر توضیحات اضافی و مقدمه‌چینی‌های کلیشه‌ای را کنار گذاشته و تمامی تمرکز خود معطوف معماری نوین معرفی گردیده نماییم مشاهده می‌کنیم که الگوی فعلی به‌هیچ‌عنوان شباهتی را از نمونه‌های پیشین خود به ارث نبرده و غیبت محدودیت‌ها و تعهدات مربوطه تمامیت آن را از ابتدا تا انتها دستخوش دگرگونی ساخته است.

ویژگی‌ها و خصوصیات قرار گرفته در بطن پردازنده‌های مرکزی رایزن و به‌صورت کلی معماری ZEN در حالت کلی مشخصه‌هایی از جمله تعداد چهار واحد محاسبات مقادیر صحیح و اعداد ممیز شناور (دو واحد افزایش‌دهنده و دو واحد تکثیرکننده) به‌صورت مستقل از یکدیگر، تعداد دو واحد تولید نشانی یا به‌عبارتی‌دیگر آدرس‌دهی و تعدادی واحد کد بردار با قابلیت رمزگشایی چهار دستورالعمل بر هر چرخه پردازشی را شامل می‌گردد. علاوه بر آن ذکر این نکته نیز ضروری است که ساختار حافظه‌های کش ذخیره‌ساز اطلاعات و فرامین گوناگون نیز تغییرات فراوانی را به خود دیده و سطح یک آن هم‌اکنون میزبانی گنجایشی برابر با 32 کیلوبایت به‌منظور نگهداری داده و 64 کیلوبایت جهت نگهداری دستورالعمل‌های مختلف را عهده‌دار می‌باشد. افزایش حجم ذخیره‌سازی کش سطح دو و دستیابی آن به مقدار 512 کیلوبایت بر هر هسته نیز نمونه‌ای دیگر از تغییرات انجام پذیرفته در معماری نوین و تازه‌نفس فعلی می‌باشد. کمپانی قدرتمند خالق محصولات نامبرده اصل جدیدی را تحت تمسک خود قرار داده و اصطلاح هسته مجتمع یا به‌عبارتی‌دیگر Core Complex را (در حالت اختصار CCX) به یک واحد نگهدارنده تعداد چهار هسته پردازشگر نسبت داده است؛ بنابراین با عنایت به تمامی توضیحات مطرح گردیده یک سخت‌افزار پردازنده مرکزی که تعداد هشت هسته پردازشگر را در میانه خود نهان ساخته است در حالت کلی از دو واحد CCX و بیست مگابایت کش سطح دوم و سوم (هر هسته پردازشگر 512 کیلوبایت کش سطح دوم و 2 مگابایت کش سطح سوم را میزبان می‌باشد که ضرب آن‌ها در تعداد هسته‌های قرار گرفته در هر واحد CCX مقدار نامبرده را در خروجی نمایان می‌سازد) تشکیل شده است. جهت درک بهتر موضوع تصویر ذیل نمایی از معماری تازه‌نفس ZEN را در سطح بالا نشان می‌دهد که پس از بررسی مختصر آن به پرداخت جزئیات اقدام می‌نماییم.

s1 Perf

یکی از بزرگ‌ترین و بنیادی‌ترین تغییرات انجام پذیرفته در معماری نوین فعلی که نظیر آن را به‌هیچ‌عنوان در طراحی‌های گذشته نمی‌توانیم مشاهده نماییم وجود حافظه‌ای جهت نگهداری داده‌های عملیاتی که تحت عنوان کش Micro-op شناخته شده می‌باشد. معماری بولدوزر که هم‌اکنون در بطن پردازنده‌های مرکزی سری FX و شتاب‌دهنده‌های نسول پیشین خودنمایی می‌کند متأسفانه از حافظه فوق بهره نبرده و به‌منظور اجرای دستورالعمل‌های سطح پایین دقیق ذخیره گشته در رجیستری‌ها و یا شاهراه‌های خروجی واحد پردازنده مرکزی وابسته به واکشی جزئیات از دیگر حافظه‌های نگهدارنده و کش‌های ذخیره‌ساز می‌باشد. کمپانی قدرتمند سازنده پردازشگرهای نامبرده از فاش نمودن مفروضات در خصوص توالی و نحوه ترتیب قرارگیری واحدهای رمزگشا در نسل فعلی معماری خود سر باز زده است، اما شواهد و قرائن حاکی از آن می‌باشند که تمامی واحدهای مذکور به‌منظور ارائه اطلاعات به صف نگهدارنده اطلاعات عملیاتی از توانایی رمزگشایی چهار فرمان در هر چرخه پردازشی برخوردار هستند. صف نامبرده به همراه دریافت کمک از حافظه کش نگهدارنده داده‌های عملیاتی (Micro-op) قابلیت فراهم آوردن تعداد شش دستورالعمل سطح پایین دقیق برای واحدهای زمان‌بندی را دارا می‌باشند. علاوه بر آن ذکر این نکته نیز ضروری است که حافظه نگهدارنده داده‌های عملیاتی اشاره شده در تغذیه نمودن قسمت‌های پردازشگر مقادیر صحیح و اعداد ممیز شناور کاملاً مستقل از یکدیگر نیز ایفای نقش می‌کند. برخلاف کمپانی رقیب که از یک واحد زمان‌بندی اعداد صحیح و ممیز گون به‌صورت ترکیبی در بطن معماری خود بهره می‌برد، الگوی طراحی معماری رایزن خلاف آن را ثابت ساخته و نمایانگر وجود واحدهایی جداگانه برای هر بخش می‌باشد.

الگوی ذیل نمایشی تصویری از یک هسته پردازشگر مبتنی بر معماری تازه‌نفس ZEN بر روی سطح سیلیکونی پردازنده مرکزی را نشان می‌دهد.

AMD-Ryzen-ccx

همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد طراحی فعلی از یک واحد محاسبات اعداد ممیز شناور و یک موتور حسابگر مقادیر صحیح به‌صورت کاملاً جداگانه و مستقل از یکدیگر تشکیل یافته است که خود تغییری بسیار بزرگ به‌منظور شکست سنت‌ها و در مقایسه با نمونه‌های پیشین به شمار می‌رود، زیرا همان‌طور که مستحضر هستید معماری بولدوزر بر خلاف طراحی جاری از تعداد دو موتور حسابگر مقادیر صحیح و یک واحد محاسبه اعداد ممیز شناور بر هر هسته بهره‌مند می‌باشد. هر کدام از خوشه‌های صحیح قرارگرفته در بطن هسته‌های پردازشگر مذکور از تعداد شش مسیر ترابری خروجی، تعداد چهار واحد محاسبه و منطق (ALU) و تعداد دو واحد تولید آدرس یا به‌عبارتی‌دیگر AGU تشکیل یافته است. بخش پردازشگر صحیح هسته‌های مبتنی بر معماری تازه‌نفس ZEN یا همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد خوشه‌های صحیح موجود علاوه بر فراهم آوردن عملیات‌ مورد نیاز به‌منظور عملکرد مناسب واحدهای محاسبه و منطق، در ایجاد فرامین واحدهای تولید آدرس یا به‌عبارتی‌دیگر بارگیری آگهداد و نگهداری دستورالعمل‌های دقیق سطح پایین (Load/Store ops) نیز ایفای نقش می‌نماید.

واحدهای تولید آدرس قرار گرفته در بطن هسته‌های پردازشگر نامبرده از توانایی به انجام رسانی تعداد دو عملیات بارگیری آگهداد با میزانی برابر با 16 بایت و یک عملیات نگهداری با میزان یکسان از طریق 32 کیلوبایت حافظه کش سطح یک همبند مبتنی بر ماهیت Write-Back از طریق 8 مسیر مختلف را برخوردار می‌باشند. کمپانی قدرتمند AMD به‌منظور به حداقل رسانی بخش عظیمی از زمان‌های بیکاری موجود در بین سیکل‌های پردازشی و عملیات گوناگون در مسیر کدهای خاص که منبع بالقوه ایجاد آن‌ها مستقیماً به ماهیت حافظه‌های کش Write-Through قابل مشاهده در بطن معماری بولدوزر بازگردانی می‌گردند از قصد حافظه‌های کش Write-Back را در طراحی فعلی خود تحت تمسک قرار داده است که علاوه بر نزول تأخیر، در فزونی توان هسته‌های پردازشگر نیز تأثیرات فراوانی را میزبان می‌باشد. یکی از بنیادی‌ترین فاکتورهای موجود در پشت پرده کارایی ضعیف پردازش تک هسته‌ای/تک رشته‌ای معماری نسل پیشین بولدوزر و مصرف گزاف انرژی آن سلسله مراتب کند حافظه‌های کش و طراحی ضعیف آن‌ها در مقایسه با محصولات کمپانی رقیب می‌باشد که این مهم با طراحی مجدد زیرسیستم‌های حافظه‌های مذکور هم‌اکنون به حداقل مقدار ممکن کاهش پیدا کرده‌اند.

همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد بخش محاسبه‌گر اعداد ممیز شناور هر هسته پردازشگر از تعداد چهار واحد تشکیل یافته است که تعداد دو ورودی آن به‌صورت افزایش‌دهنده (جمع) و دو ورودی دیگر نیز به‌صورت تکثیرکننده (ضرب) نمایان می‌کنند که در تعامل و همکاری با یکدیگر قابلیت فراهم آوردن پردازش دو عملیات FMAC یا یک عملکرد AVX با برخورداری از میزان 256 بیت در هر چرخه پردازشی را دارا می‌باشند. ترکیب بخش‌های صحیح و شناور موجود بدون شک نمایانگر هسته‌هایی با گستردگی فراوان و بهره‌برداری از مقدار قابل توجهی فرامین سطح موازی را در پشت پرده خود نهان ساخته است. علاوه بر آن ذکر این نکته نیز ضروری است که گستردگی قابل توجه سطح هسته‌های مربوطه و دسترسی به منابع پردازشی کافی علاوه بر کاهش تأخیر و افزایش توان عملیاتی، دست کمپانی سازنده را تعبیه نمودن فناوری “پردازش چند رشته‌ای هم‌زمان” که پیشتر آن را به‌صورت کامل پوشش دادیم نیز باز می‌گذارد.

حافظه‌های کش سطح دوم و سوم حاضر در بطن معماری به‌منظور کاهش و به حداقل رسانی زمان دسترسی به داده‌های ذخیره‌ای توسط هر کدام از هسته‌های موجود و در هر زمان ممکن به‌گونه‌ای بسیار خلاق و هوشمندانه در هم آمیخته و در ارتباط با یکدیگر قرار گرفته‌اند. همان‌طور که پیشتر نیز اشاره شد ساختار حافظه‌های کش مبتنی بر فناوری Write-Through نیز در جهت استفاده از مزیت‌های حافظه‌های Write-Back با نمونه‌های نامبرده جایگزین گشته‌اند.

AMD-Ryzen-Slide-1

یکی دیگر از تغییرات کلیدی انجام پذیرفته در معماری تازه‌نفس مذکور تغییر دسترسی و دست‌یابی به سطح نسبتاً فراوان‌تری از حافظه کش سطح سوم توسط هسته‌های پردازشگر می‌باشد که بزرگی آن در مقایسه با پردازنده‌های مرکزی تحت اسم رمز Orochi (قابل مشاهده در بطن محصولات FX 8150 و FX 8350 و مشتقات آن‌ها) فزونی دو برابری را شاهد می‌باشد. اگر مجدداً الگوی تصویری هسته مبتنی بر معماری نامبرده را مشاهده نمایید ممکن است بخشی تحت عنوان “واحد پیش‌بینی” یا به‌عبارتی‌دیگر Branch Prediction که در واقع همان فناوری شبکه عصبی هوش مصنوعی پیشتر نامبرده می‌باشد نظر شما را به خود جلب کند. واحد اشاره شده که خلاقیتی بسیار هنگفت و لایق ستایش‌های گوناگون را نمایان می‌سازد با تمسک جستن به الگوریتم‌های فناوری “واکشی اولیه هوشمند” یا به‌عبارتی‌دیگر Smart Prefetch نحوه رفتار و عملکرد نرم‌افزارهای هم‌اکنون اجرایی و جاری سیستم را تحت نظارت خود گرفته و با فراگیری و یادگیری مسیرها و شاهراه‌هایی که برنامه با استفاده از آن‌ها داده‌های مورد نیاز و ضروری خود را از حافظه اصلی سفارشی می‌دهد روند مذکور را در آتیه به‌صورت کاملاً خودکار و پیش از ارسال درخواست مبدل می‌نماید؛ یعنی نرم‌افزار مربوطه پیش از اینکه تقاضای خود مبنی بر دریافت داده را به حافظه کش و یا اصلی صادر نماید، تمامی داده‌های از پیش آماده شده و در صفوف پردازشی مربوطه حاضر و آماده می‌باشند که این مهم نه تنها در فزونی کارایی پردازنده مرکزی و نزول میزان تأخیرات ایجادی ناشی از آماده‌سازی و ارسال داده تأثیرگذار بوده، بلکه فعالیت دائمی هوش مصنوعی مذکور و فراگیری پیوسته آن در افزایش پتانسیل‌های واحد پردازشگر نیز بسیار حاضر اهمیت می‌باشد.

پردازنده‌های مرکزی Ryzen از طیف عظیمی از انواع دستورالعمل‌های پردازشی و اجرایی مختلف نظیر MMX, SSE, SSE2, SSE3,SSSE3, SSE4.1, SHA, AMD-V, AES, AVX, AVX2, FMA3 و بهره می‌برند که در ادامه به معرفی عملکرد تعدادی از آن‌ها می‌پردازیم.

دستورالعمل MMX: دستورالعمل نامبرده امکان پردازش رویدادهایی نظیر عملیات تک دستوری، عملیات حاوی داده‌های متعدد در قالب بسته‌‎های بایت، عملوندهای حاوی مقادیر یک، دو یا چهار عدد صحیح قرار گرفته در حافظه یا رجیستری‌های MMX را فراهم می‌آورد.

دستورالعمل SSE: دستورالعمل نامبرده بخش توسعه یافته عملیات اجرایی تک دستوری-داده‌های متعدد (SIMD) معرفی شده در استاندارد MMX می‎‌‌باشد. برخلاف دستورالعمل‌های MMX و 3DNow که حجمی معادل یک عدد ممیز شناور معمولی از ظرفیت ذخیره‌سازی نهایی رجیستری را اشغال می‌کنند، دستورالعمل مذکور یک واحد کاملاً مستقل را به ریزپردازنده افزوده و به ذخیره‌سازی داده‌های مورد نیاز خود در آن می‌پردازد.

دستورالعمل AES : استاندارد نامبرده حاوی دستورالعمل‌هایی جهت بهبود و افزایش سرعت برنامه‌ها و نرم‌افزارهای فعال درزمینهٔ رمزگذاری و رمزگشایی اطلاعات می‌باشد.

دستورالعمل AVX: استاندارد نامبرده حاوی دستورالعمل‌هایی جهت پردازش و اجرای عملیات تک دستوری-داده‌های متعدد پیشتر معرفی شده در دستورالعمل MMX و … بوده و پتانسیل استانداردهای مشابه را با افزودن ویژگی‌های جدید افزایش قابل توجهی بخشیده است.

دستورالعمل FMA: دستورالعمل نامبرده امکان پردازش عملیات ضرب تجمعی توسط واحدهای قرار گرفته در بطن پردازنده مرکزی را فراهم می‌آورد. عملیات ضرب تجمعی یکی از متداول‌ترین مراحل موجود در حوزه محاسبات رایانه‌ای به‌خصوص پردازش سیگنال‌های دیجیتال می‌باشد که حاصل‌ضرب دو عدد را محاسبه کرده و خروجی آن را در یک انباشتگر ذخیره می‌نماید.

بررسی مختصر سوکت AM4، جایگاهی به‌منظور میزبانی از محصولات جدید عرضه شده

هنگامی‌که نسل جدیدی از پردازنده مرکزی با برخورداری از سطح وسیعی از تغییرات گوناگون نظیر دگرگونی معماری، پشتیبانی از فناوری‌های نوین و … معرفی می‌گردند، طراحی و عرضه سوکتی جدید به‌منظور پشتیبانی از واحدهای جدید عرضه گردیده تقریباً اجتناب‌ناپذیر می‌باشد. جایگاهی نگهدارنده‌ای که در این بخش از نوشته فعلی قصد معرفی آن را در سر داریم تحت عنوان AM4 پای در میدان رقابت گذاشته و پیشتر افتخارآفرینی‌هایی نظیر پشتیبانی از پردازنده‌های مرکزی Bristol Ridge را در کارنامه خود به ثبت رسانده است. شکل و شمایل سوکت اشاره شده مشابهات فراوانی را از نیاکان خود به اثر برده و همانند نمونه‌های نسل پیشین خود همچنان بر پایه طراحی “شبکه منظمی از پین‌های اتصال‌دهنده” یا به‌عبارتی‌دیگر PGA توسعه یافته است. محصولات مبتنی بر طراحی نامبرده اغلب از ابعادی مربع و یا مستطیل گون برخوردار بوده و پین‌های اتصال‌دهنده موجود نیز در قالب آرایه‌ای منظم و به فاصله 2.54 میلی‌متر از یکدیگر در سطح زیرین تراشه نیمه‌هادی به چشم می‌خورند. خاصیت نامبرده در حقیقت یکی از بزرگ‌ترین تفاوت‌های موجود در مقایسه با فناوری Land Grid Array یا به اختصار LGA مورد تمسک توسط کمپانی رقیب می‌باشد که در آن تمامی پین‌های اتصال‌دهنده در بطن سوکت به چشم خورده و قسمت زیرین تراشه نمایی کاملاً سطحی و صاف را میزبان می‌باشند.

amd-am4-socket

ساختار سوکت AM4 از تعداد 1331 عدد پین اتصال‌دهنده تشکیل شده و در قالب ابتدایی‌ترین جایگاه‌های توسعه یافته از جانب کمپانی AMD به شمار می‌رود که خواصی نظیر مظاهرت از حافظه‌های اصلی مبتنی بر فناوری DDR4 و دستیابی به سازگاری یک پارچه در بین پردازنده‌های مرکزی رده بالا و تراشه‌های شتاب‌دهنده ارزان قیمت را پشتیبانی می‌نماید. درحالی‌که جایگاه‌های پیشتر معرفی گشته از جانب کمپانی مذکور طراحی مشابهی را میزبان می‌باشند، ساختار سوکت نامبرده در ویژگی‌هایی نظیر ابعاد تغییراتی را به خود دیده و نیازمند تهیه نمودن واحدهای خنک‌سازی سازگار به‌منظور فراهم آوردن تهویه مناسب جهت عملکرد پردازنده‌های مرکزی می‌باشد؛ البته ذکر این نکته نیز ضروری است که برخی از سازندگان سخت‌افزارهای مادربرد و کولرهای خنک‌ساز هم‌اکنون در حال توسعه محصولات خود به‌گونه‌ای می‌باشند که استفاده از خنک‌سازهای مبتنی بر سوکت‌های پیشین نظیر AM3 و … نیز برقرار باشد.

آشنایی با تراشه‌های هدایتگر (چیپست) محصولات تازه‌نفس Ryzen

هنگامی‌که نسل جدیدی از پردازنده‌های مرکزی مبتنی بر دگرگونی‌های فراوان نظیر تغییر ساختار معماری، پشتیبانی از فناوری‌های نوین و … معرفی می‌گردند، عرضه تراشه‌های مناسب به‌منظور هدایت و کنترل محصولات تازه‌نفس مربوطه که از آن‌ها در قالب چیپست یاد می‌شود کاملاً اجتناب‌ناپذیر بوده و امری ضروری تلقی می‌گردد. این مهم واحدهای پردازشگر بهره‌مند از اسم رمز Ryzen را نیز مستثنی قرار نداده و سبد محصولاتی مذکور تعداد پنج عدد چیپست تحت عناوین X370، X300، B350، A320 و A300 را با خود به همراه آورده‌ است که در این نوشته فعلی به معرفی دقیق تنها سه مورد ابتدایی می‌پردازیم. درحالی‌که توسعه واحدهای پردازنده مرکزی جدید و تازه‌نفس کمپانی قدرتمند AMD در قالب محصولات “سیستم بر روی چیپ” صورت پذیرفته و تمامی تراشه‌های مرسوم و سنتی پیشین نظیر پل شمالی و جنوبی که از آن‌ها به‌منظور کنترل و هدایت درگاه‌های ورودی و خروجی نظیر پورت‌های یو اس بی، شکاف‌های PCI-E و … در گذشته استفاده گشته را در بطن خود نهان ساخته است، وجود چیپست قرار گرفته بر روی سخت‌افزار مادربرد فاکتوری مثبت در جهت افزایش پتانسیل استفاده از قطعات فراتر و فزونی تعداد درگاه‌های ورودی و خروجی به شمار رفته و اقدامی بسیار قابل ستایش تلقی می‌گردد. علاوه بر آن یک تراشه هدایتگر به سبب ایجاد زیربنا و فراهم آوردن شالوده مناسب جهت عملکرد صحیح و بی‌عیب و نقص سخت‌افزار مادربرد نیز تأثیرات هنگفتی را به خود اختصاص داده و وجود آن کاملاً ضروری می‌باشد. همان‌طور که پیشتر نیز گفته شد کمپانی توسعه‌دهنده محصولات مذکور تراشه‌های هدایتگر مبتنی بر سوکت AM4 خود را هم‌زمان با عرضه پردازنده‌های مرکزی توسعه یافته منتشر و واحدهای X370 و B350 هم‌اکنون در دسترس می‌باشند.

ویژگی‌های قابل پشتیبانی توسط تمامی تراشه‌های نامبرده از جمله پورت‌های ساتا III و ساتا اکسپرس تقریباً یکسان بوده و در مشخصه‌های اندکی نظیر عدم پشتیبانی از برخی فناوری‌های به خصوصی و نزول تعداد درگاه‌های ارتباطی دارای تفاوت‌ می‌باشند؛ به‌عنوان‌مثال در میان انبوه تعداد چیپست‌های مورد ذکر، تنها تراشه X370 که یدک‌کش عنوان پرچم‌داری نیز می‌باشد از فناوری SLI پشتیبانی نموده و دیگر واحدهای موجود از این مهم برخوردار نمی‌باشند (تراشه B350 از فناوری کراس‌فایر پشتیبانی می‌نماید) که دلیل اصلی آن را می‌توان در عدم صدور مجوزهای مربوطه از جانب کمپانی انویدیا و افزایش قیمت سخت‌افزارهای مادربرد به‌منظور افزودن فناوری نامبرده در آتیه و یا قیمت کمتر تراشه مذکور در مقایسه با برادر بزرگ‌تر خود جستجو نمود. ساختار تعبیه شده در بطن پردازنده‌های مرکزی رایزن قابلیت مظاهرت از تعداد 24 مسیر ارتباطی نسل سوم PCI-e را بهره‌مند می‌باشد، اما تعداد 4 عدد از آن‌ها جهت برقراری پیوستگی مستقیم پردازنده مرکزی با تراشه هدایتگر سخت‌افزار مادربرد (چیپست) که معادل فناوری DMI 3.0 کمپانی رقیب نمایان می‌کند به کار گرفته شده و باقی‌مانده شاهراه‌هایی انتقالی نیز به‌منظور بهره جستن در شکاف‌های توسعه حاضر می‌باشند. افزودن توانایی پشتیبانی از مسیرهای ارتباطی نسل دوم PCI-e با عنایت به نوع تراشه مورد استفاده در سخت‌افزار مادربرد متفاوت بوده و بزرگی تعداد آن‌ها از هشت عدد در واحد X370، شش عدد در واحد B350 و پیشرفت سیر نزولی آن متغیر می‌باشد. جدول ذیل تمامی تراشه‌های هدایتگر و ویژگی‌های منحصربه‌فرد قابل پشتیبانی از توسط هر کدام از آن‌ها را در بطن خود گردآوری ساخته است.

چیپست X370 B350 A320 X/B/A 300 پردازنده مرکزی
تعداد مسیرهای نسل سوم PCI-e 4 مسیر 20 مسیر
پیکربندی برقرار 1×16

2×8

1×16 1×16 1×16
تعداد مسیرهای نسل دوم PCI-e 8 مسیر 6 مسیر 4 مسیر
تعداد پورت‌های USB 3.1 نسل دو 2 عدد 2 عدد 1 عدد 1 عدد
تعداد پورت‌های USB 3.0 6 عدد 2 عدد 2 عدد 2 عدد 4 عدد
تعداد پورت‌های USB 2.0 6 عدد 6 عدد 6 عدد 6 عدد
تعداد درگاه‌های Sata III 4 عدد 2 عدد 2 عدد 2 عدد 2 عدد
پیکربندی فناوری Sata-Raid 0/1/10 0/1/10 0/1/10 0/1
پشتیبانی از قابلیت اورکلاک بله بله
پشتیبانی از فناوری CrossFire بله بله
پشتیبانی از فناوری SLI بله
فناوری ساخت 55 نانومتر 55 نانومتر 55 نانومتر 55 نانومتر 55 نانومتر

همان‌طور که مشاهده می‌فرمایید درحالی‌که ساختار تعبیه شده در بطن پردازنده‌های مرکزی رایزن پیکربندی‌های لازمه جهت مظاهرت از مسیرهای انتقالی مورد استفاده در شکاف‌های توسعه نسل سوم PCI-e و همچنین درگاه‌های USB 3.0 را فراهم می‌آورد، تراشه هدایتگر مورد تمسک در سخت‌افزار مادربرد نیز این مهم را با افزودن تعداد بیشتری از مسیرهای نسل دوم PCI-e و درگاه‌های یو اس بی فزونی می‌بخشد. علاوه بر آن ذکر این نکته نیز ضروری است که افزایش تعداد درگاه‌های نسل سوم یو اس بی و دیگر پورت‌های مربوطه با تعبیه سازی تراشه‌های سوم شخص افزاینده در ساختار سخت‌افزار مادربرد از جانب سازندگان کاملاً میسر می‌باشد. پشتیبانی از قابلیت اورکلاک در تراشه‌های هدایتگر X370 و B350 و فزونی فرکانس کاری پردازنده مرکزی با عنایت به مقادیر ورودی ضریب از جمله برتری‌های واحدهای نامبرده در مقایسه با دیگر نمونه‌های موجود می‌باشد.

تراشه هدایتگر سری X370

همان‌طور که پیشتر گفته شد تراشه نامبرده عنوان پرچم‌داری واحدهای نسل فعلی را به دوش کشیده و عبارت X در عنوان آن نیز نمایانگر اصطلاح “اکستریم” می‌باشد که مستقیماً چیپست‌های رده گران قیمت کمپانی رقیب نظیر Z270 و X99 را هدف قرار داده است. تراشه نامبرده با بهره‌مندی از چهار مسیر انتقالی نسل سوم PCI-e جهت برقراری ارتباط مستقیم با پردازنده مرکزی پتانسیل‌های عملکردی و ورودی/خروجی‌های سخت‌افزار مادربرد را با افزودن تعداد هشت مسیر انتقالی نسل دوم نامبرده، شش درگاه نسل دوم و سوم یو اس بی به‌صورت مجزا، دو درگاه نسل دوم USB 3.1 افزایش داده و پشتیبانی از قابلیت‌هایی نظیر اورکلاک و پیکربندی CrossFire و SLI از جمله دیگر مشخصه‌های تراشه مذکور به شمار می‌روند. تراشه سری نامبرده برای آن دسته از افرادی طراحی گردیده است که مشخصه‌هایی از جمله عملکرد حداکثری، ویژگی‌های هنگفت، مسیرها و درگاه‌های ورودی و خروجی متنوع و علاوه بر آن قابلیت‌هایی نظیر پشتیبانی از اورکلاک و پیکربندی چند پردازشگره تراشه‌های گرافیکی را مدنظر قرار دارند.

تراشه هدایتگر سری B350

تمامی تراشه‌های هدایتگر دارنده عبارت B (نمایانگر اصطلاح Business) در طرح نام‌گذاری خود مستقیماً رایانه‌های شخصی رده عمومی را هدف قرار داده و نزول تعداد مسیرهای انتقالی، درگاه‌های ورودی و خروجی، گزینه‌های مربوطه جهت ایجاد تغییرات و به دنبال آن کاهش قیمت تمام شده چیپست، اما در حین حال برخوردار از تمامیت طیف مورد نیاز به‌منظور بهره جستن از حداکثر پتانسیل و فناوری‌های محصولات تازه‌نفس فعلی آن‌ها را به انتخاب‌هایی بسیار ایده آل جهت استفاده توسط قشر عظیمی از انواع مصرف‌کنندگان و افرادی که مشخصه‌هایی نظیر نسبت قیمت به کارایی را هنگام تهیه نمودن قطعات جدید هدف قرار می‌دهند به شمار می‌رود. مشخصات عرضه گردیده تحت نام تراشه هدایتگر نامبرده تعداد 8 مسیر نسل سومی درگاه PCI-e و گستره متنوعی از انواع درگاه‌های یو اس بی گوناگون را در بطن خود جای داده است که تعداد آن‌ها با عنایت به تراشه‌های سوم شخص مورد استفاده توسط توسعه‌دهندگان سخت‌افزارهای مادربرد قابل افزایش می‌باشد. افزودن تعداد 6 مسیر نسل دوم PCI-e و پشتیبانی از فناوری DDR4 از جمله دیگر قابلیت‌های مهم و اساسی چیپست فوق به شمار می‌روند. تراشه هدایتگر مذکور مستقیماً نمونه رقیب خود یعنی H270 PCH را هدف قرار داده و موقعیت منحصربه‌فرد و توانایی‌های بنیادی آن نظیر مظاهرت از قابلیت فزونی فرکانس پردازنده مرکزی و فناوری CrossFire و قیمت بسیار مناسب آن قشر عظیمی از افراد مختلف را به‌منظور تهیه وسوسه می‌نماید.

کمپانی قدرتمند AMD با تعبیه سازی قابلیت پشتیبانی از فناوری DDR4 در بطن جدیدترین پردازنده‌های مرکزی خود علاوه بر خاتمه بخشیدن به تمامی شایعات مربوطه پیرامون موضوع نامبرده انقلاب گسترده‌ای را نیز در عرصه گرویدن به تکنولوژی‌های جدید و نوین فراهم آورده است. تمامی سخت‌افزارهای مادربرد مبتنی بر سوکت پیشتر معرفی گردیده از تعداد 4 درگاه اتصالی DIMM با برخورداری از پیکربندی دو کاناله جهت میزبانی ماژول‌های حافظه اصلی بهره‌مند می‌باشند. علاوه بر آن پشتیبانی از تایمینگ‌های مبتنی بر استاندارد JEDEC، فرکانس‌های پیش‌فرض 2133، 2400 و 2667 مگاهرتز، پروتکل NVMe و درگاه‌های توسعه M.2 نیز از جمله دیگر فاکتورهای قابل مظاهرت توسط واحدهای پردازنده مرکزی نامبرده به شمار می‌روند.

به پایان آمد این دفتر حکایت همچنان باقی