AMD

آشنایی با پردازشگرهای 64 بیتی

مهمترین مزیت تراشه های 64 بیتی برای تولید کننده های برنامه های دیجیتالی ، امکان آدرس دهی منطقه بیشتری از حافظه توسط پردازشگر است.

از سال گذشته ، وقتی شرکت AMD ، تراشه های 64 بیتی اپترون خود را به بازار عرضه کرد ، در عرصه محاسبات 64 بیتی برای خلق آثار دیجیتالی ،پیشرفت قابل ملاحظه ای صورت گرفت . علت آن را به راحتی می توان دریافت .
طراحان جلوه های ویژه ، استودیو های ساخت و توسعه بازی و شرکت های دیگری وابسته به مجموعه داده هایی هستند که با وجود پیچیده بودن باعث ایجاد تصاویر با گرافیکی واقعی تر می شوند . و این همان چیزی است که تماشاگران فیلم ها ، برنامه های تلویزیونی و بازی ها انتظار دارند .

در بیشتر بخشها ، سرورها و ایستگاه های کاری که بر اساس پردازشگرهای 64 بیتی جدید فعالیت می کنند ، با سرعت بیشتری نسبت به سیستم های 32 بیتی هم تراز خود ، بین این مجموعه داده ها حرکت می کنند . برای مثال ، در یک استودیو تهیه فیلم راندو کردن یک فایل انیمیشن خیلی سریع تر انجام می گیرد .

بنابراین زمان تولید فیلم کاهش یافته ، سرمایه استودیو کمتر مصرف شده و هنرمندان فرصت بیشتری برای خلق آثار هنری خود پیدا می کنند . هنوز دنیای تولیدات دیجیتالی با پردازشگر های 64 بیتی ناآشنا هستند .
در حقیقت ، آن ها به میزان زیادی وابسته به پردازشگرهای 32 بیتی هستند . ( در استودیو های معروف ساخت جلوه های ویژه ، سیستم های 64 بیتی SGI که تحت Irix کار می کنند ، استفاده می شود . )

اما تراشه های اپترون جدید از دو جنبه با سیستم های قبلی تفاوت دارند : اولا ، آنها از ساختار ریز پردازنده های سری X86 ( که سیستم های پنتیوم و یا سری قبلشان بر آن پایه ساخته شده اند ) ، حمایت می کنند و این خود باعث قابل استفاده بودن آن ها و یا مهمتر ، سازگاری آن ها با سیستم عامل های 32 بیتی و یا نرم افزارهای کاربردی است . ثانیا ، ساختار تراشه های AMD به گونه ای است که نرم افزارهای کاربردی 32 بیتی را قادر می سازد بدون کاهش کارایی به راحتی اجرا شوند .
این در حالی است که ایتانیوم شرکت اینتل . که خود یک پردازشگر 64 بیتی است ، برنامه های 32 بیتی را در مد شبیه سازی شده نرم افزار اجرا می کند ، و این باعث پایین آمدن کارایی سیستم می شود .( ایتانیوم ، پایه خوبی برای سرویس دهنده های اجرا کننده برنامه های 64 بیتی محسوب می شود .)

● نکاتی در مورد تراشه ها :
مهمترین مزیت تراشه های 64 بیتی برای تولید کننده های برنامه های دیجیتالی ، امکان آدرس دهی منطقه بیشتری از حافظه توسط پردازشگر است .
یک پردازشگر 32 بیتی در هر لحظه ، بیشتر از 4 گیگابایت داده را نمی تواند پردازش کند و وقتی به مقدار 4 گیگابایت می رسد شروع به فرستادن داده ها به دیسک سخت می کند که باعث کند شدن سرعت پردازشگر می شود .
کاربران خصوصا آن دسته از کاربرانی که مجموعه داده هایشان فراتر از 4 گیگابایت است ، به این مقدار دیوار یا مرز 4 گیگابایتی می گویند ، زیرا داده هایشان در این نقطه با سرعت کمتری پرازش می شود و کارایی سیستم پایین می آید . اما پردازشگر های 64 بیتی ، در هر لحظه ، قدرت پردازش 16 گیگابایت داده را دارند که برای مجموعه داده های بزرگ بسیار مفید تر است زیرا پردازش آن ها سریعتر انجام می شود .

مت واینبرگ ،مدیر بازاریابی شرکت IBM ، می گوید : « افزایش حافظه ، بیشترین تقاضایی است که ما از مشتریان خود دریافت می کنیم . 16 گیگابایت حافظه در مقابل 4 گیگابایت ، به میزان زیادی زمان راندو تصاویر انیمیشن را پایین می آورد»

جیسون برایان، مدیر محصولات Soft Image/XSI می گوید : « ما ( بینندگان ) باید جزئیات بیشتری را در فیلم های خود ببینیم ، و اگر پردازشگرهای 64 بیتی از عهده انجام آن بر می آیند ، شرکت ها روی آنها سرمایه گذاری خواهند کرد »

چیزی که بیشتر از همه در مورد تراشه های اپترون ، جلب توجه می کند . قدرت آن در اجرای برنامه های کاربردی 32 بیتی است .
به این معنی که تولید کنندگان برنامه های دیجیتالی ، نیازی به خرید نسخه 64 بیتی برنامه مورد علاقه خود ندارند بلکه می توانند برنامه های 32 بیتی خود را با همان سرعت و یا حتی سریع تر از قبل اجرا کنند . ( ناگفته نماند که نسخه 64 بیتی بسیاری از نرم افزار ها هنوز به بازار نیامده است . )

مثلا یک طراح تصاویر انیمیشن که با یکی از نرم افزار های 32 بیتی کار می کند را در نظر بگیرید . به علت 32 بیتی بودن پردازشگر ، هنگام راندو تصاوی سرعت پایین می آید زیرا حجم داده ها زیاد است .
حال این طراح به راحتی و بدون تغییر نسخه نرم افزار خود به 64 بیتی ، در همان محیط قبلی تصاویر خود را طراحی کرده ولی هنگام راندوی آنها ، پرداشگر 64 بیتی کمک بزرگی در کاهش زمان پردازش به او خواهد کرد .

بنابراین نرم افزار های 32 بیتی در سیستم هایی که پردازشگر 64 بیتی دارند به راحتی اجرا شده و نیازی به تبدیل نسخه نرم افزار نیست . علاوه بر آن ، تراشه اپترون ، از ساختار انتقال سریع AMD تبعیت می کند که باعث توانایی بیشتر برای انجام عملیات چند پردازشی می شود . برای راه اندازی یک سرور ، حداکثر 8 تراشه اپترون و برای راه اندازی یک ایستگاه کاری ، حداکثر 4 تراشه قابل استفاده است .

● سیستم های دیگر ( پردازشگرهای دیگر ):
اپترون ، تنها تراشه شرکت AMD نیست . او همچنین ، تراشه آتلون را تولید کرده که پاییز گذشته به سرورها و ایستگاه های کاری معرفی کرد . سیستم های دیگر نیز در دنیای DCC ، توسط دیگر تراشه های 64 بیتی قدرت یافته اند .
البته ناگفته نماند که شرکت SGI ، مدت طولانی است که در این بازی می باشد و کامپیوتر هایی که تحت سیستم عامل لینوکس کار می کنند را ارائه می دهد . SGI اخیرا مدلهای جدیدی را از سرورهای Altix بر پایه لینوکس معرفی کرده است . G5 شرکت Apple از پردازشگرهای 64 بیتی استفاده می کند .

شرکت سان میکرو سیستم یک نمونه از شرکت هایی است که خود پردازشگر های 64 بیتی و ایستگاه های کاری تولید می کند . برایان هیلی مدیر گروه بازاریابی و ایستگاه های کاری شرکت سان اظهار داشت که این شرکت در سال 1996 ، اولین ایستگاه کاری عملی منطبق بر پردازشگر های 64 بیتی را به بازار عرضه کرد .

او همچنین اضافه کرد : « شرکت سان اخیرا ، ایستگاه های کاری منطبق بر پردازشگر های 64 بیتی معرفی کرده است که کمتر از 5000 دلار فروش رفته اند ( 50 درصد پایین تر از مدل قبل ) و آنچه در اینجا حائز اهمیت است تراشه های AMD است که برای تمام سیستم های 64 بیتی مفید واقع می شود و در حال پیشرفت سریع است . »

● نگاهی بر نرم افزار : ( بررسی تاثیر پردازشگرهای 64 بیتی بر دنیای نرم افزار )
تکنولوژی 64 بیتی هم اکنون در حال تجربه فراز و نشیبی است که در دنیای نرم افزار و سخت افزار متداول می باشد . مطمئنا تراشه ها سرعت زیادی دارند و می توانند مقدار زیادی حافظه را اداره کنند .
اما نرم افزار های کاربردی که بتوانند در این خط تولید از آن ها بهره جویند ، کجا هستند ، این نرم افزار ها هنوز به بازار نیامده اند ، زیرا فروشندگان نرم افزار تمایلی به تغییر و یا ساخت نسخه های جدید محصولات که ممکن است نهایتا بازار خوبی برای برگرداندن سرمایه آنها نداشته باشد ، ندارند و در این زمینه بسیار محتاطانه گام برداشته اند .

بر اساس ادعای شرکت AMD ، یکی از مزایای اپترون این است که نرم افزار 64 بیتی معنی ندارد . زیرا برنامه های کاربردی 32 بیتی به راحتی تحت آن اجرا می شوند ، در حقیقت ، شرکت مطمئن است که برنامه ها ، حتی سریع تر از سیستم های 32 بیتی اجرا می شوند . البته زود است که در این مورد قضاوت کنیم زیرا هنوز تراشه اپترون از هر جهت تحت آزمایش قرار نگرفته است .

سیستم عامل ها جزء اولین گروهی می باشد که حائز اهمیت است . لینوکس سیستم عاملی است که با محیط 32 ویا 64 بیتی سازگاری دارد . عموما وقتی صحبت از محاسبات 64 بیتی می شود ، مردم به یاد سیستم عامل لینوکی می افتند . نسخه جدید ویندوز XP هم در محیط 64 بیتی اجرا می شود ، بنابراین واضح است که شرکت مایکروسافت باید از این تکنولوژی پشتیبانی کند .

گروه دوم ، نرم افزارهای تخصصی تر مانند رندر سازی تصاویر است . نرم افزار رندرسازی منتال ری از شرکت Mental Image ، نرم افزار G5 از شرکت Apple و یا دیگر برنامه های محاسباتی بیتی موجود ، همگی تحت سیستم اپترون اجرا می شود . پس با وجود اینکه فروشندگان نرم افزار در مورد نقشه های نرم افزاری خود محتاط هستند اما از آینده محاسبات 64 بیتی کاملا آگاه می باشند .

شرکت Discreet ، نسخه 64 بیتی نرم افزار 3D Max خود را انتشار نداده است . دان پراچازکا مدیر محصولات 3D Max می گوید : « ما به موفقیت هایی در اجرای مد 32 بیتی نرم افزار 3D Max در یک سیستم عامل مبتنی بر پردازشگر 64 بیتی رسیده ایم که کارایی سیستم را کاهش نداده و به ما اجازه می دهد به مقدار بیشتری از حافظه RAM دسترسی داشته باشیم البته استفاده از نرم افزار 64 بیتی حسن دیگری دارد . »

جیسون برایان، اظهار داشت که هنوز تصمیم در مورد تبدیل سیستم XSI خود به 64 بیتی نگرفته است ولی اعتقاد دارد این تکنولوژی سریعا در حال پیشرفت است . سخنگوی شرکت Alias می گوید این شرکت از پیشرفت در محاسبات 64 بیتی اطلاع دارد ، ولی هنوز هیچ تبدیلی در این زمینه انجام نداده است .
چند سال پیش ، این شرکت یک نسخه 64 بیتی از نرم افزار مایا را معرفی کرد ولی به دلایل مختلف آن را به بازار ارائه نداد .

● نگاهی بر سخت افزار : ( بررسی تاثیر پردازشگر های 64 بیتی بر دنیای سخت افزار )
فروشندگان سخت افزار ، که جعبه های جدید تراشه ها را می فروشند ، در مورد موضوع محاسبات 64 بیتی ، سر سخت تر از فروشندگان نرم افزار هستند . تنوع شرکت های ارائه دهنده سیستم های 64 بیتی در دنیای DCC بسیار است .

برای مثال ، شرکت های Alienware ، تکنولوژی Boxx ، کامپیوتر Monarch Microway ، QSol ، Racksaverبرخی ارائه دهنده های سیستم های HP ، IBM ، SUN هستند که از تراشه های 64 بیتی AMD استفاده می کنند .
شرکت Boxx ، فروشنده سرورها و ایستگاه های کاری است که از تراشه اپترون AMD استفاده می کنند.

تیم لورنس موسس شرکت Boxx و نائب رئیس پروژه های اجرایی آن می گوید : « اوایل ، ایستگاه های کاری خصوصی که از پردازشگرهای 64 بیتی استفاده می کردند مورد توجه قرار نگرفتند . نه به خاطر عیب و کاستی در تکنولوژی 64 بیتی ، بلکه به خاطر هزینه بالا و همه مجبور بودند از پردازشگرهای 32 بیتی استفاده کنند . اما حالا ، بالاخره ما بین 32 و 64 حق انتخاب داریم .»

شرکت کامپیوتری Monarch ، فروشنده سرورها و ایستگاه های کاری است که در آن ها از سیستم های عامل لینوکس و تراشه اپترون یا آتلون استفاده می شود .
تری هریس مدیر بازاریابی این شرکت اظهار داشت : « در حال حاضر مشتریانی داریم که از پرداشگرهای 64 بیتی برای تولیدات انیمیشن ، جلوه های سه بعدی ، ویرایش ویدئویی و طراحی کامپیوتری استفاده می کند. بیشتر این مشتریان هنوز از نرم افزار های 32 بیتی استفاده می کنند . اما تراشه های اپترون و آتلون 64 بیتی ، در مد 32 به خوبی عمل می کنند.»

هریس همچنین گفت : « به نظر من بیشتر مشتریان DCC ، به سرعت خود را با تغییرات جدید سخت افزاری تطبیق نمی دهند گرچه برنامه هایشان عملا نیاز به ارتقاء دارد شرکت اینتل ( با پردازشگرهای 32 بیتی ) و مکینتاش معتقد هستند که نمی توان یک مشتری DCC را متقاعد کرد که مزیت های اجرایی سخت افزار جدید به ریسک درگیر شدن در امتحان یک تکنولوژی نرم افزاری جدید می ارزد .
بیشتر این مشتریان نمی خواهند خود را درگیر پیکربندی های جدید یا عیب یابی آن ها کنند زیرا وقت ، برایشان طلاست . بنابراین قبل از قبول هر نوع تکنولوژی سخت افزاری جدید ، منتظر نسل دوم نرم افزار هایشان خواهند بود تا از هر گونه اتلاف وقت در این نقل و انتقال دوری کنند.»
 

کارکرد پردازشگرهای دو هسته ای

اینتل برای اولین بار در اوایل سال 2005 اولین پردازشگر 2 هسته ای را عرضه کرد این پردازشگر در نسخه های Pentium D و  Pentium Extreme عرضه شد. پس از آن شرکت AMD بود که مدت کوتاهی پس از اینتل اقدام به عرضه پردلزشگرهای دو هسته ای نمود.

اگر چه هر دو این شرکت ها محصولی دو هسته ای را به بازار عرضه کردند اما طراحی این دو محصول در برخی موارد و بر اساس کاربرد آنها در سیستمی که در ان تعبیه شده بود به طور کلی متفاوت بود. در این مقاله قصد بر آن است که کاربردهای و نحوه کار پردازشگرهای دو هسته ای و همچنین دلایل استفاده یا عدم استفاده از آنها را نام ببریم.


کاربرد پردازشگرهای دو هسته ای:
اصولا پردازشگرهای دو هسته ای از دو هسته پردازش کننده در یک پکیج واحد تشکیل شده اند که در واقع قابلیت های یک کامپیوتر مجهز به چند پردازشگر را با هزینه ای کمتر فراهم می سازد . از طرفی امکان انجام چندین فعالیت همزمان به کمک پردازشگرهای دو هسته ای میسر می شود. بنابراین پردازشگرهای دو هسته ای به درد کسانی می خورد که مایلند چندین برنامه یا ابزار متفاوت را به طور همزمان مورد استفاده قرار دهند.

البته این به این معنا نیست که پردازشگرهای دو هسته ای قدرت اجرایی برنامه های واحد را افزایش می دهند! اجازه دهید با مثالی این مطلب را روشن کنیم; اگر اهل بازی های کامپیوتری هستید باید یک پردازشگر با قدرت پردازش بالا تهیه کنید, زیرا پردازشگرهای دو هسته ای تنها به اجرای چندین برنامه یا کاربرد چندین ابزار در زمانی واحد کمک می کنند و اجرای برنامه های سنگین مانند برخی از بازی ها به پردازشگر هایی که قدرت اجرایی بالا دارند نیازمند است. اما اگر بخواهید همراه بازی برای مثال به موسیقی هم گوش کنید بحث دیگری است که به طور قطع یک پردازشگر دو هسته ای راهگشا است.


اینتل همواره پیشگام:
همانطور که گفته شد اینتل در زمینه پردازشگرهای دو هسته ای اولین گام را برداشت. پردازشگرهایی که اینتل عرضه کرد مبتنی بر هسته Pentium 4 Prescott بودند در واقع برای اینکه اینتل سرعت عرضه این محصول را به حداکثر برساند دو هسته Pentium D و Pentium Extreme قرار داد که این دو پردازشگر از طریق تراشه MCH موجود در مادربورد با یکدیگر ارتباط داشتند .

 
AMD دومین پردازشگر دو هسته ای:
دومین شرکتی که به عرضه پردازشگر دو هسته ای پرداخت AMD بود . اولین پردازشگر Opteron دو هسته ای این شرکت بلافاصله پس از اولین محصول دو هسته ای اینتل در ماه آوریل به بازار عرضه شد. محصول دو هسته ای بعدی شرکت Athlon 64x و ویژه کامپیوترهای رومیزی بود که در ماه مه 2005 در دو نسخه متفاوت عرضه شد . اگر چه AMD اولین شرکتی نبود که محصول این شرکت در برخی زمینه ها به ویژه در نحوه برقراری ارتباط میان دو هسته پردازنده دارای مزایای فابل توجهی نسبت به محصولات اینتل است.

در راستای همین اقدامات, در چندین ماه گذشته پیشرفت های جدبدی در طراحی پردازشگرها به ویژه از سوی AMD حاصل شده است. این شرکت علاوه بر طراحی یک CPU 64 بیتی که باعث برتری یافتن این شرکت در بازار کامپیوترهای رومیزی پیشرفته شد. در حذف کنترل کننده های حافظه (MCH) نیز گام دیگری برداشت که در عملکرد Athlon64 و ترشه های Optereon یک پیشرفت قابل ملاحظه نسبت به پردازشگرهای Intel به حساب می آید. از طرف دیگر اینتل نیز پردازشگرهای دو هسته ای جدیدی را عرضه کرده اند.


تشابه و تفاوت دو غول بزرگ (INTEL & AMD):
این پردازشگرها بهتر از آن چیزی که شما انتظار دارید کار می کنند . محصول هر دو شرکت دارای دو هسته پردازش کننده فعال در یک قالب هستند . هر یک از هسته ها به صورت مستقل توابع و پردازش هاای داده را انجام می دهد (که البته در مورد اینتل این ویژگی کامل تر است) و هر دو این هسته ها توسط نرم افزار سیستم عامل هماهتگ می شوند.

در حال حاضر AMD فقط پردازشگرهای کلاس سرور Opteron با دو هسته را به طور کامل به بازار کرده و به زودی Athlon64X برای کامپیوترهای رومیزی را نیز به بازار عرضه می کند. اینتل نیز در حال حاضر محصول پنتیوم Exterme رومیزی با دو هسته را به بازار عرضه کرد در حالی که خط تولید Dual Xenons و Pentium D هنوز متوقف نشده است.


 پردازشگرها چگونه کار می کنند؟
پردازشگرهای چند هسته ای در واقع ترکیبی از چند هسته در یک قالب واحد هستند. بنابراین در نحوه طراحی آنها میتوان روش های متفاوتی را به کار بست. برای نمونه چند پردازشگرهای متقارن SMP (Symmetric Multi Processing) روش مشترکی است که برای فعالیت چندین پردازشگر به طور جداگانه با یکدیگر در یک مادربورد مورد استفاده قرار می گیرد.

سیستم عامل با هر دو CPU تقریبا به طور یکسان کار می کند و کارهای مورد نیاز به آنها ارجاع می دهد. تراشه های دو هسته ای جدید اینتل و AMD توانایی SMP را به صورت داخلی دارند. پردازشگرهای سرور Opteron دو هسته ای همچنین می تواند به صورت خارجی با دیگر تراشه های دو هسته ای ارتباط برقرار کند.

 
Hyperthreading:
این قابلیت به صورت اختصاصی توسط اینتل در پردازشگر های چند هسته ای به کار گرفته شده است. اینتل برای آنکه از منابع CPU به شیوه بهتری استفاده نماید. فقط قسمت هایی را تکثیر کرده که کار پردازش اطلاعات را انجام می دهد. یعنی آنکه منابع داده در داخل CPU به صورت مشترک استفاده می شود ایده Hyperthreading برای دو برابر کردن مقدار فعالیت تراشه است. تا کاهش عملکرد سیستم که در اثر فقدان حافظه Cash روی می دهد کمتر شود.

در این حالت CPUهای Hyperthreading مانند دو پردازشگر حقیقی به نظر می رسند با این وجود, این CPUها نمی توانند عملکردی مشابه دو CPU مجزا مانند CPUهای دو هسته ای داشته باشند زیرا در CPUهای دو هسته ای دو Threads مشابه به طور همزمان و با Cash های جداگانه L1 و L2 می توانند اجرا شوند که این عمل در پردازشگرهای Hyperthreading قابل اجرا نیست.


 چرا پردازشگرهای دو هسته ای ؟
اما چرا دو شرکت اینتل و AMD به طور ناگهانی شروع به توزیع پردازشگرهای دو هسته ای کردند و هر دو با حرارت هر بار نسخه های تازه تری از این محصول را به بازار عرضه کردند؟ ابتدا باید خاطر نشان کنیم که AMD از ابتدا توانایی بالقوه تولید پردازشگرهای دو هسته ای را در محصول  64 بیتی خود داشت. ساختمان ورودی و خروجی برای دومین هسته در CPUهای فعلی 64 بیتی AMD موجود است.

البته برای سیستم های چند پردازشگره یک ایراد عمومی وجود دارد و آن تاخیری است که این CPU ها در اجرای کار سیستم به وجود می آورند. به بیان ساده در حال حاضر روشی برای سیستم عامل های موجود وجود ندارد تا پردازش ها را به طور کاملا مساوی در بین پردازشگرها تقسیم کند.

پردازشگر دوم عموما با یک مداخله کمتر و کارایی پایین تر کار می کند. در صورتی که ممکن است پردازشگر اول به صورت 100 درصد در حال پردازش  باشد. سومین دلیل که کمتر نمایان است نا امیدی AMD و اینتل است.

هر دو شرکت برای افزایش سرعت پردازشگرها و کوچکتر کردن اندازه قالب آنها با یک مانع جدی رو به رو شده اند و تا این مانع حذف نشود و یا تا زمانی که کاربران عمومی متوجه نشوند که GHZ به تنهایی کارایی را بیان نمی کند هر دو شرکت برای دست یافتن به هر پیشرفت که کارایی پردازشگرها را بهبود بخشد تلاش خواهند کرد و تقریبا فلسفه وجودی پردازشگرهای دو هسته ای را نیز می توان همین دلیل آخر دانست.