مروری بر تاریخچه سی پی یو های اینتل : از Core تا Skylake قسمت سوم

تاریخچه سی پی یو های اینتل با تولید Core به نقطه عطف خودش میرسه، در این مقاله بخونین که چطور اینتل دوباره به رقابت در بازار پروسسورهای دسکتاپ بر می‌گرده.

Core: Core 2 Duo در تاریخچه سی پی یو های اینتل

اینتل بالاخره از Netburst دست برداشت و تمرکز خودش رو روی طراحی Pentium-M با ساختار P6 گذاشت. کمپانی به این نتیجه رسید که P6 معقولانه‌تره و ظرفیت این رو داره که عملکرد خیلی خوبی رو ارائه بده و درعین حال مقرون‌به‌صرفه باشه. اینتل اون رو دوباره طراحی کرد و به ساختار Core رسید. Core مثل Pentium-M از ساختار Pipeline 12-14 استفاده می‌کرد که از 31 خط‌های لوله Prescott خیلی کوتاه‌تر بود.

Bonnell: سری‌های Silverthorne و Diamondville

Core 2 حجم زیادی از بازار رو هدف قرار داده بود اما اینتل باید یک سی پی یو مقرون‌به‌صرفه برای بازار پایین‌رده و بازار سیستم‌های سیار هم می‌ساخت. این امر باعث تولید Atom شد. این ساختار26 میلی‌متری بود که اندازه‌ای تقریبا کمتر از یک چهارم اولین Core 2 رو داشت.

اینتل Bonnell با ساختار Atom رو شبیه ساختار P5 طراحی کرد. این امر به خاطر استفاده‌ی P5 از فناوری OoO بود منتها P5 به‌دلیل جای زیادی که اشغال می‌کرد و مصرف برق زیاد برای اهداف اینتل مناسب نبود.

اولین مدل سری Atom با کد Silverthorne شناخته میشه و طراحی گرمایشی تا 3 وات رو داره. این ویژگی باعث میشه که جای خیلی کمتری رو نسبت به Core 2 اشغال کنه. IPC این مدل کم بود ولی میتونست تا فرکانس 2.13 پردازش رو انجام بده. همچنین حافظه کش L2 اون به 512 کیلوبایت می‌رسید. اما همه‌ی این‌ها نمیتونست کمبود IPC رو جبران کنه. با این حال کارایی خوبی رو به‌عنوان یک پایین‌رده با قیمت ارزون ارائه می‌داد.

Nehalem: اولین Core i7 تاریخچه سی پی یو های اینتل

اینتل با وجود بازار رقابتی پروسسورها نمی‌تونست بیکار بشینه. برای همین روی ساختار Core تغییراتی ایجاد کرد و Nehalem رو ساخت که تعدادی ارتقا رو در بر داشت. کنترلر کش بهتر شده بود، حافظه کش L2 هر هسته به 256 کیلوبایت کاهش پیدا کرده بود. در مقابل یک حافظه کش 4 الی 12 مگابایتی L3 برای همه‌ی هسته‌ها به اون اضافه شده بود. سی پی یو های Nehalem بین 1 تا 4 هسته داشتن و از فناوری 45 نانومتری بهره می‌بردن.

اینتل همچنین اتصالات سی پی یو و همه‌ی اجزای سیستم رو تغییر داد. FSB که از سال 1980 تا اون موقع استفاده میشد، کنار گذاشته شد و به جای اون QPI برای سیستم‌های بالارده و DMI برای بقیه‌ی سیستم‌ها قرار گرفت. این تغییر به Intel اجازه داد که کنترلر حافظه و کنترلر PCIe رو به سی پی یو منتفل کنه. با این انتقال پهنای باند زیاد و تاخیر Latency کم شد. کنترلر حافظه میتونست از رم‌های DDR3 هم استفاده کنه.

اینتل باز طول Pipelineها رو افزایش داد، این بار به 20 تا 24 خط لوله. سرعت کلاک زیاد نشد ولی Nehalem با فرکانس معقولی کار می‌کرد. همچنین این ساختار اولین ساختار اینتل بود که از فناوری Turbo Boost پشتیبانی می‌کرد.

آخرین ارتقایی که Nehalem داشت، بازگشت Hyper-Threading و استفاده از اون در سی پی یو های این ساختار بود. Nehalem عملکرد خیلی خوبی ارائه می‌داد و دو برابر از Core 2 سریع‌تر بود.

Intel سی پی یو های Nehalem رو در قالب‌های Celeron ،Pentium ،Core i3 ،Core i5 Core i7 و Xeon فروخت.

Bonnell: سری Pineview

اینتل در سال 2009 دو سی پی یو با طرح Atom و ساختار Bonnell معرفی کرد. اولی با کد Pineview شناخته میشه که با همون فناوری 45 نانومتری ساخته شده. Pineview به خاطر ادغام شدن کنترلر گرافیک و کنترلر حافظه با اون که قبلا روی مادربرد قرار می‌گرفت، عملکرد بهتری نسبت به Diamondville داشت. این تغییر باعث شد مصرف برق سی پی یو کاهش پیدا کنه و گرمای کمتری تولید بشه. مدل‌های Dual-core میتونستن از دو هسته‌ی Pineview روی MCM استفاده کنن.

Westmere: گرافیک در سی پی یو

اینتل مدل کوچیک‌شده‌‌ای مشابه با Nehalem با کد Westmere طراحی کرد که با فناوری 32 نانومتری ساخته شده بود؛ اما زیرساخت‌های اون یکم متفاوت بود.

گرافیک HD که داخل سی پی یو های اصلی Westmere مثل Core i3 و i7 شبیه GMA 4500 اینتل بود با این تفاوت که دو مرکز پردازش بیشتر داشت. سرعت کلاک تغییری نکرده بود و بین فرکانس 166 مگاهرتز برای سیستم‌های سیار و 900 مگاهرتز برای سیستم‌های بالارده‌ی دستکتاپ جابه‌جا میشد. البته CPU 32 نانومتری با GMCH (بخشی که گرافیک و کنترلر حافظه رو در بر می‌گیره) 45 نانومتری کاملا روی یک سیلیکون قرار نگرفتن ولی روی یک پکیچ سی پی یو بودن. این تغییر باعث شد تاخیر بین کنترلر و سی پی یو تا حد زیادی کاهش پیدا کنه.

Sandy Bridge در تاریخچه سی پی یو های اینتل

Sandy Bridge بیشترین بهبود رو در اون 7 سال اینتل داشت. Pipeline های اون به 14-19 کاهش پیدا کرده بودن. همچنین Sandy Bridge به یک کش micro-op مجهز شده بود که میتونست تا 1500 micro-op رمز شده رو ذخیره کنه. با این کارش میتونست 5 خط لوله رو روی حالت استراحت قرار بده، اما اگه micro-op مورد نظر داخل کش پیدا نمیشد هر 19 خط لوله روشن میشدن.

این پروسسور ارتقاهای دیگه هم داشت مثل پشتیبانی از حافظه DDR3 بهتر، ادغام شدن اجزای مهم با CPU مثل Westmere و اینکه همه چیز داخل CPU قرار گرفت. همچنین زیر ساخت‌های داخلی با یک باس حلقه‌ای به هم متصل شدن که این کار پهنای باند رو تا حد زیادی افزایش میده.

اینتل دوباره گرافیک آن-برد خودش رو ارتقا داد. این بار به جای اینکه برای همه‌ی مدل‌های خودش از یک نوع HD Graphic استفاده کنه، اون رو به سه مدل HD Graphics 3000 و HD Graphics 2000 و HD Graphics 1000 تقسیم کرد. مدل بالارده‌ی اون میتونست با فرکانس 1.35 گیگاهرتز پردازش کنه و از 12 مرکز پردازنده بهره ببره. مدل‌های میان‌رده و پایین‌رده 6 مرکز پردازنده داشتن.

Bonnell: Cedarview

در سال 2011 اینتل مدل دیگه‌ای از ساختار Atom رو با طراحی Bonnell که داخل Pineview به کار رفته بود، معرفی کرد. IPC در این مدل یکم بهتر شده بود. ارتقای اصلی این مدل استفاده از فناوری 32 نانومتری در ساخت اون بود که پردازش با فرکانس 2.13 گیگاهرتزی رو برای اون شدنی می‌کرد. همچنین به خاطر بهتر شدن کنترلر حافظه میتونست از رم بیشتری استفاده کنه.

Ivy Bridge در تاریخچه سی پی یو های اینتل

میشه گفت Ivy Bridge یک Tick+ سیاست جدید Tick-Tock اینتل بود (هر Tick یعنی بهبود سری قبلی و هر Tock یعنی طراحی سری جدید). Ivy Bridge از IPC خیلی بهتری نسبت به مدل قبلی خود بهره می‌برد ولی فقط این نبود.

بهترین ارتقای Ivy Bridge کم‌مصرف بودنش بود. این ساختار با فناوری 22 نانومتری 3 بعدی FinFET ساخته شد که مصرف برق سی پی یو رو خیلی کاهش می‌داد. سی پی یو های Core i7 مدل قبلی توان مصرفی 95 واتی داشتن ولی این سی پی یو ها در طراحی جدید با 77 وات کار می‌کردن. این قضیه برای سیستم‌های سیار خیلی مهم بود و به اینتل اجازه داد که سی پی یو 4 هسته‌ای برای سیستم‌های سیار با توان مصرفی 35 وات بسازه که قبل از اون 45 واتی بودن.

Haswell

Intel یک سال بعد از Ivy Bridge طراحی جدید (Tock) Haswell رو معرفی کرد. البته چون AMD تلاش می‌کرد Bridge ها رو شکست بده، اینتل تحت فشار نبود و خیلی روی عملکرد Haswell تمرکز نکرد، به‌طوری که سی پی یو های Haswell فقط 10 درصد از Ivy Bridge سریع‌تر بودن.

Haswell مثل Ivy بیشتر روی مصرف کمتر انرژی و گرافیک ادغام‌شده تمرکز داشت. قطعه تنظیم ولتاژ در Haswell به داخل سی پی یو منتقل شد و به اون کمک کرد تا بهتر مصرف برق رو مدیریت کنه. البته این کار باعث شد گرمای بیشتری داخل سی پی یو جمع بشه اما به‌طور کل Haswell خوب عمل می‌کرد.

Bonnell: Silvermont یکی از اتم های تاریخچه سی پی یو های اینتل

در سال 2014 اینتل دوباره روی Bonnell کار کرد و با تغییراتی که روی اون انجام داد سری Silvermont متولد شد. یکی از مهم‌ترین تغییرات اون استفاده‌ی دوباره از طراحی تغییریافته‌ی OoO و یکی دیگه هم حذف شدن Hyper-Threading بود.

وقتی Bonnell کار خودش رو شروع کرد، خیلی‌ها فکر می‌کردن به خاطر طراحی OoO سایز سی پی یو های Atom که به کوچیک بودن معروف بود، بزرگ بشن و برق زیادی مصرف کنن ولی در 2014 اندازه‌ی ترانزیستورها خیلی کوچیک شد و مصرف برق هم پایین اومد. این به اینتل اجازه داد که از طراحی OoO روی سی پی یو های Atom استفاده کنه. همچنین Pipeline های اون رو در Silvermont تغییر داد تا Cache Miss رو کم کنه. این تغییرات با ارتقاهای دیگه دست به دست هم دادن تا Silvermont عملکردش 50 درصد از Cedarview بهتر بشه.

اینتل برای اینکه عملکرد Silvermont رو افزایش بده، محصولی رو معرفی کرد که 4 هسته داشت و با گرافیکی با طراحی مشابه Ivy Bridge ادغام شده بود. گرافیک مدل Silvermont فقط 4 واحد پردازش داشت ولی میتونست ویدیوهای 1080p رو اجرا کنه و به کاربر قابلیت بازی با گیم‌های قدیمی رو بده.

از تراشه‌های Silvermont در محصولات Trail-Based اینتل استفاده میشد. TDP اون بین 2 تا 6.5 وات و سرعت کلاکش بین 1.04 تا 2.64 گیگاهرتز بود.

Broadwell نسل لپ تاپ تاریخچه سی پی یو های اینتل

نسل جدید اینتل با عنوان Broadwell اواخر سال 2014 معرفی شد که مخصوص سیستم‌های سیار بود. این ساختار ترانزیستور‌های 14 نانومتری داشت. اولین سی پی یو این نسل با اسم Core M معرفی شد که دو هسته‌ای بود و از فناوری رشته بهره می‌برد. سی پی یو های Broadwell با توان مصرفی 3 الی 6 وات کار می‌کردن.

CPU های این نسل طی سال‌ها برای سیستم‌های سیار استفاده میشدن ولی با اینکه چند مدل دسکتاپ با این ساختار تولید شد ولی هیچ‌وقت در بازار دسکتاپ دیده نشدن. محصولات بالارده از بهترین iGPU اون موقع استفاده می‌کردن که 48 واحد پردازش داشت؛ همچنین کش L4 eDram اون 128 مگابایت ظرفیت داشت که مشکلات پهنای باند گرافیک رو حل می‌کرد. به این ترتیب سی پی یو در زمینه گیمینگ سریع‌ترین APU های AMD رو شکست داد و خودش رو در بازی‌های جدید به کاربرها ثابت کرد.

Bonnell: Airmont

اینتل نسل جدیدی رو به‌جای Atom طراحی کرد که مشابه طراحی Silvermont بود. کمپانی با فناوری 14 نانومتری Airmont رو ساخت ولی IPC اون بهبود پیدا نکرده بود ولی در عملکرد CPU های قبلی Bonnell رو شکست داد.

گرافیک Airmont نسبت به Silvermont پیشرفت کرده بود. این قطعه به تنهایی 24 واحد پردازش داشت ولی در Airmont این تعداد بین 12-16 بود. هیچ‌کدوم از سی پی یو های Airmont تعداد واحد‌های پردازششون به 24 نمی‌رسید. این 8 تا EU بیشتر که گرافیک داشت به عملکرد Airmont کمک می‌کرد. چون اگه حتی قسمت بزرگی از گرافیک خراب میشد باز هم قابل تعمیر بود. این ساختار گرافیک به‎‌صورت بهبود یافته برای نسل هشت Broadwell هم استفاده شد.

محصولات Airmont با کدهای Cherry Trail و Braswell فروخته شدن. سریع‌ترین مدل Atom با طراحی Airmont پردازنده‌ی N3700 بود که 4 هسته با کلاک 1.6 گیگاهرتز، 16 واحد پردازش 700 مگاهرتزی و کنترلر حافظه از نوع دوکاناله DDR3L داشت.

حرف آخر

خب مرسی که تا اینجا همراه ما بودید و سی پی یو های سری Core رو در تاریخچه سی پی یو های اینتل با ما بررسی کردید. در قسمت به سی پی یو های Skylake میپردازیم.

دانلود PDF این مقاله

PDF این مقاله

سوالات متداول