http://www.ictnews.ir/
http://ictnews.ir
چهارشنبه 1 مهر 1394
پردازنده‌های چندهسته‌ای در دنیای موبایل
پردازنده‌های چندهسته‌ای در دنیای موبایل

نزدیک به یک دهه پیش تولید‌کنندگان پردازنده‌ در عرصه سیستم‌های دسکتاپ به معماری‌های چندهسته‌ای روی آوردند تا با افزایش کارایی نسخه‌های قدیمی تک هسته، مصرف انرژی این بخش سخت‌افزاری را تا حد امکان کاهش دهند.

پردازنده‌های چندهسته‌ای امروزی در مقایسه با اسلاف خود وظایف بیشتر را در مدت زمانی کمتر و با مصرف انرژی پایین اجرا می‌کنند. پردازنده‌های دستگاه‌های همراه هم قاعدتا باید همگام با این تحول در صنعت رایانه جلو می‌رفتند و با چالش‌های مشابهی رو به رو می‌شدند. وظایفی که امروز مردم از گوشی یا تبلت خود انتظار دارند بسیار شبیه به آن چیزی است که در دنیای دسکتاپ شاهد بودیم، یعنی نیازهای پردازشی بیشتر شده و در عین حال کاربر از افزایش عمر باتری دستگاه استقبال می‌کند. مواردی مثل پخش ویدیوهایHD، قابلیت چندوظیفه‌ای برای اجرای همزمان برنامه‌ها، مرور وب، بازی‌ها و رابط‌های سه‌بعدی، توانایی‌ پردازنده‌های تک‌هسته‌ای همراه را به چالش کشیدند و این گذار به چندهسته‌ای‌ها در صنعت همراه هم تکرار شد.
چرا چند هسته؟
نظر به رشد شبکه‌های بی‌سیم با سرعت‌های بالا از دستگاه‌های همراه برای اجرای وظایف متنوع پرقدرتی استفاده می‌شود که پیش از این در دنیای دسکتاپ شاهد بودیم. نسل بعدی ابزارهای هوشمند به نیازهای بیشتری پاسخ می‌دهند که از آن دسته می‌توان به کنفرانس‌هایHD، کدگذاری و آپلود فایل‌های سنگین و بازی‌های بلادرنگ سه‌بعدی و پیچیده اشاره کرد. مسلما پردازنده‌های تک هسته‌ای قادر به پاسخ به این نیازها نیستند و مادامی که اجرای چند برنامه به طور همزمان قسمتی از تجربه روزمره کاربر باشد، عملا کاری از پیش نمی‌برند.
مهندسین به منظور بهبود کارایی پردازنده‌ها از تکنیک‌های مختلفی مثل ساخت اجزای نیمه‌هادی‌ کوچک‌تر و سریع‌تر، افزایش فرکانس عملیاتی هسته، ساخت هسته‌های بزرگ‌تر و غیره استفاده کرده‌اند. با این همه صرف افزایش اندازه هسته یا کش پردازنده تنها تا سطحی خاص بر بهبود آن تاثیر می‌گذارد و افزون بر این مشکلاتی چون اتلاف حرارت به همراه خواهد داشت. دانش فیزیک عناصر نیمه‌هادی‌ نشان داده که افزایش فرکانس عملیاتی و ولتاژ، مصرف انرژی را به شکلی نمایی بالا می‌برد. در این صورت اگرچه ممکن است با افزایش فرکانس و ولتاژ بتوان تا اندازه قابل قبولی کارایی پردازنده را افزایش داد در مقابل مصرف انرژی بیشتر می‌شود؛ با افزایش مصرف انرژی ناخواسته باید تعداد خنک‌کننده‌های بیشتری تعبیه کرد و در نتیجه ابعاد نهایی پردازنده به حدی می‌رسد که کاربردی در صنعت همراه نخواهد داشت. معضلاتی از این دست موجب شده تا سازندگان به دنبال افزایش تعداد هسته بروند و با این رویکرد کارایی و مصرف انرژی را هم تراز هم نگه دارند.
داشتن یک پردازنده چند هسته‌ای بدان معنی است که پردازنده می‌تواند در هر زمان روی بیش از یک وظیفه کار کند و اگر محاسبه پیچیده‌ای به آن بدهید عملکرد موثرتری دارد. برای توضیح فرآیندهای چندوظیفه‌ای می‌توان گفت: اگر همزمان وب‌گردی می‌کنید، ایمیل چک می‌کنید و در عین حال می‌خواهید در نرم‌افزار اکسل محاسبه انجام دهید، هسته 1 در این نوع پردازنده‌ها به ایمیل و هسته 2 به وبگردی و هسته‌های 3 و 4 به محاسبه اکسل اختصاص می‌یابند. اگر در مقابل یک محاسبه یا وظیفه پیچیده مثل رندر تصاویر سه‌بعدی را به پردازنده بدهید، سیستم مرکزی آن را به بخش‌ها و وظایف کوچک‌تر و ساده‌تری تبدیل می‌کند و به شکل موازی کار آن‌ها را پردازش خواهد کرد. برای نمونه در پردازش تصویر سه‌بعدی، کل تصویر به بلوک‌های مجزای تبدیل شده و پردازش هر یک از این بلوک‌ها به هسته‌های متفاوت واگذار می‌شود.
پردازنده دو یا چهار هسته‌ای چه تفاوتی برای کاربر دارد
برای اغلب کاربران گوشی‌های هوشمند، تصمیم‌گیری‌ برای خرید محصول بر چند عامل ساده چون قیمت، اندازه صفحه‌نمایش و کیفیت آن، طراحی و زیبایی، منطقه تحت پوشش و امکانات جانبی دستگاه مبتنی است. عامل مهم دیگر پردازنده، گوشی است و اغلب از خود می‌پرسیدپردازنده‌های دو یا چهار هسته‌ای چیستند و اصلا چرا باید مهم باشند؟
وقتی به عنوان خریدار گوشی یا تبلت به عواملی فراتر از ظاهر فیزیکی و قیمت توجه می‌کنید به اشاراتی فنی بر می‌خورید که می‌توانند در تصمیم‌گیری نهایی‌تان مفید باشند. مدت زمان زیادی از ظهور گوشی‌های تک‌هسته‌ای نمی‌گذرد؛ در این گوشی‌ها یک واحد پردازش مرکزی که به عنوان تراشه کامپیوتری یا یک سیستم روی تراشه شناخته می‌شود، تعبیه شده‌ است. از ابتدای سال 2012 به این طرف سازندگان گوشی‌های هوشمند شروع به عرضه مدل‌های دو هسته‌ای کردند و چیزی نگذشت که پردازنده‌های چهار هسته‌ای هم وارد بازار شدند. بطور نظری، هرچه تعداد پردازنده‌ها بیشتر باشد سرعت و تقسیم وظایف افزایش می‌یابد.
تا کنون پردازنده‌هاخواه از نوع سیستمی خواه از نوع رایانه‌ای، از یک منظر مهم تغییر چندانی نکرده‌‌اند و به تعبیری می‌توان گفت تنهاقادر به انجام کاری هستند که نرم‌افزاردستورش را می‌دهد. یک پردازنده چهار هسته‌ای از این نظرسریع‌تر از نمونه یک یا دو هسته‌ای است اگر و فقط اگرنرم‌افزارقابلیت‌های پردازشی خاصی طلب کند. اکثر برنامه‌های کاربردی امروزی هنوز هم برای پردازنده‌های یک یا دو هسته‌ای بهینه نشده‌اند و می‌توان گفت چهارهسته‌ای‌ها عملا تاثیری در اجرای آن‌ها ندارند؛ با این حال نرم‌افزارهای پیچیده‌ای هم وجود دارند که قدرت پردازش بیشتری می‌طلبند.
افزون بر تعداد هسته‌هامولفه‌های دیگری هم بر تراشه‌ها تاثیر دارند؛ برخی از تراشه‌‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که کارایی کمتر و مصرف باتری کمتری دارند. ممکن است در طراحی دیگر تراشه‌ها وظایفی مثل مدیریت فایل‌های گرافیک در اولویت باشند. در این بین برخی مصرف باتری را فدای کارایی و برخی کارایی را فدای مصرف باتری کرده‌اند.
یک گوشی با پردازنده دو هسته‌ای ممکن است به خوبی از پس کارهای روزمره یک کاربر برآیدچرا که به هر حال امکان سوییچبین وظایف را دارد. یک هسته می‌تواند مشغول پردازش وبگردی شده و دیگری عملا بیکار باقی بماند تا یک تماس تلفنی آن را بیدار کند. هر دوی این فرآیندها بدون هیچ دردسری اجرا می‌شوند و نیازی به هسته اضافی هم نیست.
پردازنده چهار هسته‌ای امکان اجرای آخرین، عالی‌ترین و پیچیده‌ترین برنامه‌ها مثل بازی‌های ویدیویی سه‌بعدی با کیفیت را به کاربر می‌دهد و همچنین قادر است فرآیندهای تجاری که به محاسبه پیچیده‌تر نیاز دارند را به خوبی اجرا کند. تماس‌های ویدیویی کیفیت و صدای بهتری دارند و پردازنده می‌تواند به همزمان وظایف دیگر در پس زمینه رسیدگی کند.
حافظه مولفه مهم دیگری است و اگر گوشی 16 یا 32 گیگابایتی داشته باشید، اطلاعات بیشتری روی بورد اصلی ذخیره می‌شوند و در نتیجه نرم‌افزارها تقریبا بدون تاخیر به آن‌ها دسترسی پیدا می‌کنند. حافظه بیشتر به برنامه‌های مبتنی بر وب هم که به حافظه بیشتر برای داده‌ها نیاز دارند، سرعت می‌بخشد و در نتیجه جریان صوتی و ویدیویی با تاخیری ناچیز پخش می‌شود.
پردازنده‌های همراه مبتنی بر معماری آرم(ARM) از شیوه کاهش مجموعه دستورالعمل استفاده می‌کنند اما برای اجرای فرآیندهای پیچیده‌تر به اندازه بزرگ‌تری از کد نیاز دارند. با این همه عملکرد واقعی به سرعت کلاک، پهنای باند حافظه، کش و عوامل دیگری هم بستگی دارد. در مجموع می‌توان گفت معماری و سرعت کلاک دو عامل مهم و موثر بر کارایی پردازنده هستند. در انتخاب یک پردازنده، این دو عامل را می‌بایست همواره با هم در نظر گرفت. اگر پردازنده‌ای سرعت کلاک بالایی داشته باشد اما فاقد معماری مناسب باشد شاید از پس وظایف سنگین و پیچیده‌ بر نیاید.
فرکانس پردازنده یا سرعت کلاک، نرخی قابل اندازه‌گیری است که هر هسته پردازنده توسط آن اجرای دستور یک چرخه پردازشی را تکمیل می‌کند. این مولفه که با مگا و گیگاهرتز اندازه‌گیری می‌شود در پردازنده‌های مختلف اختلاف اندکی دارد یعنی زمانی می‌توانید دو سرعت فرکانس را با هم مقایسه کنید که معماری پردازنده‌ها یکسان باشند. برای مثال فرکانس پردازنده‌های انویدیا تگرا 3 را به دلیل داشتن معماری یکسان می‌توانید با هم مقایسه کنید اما این معماری با پردازنده‌های اسنپ‌دراگون ساخت کوالکام قابل مقایسه نیست. در مجموع باید بگوییم مقایسه این دو مولفه بدون در نظر گرفتن هر دوی آن‌ها کاری بیهوده است و اگر می‌خواهیدفرکانس دو گوشی را بررسی کنید باید از معماری یکسان آن‌ها اطمینان داشته باشید.
پردازنده‌های دوهسته‌ای با امکان چندوظیفه‌ای می‌توانند چندین نرم‌افزار را در پس زمینه در وضعیت اجرا نگه دارند و تجربه کاربر را یک گام جلوتر ببرند. به دلیل آنکه امروزه تولید پردازنده بر نرم‌افزار متمرکز است، در صورت وجود چهار هسته، ساخت رابط‌های کاربری سفارشی در سیستم‌عامل‌های اندروید و آی‌او‌اس امکان‌پذیر شده است. تولید این نوع پردازنده‌ها مشخصا نظر به معماری جدید هزینه بیشتری می‌طلبد اما این لزوما قیمت نهایی چهارهسته‌ای را در مقابل دو هسته‌ای افزایش نمی‌دهد؛ از همین رو ممکن است گوشی‌های چهارهسته‌ای هم در بازار بیابید که قیمتی کمتر از دوهسته‌ای‌ها دارند. این تفاوت قیمت به عوامل مختلفی مثل طراحی، معماری، مدیریت مصرف انرژی، اجزای تعبیه شده در تراشه و غیرهبستگی دارد. به بیان دیگر تنها با توجه صرف به سرعت کلاک نمی‌‌توانید یک گوشی را از منظر کارایی بهتر از دیگری بدانید. همانطور که گفتیم اگر نرم‌افزاری برای پردازنده چهار هسته‌ای نوشته شده باشد و به منابع آن نیاز پیدا کند، یک گوشی دو هسته‌ای از پس اجرایش بر نمی‌آید و این همه بستگی به سرعت کلاک، معماری و حافظه اصلی دستگاه دارد. در نتیجه توصیه ما این است که حداقل پیش از خرید، نیازهای نرم‌افزاری‌تان را لیست کرده و با در نظر گرفتن قدرت پردازنده به سراغ گوشی‌های گران‌تر بروید.

دو، چهار و هشت
اکسینوس 5 اکتا تولیدی شرکت سامسونگ اولین تراشه سیستمی در گوشی‌ها است که از معماری هشت هسته‌ای پشتیبانی می‌کند. اجازه دهید بدون ورود به جزییات فنی به روش‌های تولید این پردازنده‌ها و مزایا و معایب آنها اشاره کنیم و ببینیم وجود این پردازنده‌ها چه تاثیری بر تجربه کاربر می‌گذارد.
پیش از ظهور تراشه‌های چندهسته‌ای در دنیای دسکتاپ، ماشین‌هایی وجود داشتند که هر یک فرآیندهای منفردی را اجرا می‌کردند. هر تراشه در این ماشین‌ها تمام اجزای دیگر ماشین‌ها را در خود داشت و مساله اصلی برقراری ارتباط بین این تراشه‌های متمایز با یکدیگر و با حافظه اصلی بود. برای رفع این معضل ارتباطی، سازندگان تصمیم گرفتند چند هسته را روی یک تراشه منفرد قرار دهند و از این طریق هزینه نهایی را کاهش داده و این اجزا را در کنار هم تعبیه کنند. در این بین شرکت اینتل کار جالبی انجام داد و یک هسته مجازی به پردازنده افزود و نام این تکنیک را هایپرتردینگ (Hyperthreading) گذاشت. تراشه‌های مبتنی بر این فناوری به شکلی کار می‌کردند که گویی واقعا دو یا چهار هسته مجزای فیزیکی دارند در حالی که عملا هسته‌ها مجازی بودند و با تفکیک نرم‌افزاری چندین واحد مجزای پردازش رادر اختیار سیستم عامل می‌گذاشتند. این پردازنده‌ها پردازنده‌های چندهسته‌ای واقعی نبودند.

رویکرد گروه‌بندی متقارن
وقتی در دنیای همراه از پردازنده‌ هشت‌هسته‌ای سخن می‌گوییم اغلب فکر می‌کنیم با هشت هسته مجزا و با سرعت و قدرت کاملا یکسان روی تراشه سر و کار داریم. مزیت وجود هشت هسته مجزای واقعی روی یک تراشه این است که هر یک می‌توانند بار کاری مشابهی را به طور همزمان با دیگر هسته‌ها اجرا کنند. یک رویکرد واقع‌بینانه‌تر این است که تیمی از دو مجموعه تراشه چهارهسته‌ای تشکیل بدهیم. در حال حاضر فناوری چهارهسته‌ای را در اختیار داریم، شاید این بهترین شیوه توسعه هشت‌هسته‌ای‌ها باشد. در این رویکرد وظایف را به جای اینکه به هسته‌های منفرد بدهیم آن‌ها را به گروه‌های چهارتایی موجود می‌فرستیم.

رویکرد ترکیبی ( هیبرید)
یکی از راهکارهای ARM، استفاده از مفهوم big.Little است. بر طبق این شیوه برای ساخت هشت‌هسته‌ای‌ها تیمی از دو گروه تشکیل می‌دهیم که یکی از نوع قوی و دیگری از نوع متوسط است. اگرچه شاید بطور نظری این روش کاراتر از بقیه (مجازی‌سازی اینتل، وجود هشت هسته فیزیکی یا گروه‌بندی متقارن) نباشد، به هر حال تکنیکی است که سامسونگ امسال در گوشی‌ها و تبلت‌هایش اعمال می‌کند. هرچند هنوز مشخص نیست این شیوه تا چه اندازه موفق باشد، اما مسلم است که در مولفه مهم مصرف انرژی به شدت تاثیر می‌گذارد؛ یعنی اگر از یک هسته تنها وظایف ساده بر بیاید چه لزومی داریم که این وظایف را به گروه قوی‌تر بدهیم و مصرف باتری را بالا ببریم؟ سامسونگ با این روش تصمیم دارد حین اجرای وظایف ساده مصرف نهایی را به حداقل برساند.

تجربه کاربر در بازی، کیفیت ویدیو و امکان چندپنجره‌ای
بازی‌ها بیش از هر برنامه کاربردی دیگر به منابع پردازشی و گرافیکی نیاز دارند. انویدیا برای رفع این مشکل بخش زیادی از تراشه‌اش را به واحد پردازش گرافیکی اختصاص داده است. با وجود یک پردازنده هشت‌هسته‌ای بازی‌هاواقعی‌تر و‌ سریع‌تر به نظر می‌رسند و اجرایشان در صفحه‌نمایش‌های بزرگ‌تر و با وضوح بالاتر فراهم می‌شود؛ تجربه‌ای که پیش از این در هیچ گوشی یا تبلتی با آن مواجه نشده‌اید.
رزولشن 720p تعداد زیادی پیکسل روی صفحه می‌اندازد که هر یک باید توسط پردازنده شناسایی و پردازش شوند و با رزولشن‌های 1080p و بالاتر تعداد این پیکسل‌ها بیشتر هم می‌شود. در نمایشگاه CES امسال شاهد ظهور فناوری‌های فوق العاده ویدیویی شدیم که با عناوین 4K  و 4K Ultra شناخته می‌شود. رزولشن‌های رده Ultra موضوعی است که سازندگان پردازنده باید نگرانش باشند. دستگاه‌هایی با این ویدیوها به منابع پردازشی‌ فراتر از تراشه‌های موجود نیاز دارند و هر تصویری در یک گوشی یا تبلت هشت‌هسته‌ای می‌بینید واقعی‌تر از گذشته به نظر می‌رسند.
شرکت سامسونگ از معدود تولیدکنندگانی است که اجرای همزمان برنامه‌ها را در اولویت تولیدات خود قرار داده اما قضیه به همین جا ختم نمی‌شود. امکان پردازش همزمان موضوعی بود که گوشی‌های دو یا چهار هسته‌ای به خوبی از پس آن بر می‌آمدند: شما چند نرم افزار در حال اجرا دارید که در یک لحظه فقط و فقط یکی از آن‌هادر صدر قرار دارد و بقیه در پس زمینه با مصرفی کمتر به کارشان ادامه می‌دهند. سامسونگ اولین شرکتی است که با عرضه پردازنده‌های اکسینوس این امکان پردازش همزمان را یک گام به جلو برده و آن را به امکان چندپنجره‌ای تبدیل کرده است: در یک زمان واحد می‌توانید به چندین نرم‌افزار در پنجره‌های مختلف دسترسی داشته باشید بدون آنکه اجبارا  آن‌ها را به پس زمینه بفرستید. این امر مشخصا به قدرت پردازشی نیاز دارد که افزون بر سوییچ بین برنامه‌ها بتواند آن‌ها را همزمان در دسترس بگذارد.
هرچه به سمت تولید بیشتر پردازنده‌های چندهسته‌ای می‌رویم با گزینه‌های متنوعی رو به رو می‌شویم؛ روندی نوین که  نوید از تولید محصولات ، فناوری‌ها و تراشه‌های پرقدرت می‌دهند.


مطالب مرتبط
نظرات کاربران

ارسال نظر در مورد این مطلب:
نام شما : *
آدرس ایمیل : *
متن نظر : *
کد امنیتی :
Refresh Code

لطفا عبارت درج شده در تصویر بالا را در کادر زیر بنویسید

*
 


کليه حقوق اين سایت متعلق به ICTNEWS است.
انتشار مطالب با ذکر منبع و لینک به سایت مجاز است.
تماس با ما: 88946450  فرم تماس با ما
این پرتال قدرت گرفته از :
سیستم مدیریت پرتال و خبرگزاری دیاسافت
ارتباط با ما : 1000030200