پردازنده هاي Intel Core i7 : خداحافظي با Intel Core 2 Duo
مقدمه
شرکت اينتل دير زمانيست که استراتژي افزايش فرکانس کاري پردازنده را کنار گذاشته و استراتژي کاهش اندازه نانو ترانزيستورها و افزايش هسته هاي پردازنده را در کنار تغيير معماري انتخاب نموده است. شرکت اينتل استراتژي خود را تيک-تاک (Tick-Tock) ناميده و طبق اين استراتژي , در هر سال يک نوآوري در رابطه با کاهش فناوري توليد پردازنده يا تغيير معماري پردازنده خواهد داشت. اجازه دهيد به سال 2005 ميلادي بازگرديم. در سال 2005 شرکت اينتل فناوري توليد پردازنده را از 90 نانو به 65 نانو کاهش داد (Tick).
در سال 2006 معماري پردازنده هاي شرکت اينتل به Intel Core تغيير يافت (Tock ).در سال 2007 فناوري توليد پردازنده از 65 نانو به 45 نانو کاهش يافت (Tick) و سرانجام امسال معماري Intel Core جاي خود را به معماري Intel Core i7 واگذار نمود. در سال 1388 (2009 ميلادي) شاهد خواهيم بود که پردازنده هاي Intel Core i7 با فناوري 32 نانو و با نام رمز Westmere تولِيد و عرضه خواهند شد. معماري جديد Sandy Bridge که جايگزين معماري Intel Core i7 خواهد شد در سال 1389 ( 2010 ميلادي) بر روي پردازنده هاي 32 نانومتري مشاهده خواهد شد. سرانجام در سال 1390 (2011 ميلادي) پردازنده هاي 22 نانومتري با معماري Sandy Bridge عرضه خواهند شد و در سال 1391 ( 2012 ميلادي) شرکت اينتل پردازنده هاي خود را با معماري Haswell ارائه خواهد نمود. شرکت اينتل در نظر دارد بر اساس معماري Core i7 پردازنده هاي Mobile خود را به دو هسته جهت کامپيوترهاي همراه (Notebook) , پردازنده هاي Desktop را با چهار هسته ويژه کامپيوترهاي روميزي و پردازنده هاي Server/Workstation خود را با هشت هسته جهت کامپيوترهاي سرويس دهنده يا سرويس گيرنده عرضه نمايد.

پردازنده Intel Core i7
شرکت اينتل سري جديد پردازنده هاي Core i7 را به عنوان جايگزين پردازنده هاي Core 2 Duo معرفي و فروش اين پردازنده ها ازآذرماه 1387 آغاز شده است. شرکت اينتل نهايتا مشخصات پردازنده جديد خود را از لحاظ مصرف انرژي و همچنين توانائي اجراي وظائف MultiTaskingبه پاي آخرين پردازنده رقيب ديرينه خود يعني شرکت AMD رسانيده است. البته قابل ذکر است شرکت اينتل درحال حاضر با معرفي پردازنده هايي بر پايه فناوري 45 نانومتر ، از شرکت AMD جلوتر مي باشد. با اين وجود Core i7 از برخي جهات بدنبال رسيدن به مشخصه هاي`پردازنده هاي شرکت AMD بوده است.پردازنده جديد شرکت اينتل داراي چهار هسته Bloomfield بر روي يک چيپ مي باشد و قادر است هنگام کاهش بار پردازنده (حالت Idle) , توان مصرفي خود را کاهش دهد.
هر کدام از هسته هاي چهارگانه پردازنده هاي Core i7 با استفاده از تکنولوژي چند بندي (HyperThreading) قادر هستند تا دو پردازش مجزا و جداگانه را در آن واحد اجرا نمايند.به گفته شرکت اينتل پردازنده Core i7 بدون صرف انرژي بيشتر مي تواند با سرعت بيشتري کار کرده و به پيشرفت هاي نائل شده در سرعت محاسبات اشاره مي نمايد که تاثير بسيار زيادي بر روي وظائف پردازشي سنگين مانند تدوين و رندر کردن گرافيک و يا انجام بازي (Game) دارد. سوکت نصب پردازنده هاي Core i7 نيز به LGA1366 ارتقا يافته است. بنابراين کاربران براي بهره گيري از اين پردازنده ها نياز به تهيه برد هاي اصلي مبتني بر چيپ ست اينتل X58 با سوکت LGA1366 خواهند داشت. همانطوري که عنوان شد پردازنده چهار هسته اي Core i7 داراي يک چيپ واحد مي باشد. شرکت اينتل در معماري جديد خود , کنترل کننده حافظه را از پل شمالي حذف نموده و به داخل چيپ پردازنده انتقال داده است. در معماري Intel Core i7 , گذرگاه FSB حذف و واحد Quick Path Interface (QPI) جايگزين شده است.
پردازنده Core i7 داراي 256 کيلوبايت حافظه نهان سطح اول (L1) مي باشد. هر هسته پردازنده داراي 32 کيلوبايت حافظه نهان L1 براي داده و 32 کيلوبايت حافظه نهان L1 براي کد مي باشد. ظرفيت حافظه نهان سطح دوم (L2) نيز 1 مگابايت مي باشد (هر هسته 256 کيلوبايت). يک حافظه نهان سطح سوم (L3) به ظرفيت 8 مگابايت به صورت اشتراکي در اختيار هر چهار هسته پردازنده قرار داده شده است. در معماري Intel Core i7 شاهد هستيم که مجموعه دستورات جديدي به نام SSE4.2 به مجموعه دستورات پردازنده اضافه شده است. پردازنده Core i7 از مجموعه دستورات MMX , SSE , SSE2 SSE3 , SSE4 , SSE 4.1 , SSE4.2 , EM64T پشتيباني مي نمايد.
سياست شرکت اينتل بدين صورت بوده است که همواره در ابتدا پردازنده هاي Xeon را با معماري جديد عرضه مي نمود ولي در رابطه با معماري Intel Core i7 شرکت اينتل ترجيح داد تا روشي متفاوت را انتخاب نمايد و در اولين مرحله اقدام به معرفي نسخه روميزي پردازنده Core i7 بنمايد. در اين راستا سه پردازنده Core i7 920 , Core i7 940 و Core i7 965XE توسط شرکت اينتل عرضه شده که به ترتيب داراي فرکانس هسته 2.66GHz , 2.93GHz و 3.2GHz مي باشند. پردازنده Core i7 965XE کاملاً unlock بوده و امکانات ايده آلي را جهت Overclocking فراهم مي نمايد. اين پردازنده به راحتي تا فرکانس 3.73GHz قابليت افزايش فرکانس را دارد.
پردازنده چهارهسته اي Core2 Quad با دارا بودن دو چيپ دو هسته اي , به ازاء هر چيپ مساحتي برابر با 107 ميليمتر مربع (مساحت اشغال شده برابر با 214 ميليمتر مربع) دارا مي باشد و در مجموع 820 ميليون ترانزيستور دارد. پردازنده چهار هسته اي Core i7 مساحتي معادل با 263 ميليمتر مربع و 731 ميليون عدد ترانزيستور دارد.با عنايت به يکسان بودن فناوري ساخت دو پردازنده Core 2 Quad و Core i7 , وجود 89 ميليون ترانزيستور بيشتر در پردازنده Core2 Quad نسبت به پردازنده Core i7 به راحتي مي توان نتيجه گرفت که در شرايط يکسان , پردازنده Core 2 Quad حرارت بيشتري توليد مي نمايد.
نکته قابل توجه , تصميم شرکت اينتل در حذف کنترل کننده حافظه از روي پل شمالي و انتقال آن به داخل پردازنده Core i7 است(QuickPath Interconnect) . همانطوريکه مي دانيد تاکنون پردازنده هاي شرکت اينتل از گذرگاه FSB يا ّFront Side Bus به صورت اشتراکي جهت ارتباط با حافظه استفاده مي نمودند. جايگزيني QuickPath به جاي FSB باعث مي شود که پردازنده دو مسير جداگانه QPI جهت ارسال و دريافت داده در اختيار داشته باشد. استفاده از معماري QuickPath در پردازنده Core i7 باعث شده که ارتباط پردازنده - حافظه و پردازنده – IO با استفاده از اتصالات نقطه به نقطه با سرعت بالا انجام شود. QPI در اصل يک رابط سريال ويژه به نام CSI (Common System Interface) با همبندي نقطه به نقطه است که داراي دو اتصال .ارسال و دريافت به صورت 20 بيتي مي باشد.
کنترل کننده توکار پردازنده Core i7 داراي سه کانال حافظه است که دسترسي به 3 ماجول حافظه RAM را به صورت همزمان و موازي فراهم مي نمايد. در حالت تئوري اعلام شده که معماري 3 کاناله , پهناي باند را تا 50% در مقايسه با معماري دو کاناله افزايش مي دهد. در اين معماري حافظه , پردازنده در هر سيکل به 192 ( 3 * 64 ) بيت دسترسي خواهد داشت. توجه داشته باشيد که پردازنده در معماري 2 کاناله حافظه به 128 بيت و در معماري تک کاناله به 64 بيت دسترسي خواهد داشت. پردازنده هاي خانواده core2 يا Penryn با حافظه هاي DDR3 به صورت دو کاناله با فرکانس هاي 1067 يا 1600 مگاهرتز مي توانند ارتباط داشته باشند. پردازنده هاي core i7 يا همان Nehalem با حافظه هاي DDR3 به صورت يک , دو و سه کاناله با حداکثر فرکانس 1067 مگاهرتز مي توانند تعامل داشته باشند. بررسي هاي انجام شده بيانگر اين مسئله است که انتقال کنترلر حافظه از روي پل شمالي برد اصلي به داخل پردازنده و استفاده از QPI , کارآيي عمليات خواندن/نوشتن , کپي و تاخير حافظه را به صورت محسوسي افزايش داده است. در شرايط مساوي يعني استفاده از حافظه DDR3 با فرکانس 1067 مگاهرتز به صورت دو کاناله , براي عمليات خواندن در پردازنده Core 2 QX9770 به مقدار 8125 مگابايت بر ثانيه مي رسيم ولي با همان شرايط در پردازنده i7-965 با 14030 مگابايت در ثانيه مواجه مي شويم. تاخير حافظه نيز از 2/64 به 9/34 کاهش يافته است. در عمليات کپي شاهد افزايش از 7207 به 13314 مگابايت بر ثانيه مي باشيم. در عمليات نوشتن نيز افزايش 8464 به 12038 مگابايت بر ثانيه را شاهد هستيم.
ويژگي ديگري که مي توان به آن اشاره نمود , وجود تکنولوژي Hyper-Threading در پردازنده هاي Core i7 است. تكنولوژي چندبندي (Hyper-Threading ) اين امكان را به هسته پردازنده مي دهد كه دو كد مستقل(Thread ) را به صورت همزمان اجراء كند. يك هسته پردازنده مبتني بر تكنولوژي چندبندي در اصل شامل دو هسته منطقي است كه هر كدام از اين هسته هاي منطقي داراي حالت كاري مخصوص به خود مي باشند. به بيان ساده اين تکنولوژي اين امکان را به سيستم عامل مي دهد که هر هسته پردازنده را به عنوان دو هسته مستقل بشناسد. سيستم عامل هاي Windows , MacOS , Linux , OS/2 Warp Server يا eComstation به صورتي طراحي شده اند که قابليت استفاده از تکنولوژي چند بندي را دارا مي باشند. بر روي سيستمي که از پردازنده چهار هسته اي Core i7 965 استفاده مي نمايد و بر روي آن سيستم عامل Windows XP نصب شده باشد , در قسمت Device Manager شاهد خواهيم بود که سيستم عامل در بخش Processors , هشت پردازنده با فرکانس 2/3 گيگاهرتز تشخيص داده است. همچنين مي توان با استفاده از برنامه Task Manager در يافت که سيستم عامل Windows , هشت پردازنده فعال را شناسايي نموده و وظائف خود را بر اساس هشت پردازنده منطقي موجود , زمانبندي و اجرا مي نمايد.
اکنون اجازه دهيد به بررسي تکنولوژي Turbo Boost در پردازنده Core i7 بپردازيم. شرکت اينتل طراحي خود را در Core i7 به صورتي انجام داده است که با استفاده از تکنولوژي SMT , کارآيي پردازنده تحت فراخواني Multi-Thread افزايش يابد. اگر پس از بکار گيري اين دو تکنولوژي , پردازنده به حداکثر توان پردازشي خود نرسيده باشد به صورت خودکار فرکانس پردازنده به اندازه 133 يا 266 مگاهرتز بيشتر از فرکانس عادي افزايش مي يابد تا پردازنده به حداکثر توان پردازشي خود برسد.
ويژگي جالب ديگر پردازنده Core i7 , توان حرارتي کمتر نسبت به Core 2 Quad است. دو پردازنده Core 2 Extreme QX9770 و Core i7-965 با فرکانس يکسان 3.2GHz کار مي کنند. در حالت بيکاري توان حرارتي پردازنده Core 2 Extreme QX9770 برابر با 7/138 وات مي باشد ولي در همين شرايط توان حرارتي پردازنده Core i7-965 برابر با 5/105 وات مي باشد.