علت کاهش رشد فرکانس هسته اصلی پردازنده‌‌ها
کاهش رشد فرکانس پردازنده
در چندین سال گذشته، شاهد کاهش رشد فرکانس هسته اصلی پردازنده‌‌ها بوده‌ایم.
در بین متخصصان یک نظریه وجود دارد که افزایش رشد فرکانس ، منجر به انتشار گرما در ابعاد قابل توجهی می‌شود.
در واقع افراد عادی فکر می‌کنند که میزان فرکانس با “یک سوئیچ” تغییر کرده و به دلخواه آنها کار می‌کند و افزایش می‌یابد.
اما نگرانی‌‌های شدیدی هم وجود دارد که افزایش فرکانس ، باعث افزایش دمای پردازنده شده و امکان ذوب فیزیکی واقعی آن وجود دارد.
البته توجه داشته باشید که بسیاری از تولیدکننده‌‌های پردازنده را طوری می‌سازند که امکان وقوع این اتفاق نیست، چرا که پردازنده دارای مانیتور دمای داخلی بوده و قبل از بروز هرگونه خرابی فاجعه باری می‌تواند به طور خودکار CPU را خاموش کند.
این نظر توسط کاربران ارائه شده و حتی در فرآیندهای اورکلاک نیز ثابت شده است؛
زیرا در اورکلاک افراد سرعت پردازنده ها را دو برابر بیشتر کرده و در راستای آن نیز متوجه شده‌اند که باید تا حد امکان سیستم خنک کننده قدرتمندی را به آن متصل کنند.
البته “سوئیچ” گفته شده در قسمت قبل نیز حائز اهمیت بوده و در انتشار گرما تاثیر دارد، اما اینها فقط بخشی از نبرد بشر برای توسعه و افزایش فرکانس می‌باشد.
در این مطلب به بررسی معماری پردازنده محصول اینتل (معماری سوپر اسکالر) میپردازیم.
نقاله (conveyor)
بررسی های انجام شده نشان داد که محدودیت اصلی در سطح نقاله که بخش جدایی ناپذیر معماری سوپراسکالر است، می‌باشد.
از لحاظ عملکردی اجرای هر دستورالعمل پردازنده، به چندین مرحله تقسیم می‌شود
این مراحل به ترتیب پشت سر هم قرار گرفته و هر یک از آنها، در یک دستگاه محاسباتی جداگانه اجرا می‌شوند.
هنگا‌می‌که اجرای یک مرحله خاص به پایان رسید، می‌توان از دستگاه محاسباتی برای اجرای دستورالعمل دیگر استفاده کرد.
فرض کنید طولانی ترین مرحله برای اجرا به PS 500 (پیکو ثانیه) نیاز دارد. این طول تیک ساعت برای زمانی است که فرکانس کامپیوتر روی 2 گیگاهرتز می‌باشد.
حالا اگر تیک ساعت را دو برابر کوتاه‌تر و روی 250 پیکسل تنظیم کنیم، همه چیز به جز فرکانس ثابت می‌ماند.
در این حالت طولانی‌ترین مرحله شناخته طی دو تیک تاک ساعت اجرا می‌شود که با هم به PS 500 نیاز دارد.
با ایجاد این تغییر نه تنها هیچ چیز مفیدی بدست نمی آید، بلکه معماری چنین تغییری بسیار پیچیده‌تر شده و انتشار گرما افزایش می‌یابد.
البته شاید در نگاه کلی به نظر برسد که در این روش به دلیل کوتاه بودن تیک ساعت، مراحل سریعتر اجرا شده و در نهایت سرعت متوسط فرآیند افزایش می‌یابد. اما با این وجود نمودار زیر نشان می‌دهد که چنین نیست.
در ابتدا فرآیند بسیار سریعتر انجام خواهد شد.
اما از تیک ساعت چهارم، مرحله سوم و باقی مراحل مثال ما به تأخیر می‌افتند.
علت این اتفاق این است که دستگاه محاسباتی سوم بعد از هر دو تیک ساعت آزاد می‌شود (در حالت عادی دستگاه بعد از هر یک تیک آزاد می‌شوند).
در نتیجه از آنجایی که مرحله سوم مشغول اجرا یک دستورالعمل است، نمی توان همان مرحله دستورالعمل دیگری را اجرا کرد.
بنابراین پردازنده‌ای که از تیک ساعت 250 ولت استفاده می‌کند، با همان سرعت پردازنده 500 پیکسلی کار خواهد کرد؛ هرچند که فرکانس آن دو برابر بیشتر است.
پس علت چیست؟
بنابراین تنها راه افزایش فرکانس، کوتاه کردن طولانی ترین مرحله است.
اگر بتوانیم طولانی ترین مرحله را کاهش دهیم، امکان کاهش اندازه تیک ساعت تا این مرحله وجود داشته و هرچه تیک ساعت کوچکتر باشد، فرکانس بالاتر خواهد بود.
روش‌‌های زیادی برای تأثیر بر مدت زمان این مراحل با استفاده از فن آوری‌‌های موجود وجود ندارد.
یکی از این راه‌‌ها، توسعه یک فرآیند پیشرفته‌تر است.
به این صورت که با کاهش اندازه فیزیکی اجزای پردازنده، می‌توان سرعت اجرا مراحل را بالاتر برد.
چرا که در این صورت قطعات الکتریکی باید مسافت کمتری را طی کنند، در نتیجه زمان سوئیچ ترانزیستور کاهش می‌یابد و باقی مراحل… به بیان ساده همه چیز به طور یکنواخت سرعت می‌گیرد.
تمام مراحل از جمله طولانی ترین آن، به طور یکنواختی کوتاه شده و می‌توان فرکانس را افزایش داد.
این موضوع کاملا ساده به نظر برسد، اما پایین آوردن و کاهش اندازه در مقیاس نانومتر بسیار پیچیده است.
افزایش فرکانس به سطح فعلی فناوری وابسته بوده و در حال حاضر نمی توان از این محدودیت‌‌های فیزیکی فراتر رفت.
با این وجود سازندگان پردازنده به طور مداوم در حال بهبود فرآیندهای فناوری خود بوده و به افزایش تدریجی فرکانس هسته پردازنده امیدوار هستند.
بالا بردن فرکانس
روش دیگر برای بالا بردن فرکانس در مثال بالا تقسیم طولانی ترین مرحله به چندین مرحله کوچکتر است.
دستورالعمل و روش انجام این کار در گذشته مشخص شده و چندین بار نیز موفقیت آمیز بوده است.
در واقع فعالیت زیادی توسط سازندگان پردازنده انجام شده تا مراحل را تا حد ممکن کارآمد و کوتاه کنند.
اما تقسیم کردن مراحل به مراحل کوچکتر نه تنها یک چالش ایجاد می‌کند، بلکه می‌تواند بر کارایی کلی پردازنده تأثیر بسزایی بگذارد.
نتیجه گیری
تا به امروز مواردی وجود داشته که فرکانس پردازنده بدون تغییر ولتاژ، کمی افزایش یافته است.
این اتفاق در شرایط بسیار محدودی امکان پذیر است، زیرا پردازنده‌‌ها برای کار در شرایط بسیار متنوع طراحی شده‌اند (که بر طول مرحله تأثیر می‌گذارد).
به عنوان مثال طولانی ترین مرحله ممکن است فقط 95٪ از کل تیک ساعت را به خود اختصاص دهد.
بنابرین این احتمال افزایش یافته است، اما به یاد داشته باشید اورکلاک اشتباه می‌تواند نه تنها به پردازنده، بلکه به خود شما آسیب برساند.
روش‌‌های دیگری نیز برای تأثیرگذاری در طول گام وجود دارد که اهمیت آنها بسیار کمتر می‌باشد.
به عنوان مثال عامل دما بر روی تمام قطعات الکترونیکی پردازنده تأثیر می‌گذارد، اما تغییرات جدی و کاربردی فقط در مواردی که دما بسیار کم بوده دیده شده است.
در نتیجه تلاش برای افزایش فرکانس بسیار چالش برانگیز است.
با این وجود تلاش برای دستیابی به این موفقیت در حال انجام است، حتی اگر نتیجه آن افزایش فرکانس با سرعتی بسیار کند باشد.
البته اکنون که پردازنده‌‌های چند هسته‌ای وجود دارند، رایانه‌‌ها باید سریعتر کار کنند؛ چه به دلیل فرکانس بالاتر یا چه به دلیل اجرای موازی چندین کار.
در واقع با اجرای موازی کارها، قابلیت و انعطاف پذیری بیشتری نیز فراهم می‌شود!
.jpg)
اگر به دنبال هارد سرور، سرور و یا تجهیزات شبکه با برند اچ پی با بهترین قیمت و ضمانت اصل بودن کالا هستید، میتوانید با مشاورین آریا شبکه پیشرو تماس بگیرید.
اگر قصد راه اندازی شبکه دارید پیشنهاد میکنیم جزئیات این 4 محصول را ببینید:
سی پی یو سرور Intel Xeon Processor E5-2680 V4