AMD و تحلیلی از فواید و مشکلات ترکیب هسته‌های آرم و x86 در یک تراشه (بخش اول)

تراشه‌های x86 اینتل بسیار سریع و قدرتمند هستند و در مقابل تراشه‌های مبتنی بر آرم، بسیار کم‌مصرف و مناسب تبلت‌ها و گوشی‌ها. ای‌ام‌دی با تراشه‌های سیاتل از آرم در سرورها استفاده خواهد کرد اما قرار است در سال 2015 تراشه‌های ترکیبی Sky Bridge را معرفی کند که در آن هسته‌های x86 و ARM در کنار هم فعالیت می‌کنند. مزایای این تراشه‌ها، مشکلاتِ استفاده‌ی بهینه از تمام هسته‌ها و آینده‌ی آن، موضوعات مورد بحث این مقاله هستند.

ماه قبل بود که در زومیت به نقشه راه AMD اشاره کردیم و از تراشه‌های جدید گفتیم. سیاتل تراشه‌های مبتنی بر هسته‌های 64 بیتی آرم است. البته قرار است این تراشه‌ها در سرورها استفاده شوند و کارایی و بازدهی بالای Cortex-A57 را در اختیار کمپانی‌های بزرگ قرار دهند.

اما از سیاتل امسال بگذریم. در سال 2015 و 2016 چه محصولی معرفی می‌شود؟ Sky Bridge نام تراشه‌های سال 2015 است و K12 هم نام هسته‌های مبتنی بر معماری آرم است که توسط خود AMD برای سال 2016 طراحی می‌شود. K12 اسم رمزی است که به هسته‌های متفاوت با Cortex-A57 آرم اشاره می‌کند.

چرا تراشه‌های ترکیبی؟

درسال‌های اخیر پلتفرم آرم با مصرف کم و بازدهی بالای خود معروف شده و توسعه‌ی بازار رو به رشد وسایل همراه به موفقیت آن بسیار کمک کرده است. به نمودار زیر که تخمین درآمد این دو بازار از منظر AMD است توجه کنید:

سال 2015 و 2016 زمانی است که هر دو پلتفرم به یک اندازه فروش خواهند داشت. در سال‌های بعدی باز هم فروش پلتفرم آرم بیشتر پیش‌بینی شده، اما حجم قابل توجهی دارد. ای‌ام‌دی به یک راهکار ترکیبی می‌اندیشد که به صورت نقطه چین نشان داده شده است. محصولی ترکیبی که فروش ای‌ام‌دی را افزایش دهد.

در اولین نگاه ممکن است تراشه‌های ترکیبی ای‌ام‌دی فقط برای اجرای سیستم عامل‌های مختلف توسط ابزارهای ترکیبی کاربرد داشته باشند اما تولید تراشه‌ی ترکیبی هزینه‌ی بالاتری دارد. اینکه آیا خرید و استفاده از آن در محصولات مختلف به صرفه است یا نه، نظر مشتری است اما در ادامه می‌خواهیم به این سوال پاسخ دهیم که آیا ترکیب کردن فقط برای تولید یک راه حل مشترک برای اجرای سیستم‌عامل‌های متفاوت است یا فواید بیشتری دارد.

در مورد K12 تاکنون چه اطلاعاتی داریم؟

K12 در سال 2016 رونمایی می‌شود، اما در حال حاضر اطلاعاتی در مورد آن منتشر شده است. اول اینکه K12 مبتنی بر آرم است و توسط ای‌ام‌دی طراحی می‌شود.

دوم اینکه K12 برای پیاده‌سازی HSA یا معماری ناهمگن در مورد هسته‌های مبتنی بر آرم و x86 برنامه‌ریزی شده است. برای افزایش کارایی تراشه‌ها، ترکیب توان پردازشی پردازنده‌ی اصلی و گرافیکی یک راه حل جدی و موثر است که HSA آن را امکان‌پذیر می‌کند.

نکته‌ی سوم سازگاری تراشه‌ها با یک نوع سوکت است.

آخرین مسأله این است که ای‌ام‌دی روی معماری جدید برای اجرای دستورات x86 کار می‌کند.

ای‌ام‌دی و ترکیب آرم و x86 در قالب یک تراشه

قرار است تراشه‌های Sky Bridge شامل هسته‌های آرم و x86 باشند. ای‌ام‌دی اطلاعات جامع و دقیقی منتشر نکرده، اما با توجه به اسلاید زیر می‌توان متوجه برنامه‌ی سال 2015 این کمپانی شد.

هسته‌های Puma+ در کنار هسته‌های Cortex-A57 به راحتی قابل استفاده است، اما آنچه مشکل به نظر می‌رسد، سازگاری دیگر بخش‌ها با هر دو نوع معماری است. کنترلر حافظه، واسط PCI-Express، ساختار حافظه‌ی کش، همگی باید با دو پلتفرم آرم و x86 هماهنگ شود. هسته‌ی مرکزی شامل هسته‌های آرم و x86 و نیز پردازنده‌ی گرافیکی است که با همه‌ی بخش‌های دیگر به صورت مشترک در رابطه‌اند، درست مثل تصویری که ای‌ام‌دی نمایش داده است:

برای پیاده‌سازی HSA باید هر دو مطابق یک استاندارد پیاده‌سازی شوند، ورودی‌ها و خروجی‌ها هم همین وضعیت را دارد.

پروژه‌ی Sky Bridge فقط قدم اول است اما اولین باری است که در راستای ترکیب آرم و x86، قدم برداشته می‌شود.

در ضمن اولین باری است که HSA در یک پلتفرم اندرویدی توسط ای‌ام‌دی پیاده‌سازی می‌شود.

ای‌ام‌دی هر از گاهی در انتشار گزارشات مالی یا رونمایی از محصولات مختلف به استراتژی پردازش ناهمگن توسط پردازنده‌های مختلف اشاره کرده است. آرم هم یک بخش مهم از طرح کلی ای‌ام‌دی است. هدف ای‌ام‌دی این است که از تمام بلوک‌های پردازشی استفاده کند؛ به این صورت که تمام طرح‌های هسته‌های پردازشی که ای‌ام‌دی گواهی استفاده از آن را دارد، در تراشه‌های مخصوصِ PC یا دیگر وسایل مورد استفاده قرار گیرد.

منظور از IP Core یا IP Block، طرح‌های هسته‌های پردازشی است که توسط آرم یا اینتل و دیگر کمپانی‌ها ارایه می‌شود و گواهی استفاده یا تغییر آن به دیگر کمپانی‌ها داده می‌شود.

بسته به نوع فعالیت، هسته یا هسته‌های بهینه انتخاب می‌شود

هسته‌های مبتنی بر آرم مزایای خاصی دارند، مثل مصرف کم و بازدهی بالا. در مقابل x86 پیچیده‌تر، پرمصرف‌تر و سریع‌تر است.

ای‌‌ام‌دی در بازار x86 با اینتل بزرگ روبروست و بیشتر متخصصین به تراشه‌های ای‌ام‌دی به عنوان یک گزینه‌ی جانبی نگاه می‌کنند. ای‌ام‌دی به دنبال تغییر این روند است و می‌خواهد تا جایی پیش برود که تراشه‌هایی با مزایای خاص داشته باشد.در ادامه قبل از بررسی روش ای‌ام‌دی به تلاش‌هایی که قبلاً برای ترکیب ISAهای مختلف شده، نگاهی می‌اندازیم. منظور از ISA معماری مجموعه دستورات است، مثل مجموعه دستورات 32 بیتی ARMv7 یا x86 اینتل که در پی‌سی و لپ‌تاپ حرف اول را می‌زند.

موفقیت x86-64 از سال 2003 به بعد، مدیون هماهنگی کامل آن با x86 قدیمی بود، یک ترکیب کاملاً هماهنگ برای استفاده از تمام نرم‌افزارهای 32 بیتی موجود

توجه کنید که x86-64 که معماری غالب تراشه‌های امروزی پی‌سی است، انشعابی از x86 محسوب می‌شود یا به عبارت دقیق‌تر، نسخه‌ی 64 بیتی آن است و لذا سازگاری کامل با x86 دارد. درست مثل ARMv8 که با معماری مجموعه دستورات 32 بیتی ARMv7 سازگاری کامل دارد و نمونه‌ی آن را در تراشه‌ی قدرتمند A7 اپل دیده‌ایم. البته x86-64 توسط ای‌ام‌دی AMD64 نامیده شده و اینتل هم عنوان EM64T یا IA-32e را برای آن انتخاب کرده بود، اما امروز به x86-64 معروف است.

ای‌ام‌دی اولین کمپانی بزرگی نیست که تصمیم گرفته دو ساختار متفاوت را ترکیب کند. اینکه بقیه چه کرده‌اند و چرا موفق شده یا شکست خورده‌اند، در پیش‌بینی آینده‌ی ام‌ای‌دی و به طور کلی، صنعت پردازنده‌ها بسیار مهم است که موضوع بخش دوم مقاله من است.

شما در مورد تراشه‌های ترکیبی چه نظری دارید؟ آیا ای‌ام‌دی با راهکار ترکیبی خود موفق می‌شود و سود بیشتری به دست خواهد آورد یا این راه حل جدید هم به ای‎‌ام‌دی در پیشی گرفتن از اینتل و شرکای آرم در بازارهای مختلف، کمکی نمی‌کند.