به یاد دارید؟ اولین نسل کامپیوترهای خانگی؟ یک سخت افزار پتو پهن و بزرگ ! باید بگویم کم کم داریم وارد نسلی می شویم که سخت افزارها به کوچک ترین حد خود خواهند رسید. نسلی که پی سی ها را کم کم به آخر عمر خود نزدیک می کند. در این مقاله می خواهم به طور خلاصه به اجزای اصلی سخت افزار کامپیوتر بپردازم.
بگذارید اینگونه بگویم:
ما داریم وارد نسلی می شویم که سخت افزار های بزرگ و قدرتمند، دیگر تنها در دست شرکت ها خواهد بود. سخت افزارهایی که بعنوان سرور یا دیتاسنتر به آنها متصل می شوید.
کافی است کمی به تکنولوژی های جدید دقت کنید. چه کسی فکرش را می کرد که این اسمارت فونی که در دستتان است قدرتش از اولین نسل سوپر کامپیوترها بیشتر باشد؟! سایز نسل اولیه کامپیوترها و سوپر کامپیوترها چقدر بود؟ الان ، قدرت پردازشیِ چندین برابر یک کامپیوتر کوچک و قدرتمند در دستان شما قرار دارد و می توانید سایت موستانگ را با آن باز کنید!
دنیای تکنولوژی بسیار پیچیده و چه بسا محرمانه است. بگذارید یک مثال دیگر بزنم:
آی مک های اپل را از اولین تا آخرین نسل خود مقایسه کنید
- دیگر خبری از مانیتورهای بزرگ با تراکم پیکسل بسیار پایین نیست
- دیگر خبری از پردازنده های بزرگ (از نظر نانومتر) و سخت افزار بزرگ با قدرت پردازشی بسیار پایین و خنده دار نیست
- دیگر خبری از دوربین های بزرگ با کیفیت تصویری بسیار پایین نیست
- دیگر خبری از اسپیکرهای بی کیفیت نیست
- دیگر….
جالب نیست؟
حال با این همه (دیگر) من می خواهم به این حرف برسم که: در آینده ای نه چندان دور، سخت افزاری به اندازه یک قوطی کبریت در دستان شما خواهد بود با قدرت پردازشی چندین و چندین برابر سخت افزارهای الان!
خیلی ریز وارد جزئیات نمی شوم و سعی می کنم تا همه چیز را به صورت خلاصه به شما موستانگی های عزیز توضیح دهم.
کافی است به پیشرفت سیستم های 8 بیتی به 16 بیتی، سپس به 32 بیتی و سپس به 64 بیتی دقت کنید. واقعا تغییرات هر کدام نسبت به نسل قبل خود وحشتناک است! و چه بسا در آینده ای نه چندان دور ، سیستم های 128 بیتی راه خود را به خانه های ما باز کنند. آنوقت است که به سیستم های 64 بیتی می خندید 🙂 هرچند، همین الان هم سیستم های 64 بیتی همان اکستنشنِ معماری x86 هستند.
یکی شدن تمام اجزای اصلی سخت افزار با معماری SoC
دنیای سخت افزار مدت هاست که به سمت یکی شدن تمامی اجزای داخل یک چیپ می رود. اسمارت فون های شما، کنسول بازی شما، تبلت شما، لپ تاپ شما و… همه از معماری SoC (System On Chip) استفاده می کنند. به این معنا که cpu و gpu و مابقی اجزا، داخل یک چیپ در کنار هم قرار می گیرند و بدین ترتیب مصرف برق و اتلاف انرژی و اشغال فضای اضافی در مادربرد کمتر می شود. حتی هزینه تولید چیپ نیز کاهش می یابد.
کنسول های بازی ، از نسل 7 به قبل ، معماری بسیار شبیه به PC داشتند. به صورتی که دو چیپ اصلی یعنی CPU و GPU به صورت جداگانه روی مادربرد سوار می شد و سیستم خنک کننده دستگاه وظیفه خنک کردن دو چیپ را داشت. بدین ترتیب مصرف انرژی بسیار بیشتر و هزینه تولید نیز بالا بود. جالب است بدانید اولین نسل از کنسول بازی سونی در نسل 7 یعنی PS3 ، قیمت بسیار بالایی داشت. قیمتی معادل 600 دلار! سی پی یو این دستگاه را IBM ساخته بود و جی پی یو را Nvidia . برای همین قیمت تولید بالا بود. اما پس از کلی شکایت از سوی گیمرها برای بالا بودن قیمت کنسول، سونی تصمیم گرفت که در مدل Super Slim ، از معماری SoC استفاده کند. در نهایت 100 دلار از قیمت کاهش یافت.
پیش نیاز تولید SoC ، واحد پردازش سریع یا APU است
این واحدها، CPU و GPU را روی یک تراشه واحد ترکیب کرده و یک واحد پردازش ترکیبی تشکیل می دهند. این نه تنها باعث کاهش هزینه، بلکه باعث بهبود کارایی نیز می شود. به حداقل رساندن فاصله فیزیکی بین CPU و GPU، انتقال سریعتر داده ها و افزایش کارایی را امکان پذیر می کند.
در نسل 8 و 9 نیز ( هم سونی و هم مایکروسافت ) به سمت AMD رفتند. به این دلیل که AMD نسبت به رقیب خود چیپ های ارزان قیمت تری می سازد و یکی از بهترین معماران SoC نیز هست. هر دو چیپ استفاده شده در کنسول های نسل هشتمی و نهمی ، APU هستند. در نتیجه، سیستم خنک کننده دستگاه تنها وظیفه خنک کردن یک چیپ را دارد.
هرچه اندازه CPU ها کمتر شود ، گرمای کمتری هم تولید می شود
بیایید کم کم از بحث کنسول ها خارج شده و به یکی از اجزای اصلی سخت افزار یعنی CPU بپردازیم. یکی از مهم ترین معیارهای سنجش سی پی یو ها نانومتر است. به این معنا که هر چه مقدار نانومتر کم تر شود، ترانزیستورها کوچکتر شده و تعداد بیشتری از آن ها در فضایی به اندازه بند انگشت قرار می گیرد و بدین ترتیب اتلاف انرژی کم تر می شود. از آنجا که ترانزیستورهای کوچکتر کارایی بیشتری دارند، می‌توانند محاسبات بیشتری را انجام دهند (بدون این که بیش از حد داغ شوند).
یکی از دلایلی که سی پی یوهای موجود در اسمارت فون ها گرمای کمتری نسبت به سی پی یو های دسکتاپ تولید می کنند هم همین است: پایین آوردن مقدار نانومتر . در نتیجه هرچه نانومتر کاهش یابد، گرمایی که ترانزیستورها تولید می کنند کم تر می شود.
روند تولید CPU ها
حال بیایید به طور خلاصه برایتان روند تولید یک CPU را شرح دهم:
- در گام اول، روی یک ورقه سیلیکونی (که از قبل با مراحلی پیچیده و با تکنولوژی لیتوگرافی تولید شده) با استفاده از نورِ مربع به مربع، جایگاه های سی پی یو حک می‌شود.
- این ورقه های سیلیکونی با ابعادی دقیق و استاندارد (همان طور که داخل عکس مشاهده می‌کنید) در یک فضای خلأ و استرلیزه و مخصوص قرار می‌گیرد.
- سپس با یک تکنولوژی کاملاً محرمانه و عجیب (شبیه یک نوع معجزه!) ترانزیستورها را بر روی این ورقه های دایره شکل القا می کنند (ترانزیستورهایی که هر کدام به اندازه اتم هستند).
- با گذر از مراحل آب و آتش و مس و… کاری می کنند که ترانزیستورها در جای خود قرار بگیرند و مراحل القا به پایان می رسد. در آخر پس از گذر از تمامی این مراحل، یک ربات به طور دقیق این ورقه را بُرش می‌دهد و مربع های جدا شده از ورقه ها هر کدام داخل یک برد قرار می‌گیرد و به قول معروف تبديل به سی پی یو می‌شود.
جالب است بدانید که چیپ های وسط، چیپ های فول کَش هستند و هر چه به سمت کناره ها می‌رویم تعداد ترانزیستور ها کاهش می یابد و چیپ های وسط تبدیل می‌شوند به چیپ های قدرت مند و گران قیمت و چیپ های کناری تبدیل می‌شوند به چیپ های ارزان قیمت و ضعیف و ناقص. این یکی از کارهای جالبی است که تولید کنندگان چیپ می‌کنند. ولی این همه ی ماجرا نیست. روند تولید یک سی پی یو به عنوان یکی از اجزای اصلی سخت افزار ، بسیار محرمانه و پیچیده است. هرگز ویدئویی کامل از آن گرفته نمی‌شود و ما هم به طور کامل چیزی از آن نمی‌دانیم!
ترانزیستور ، یکی از اجزای اصلی سخت افزار که تمامی قسمت های CPU را تشکیل می‌دهد
اما از وقتی که ترانزیستور ها بسیار کوچک شده اند یک مشکل فیزیکی به وجود آمده و آن هم تونل‌زنی کوانتومی است. از آن جایی که احتمالا می دانید، یکی از وظایف ترانزیستورها قطع جریان الکتریسیته در موارد مقتضی است. اما در حال حاضر ترانزیستورها به قدری کوچک شده اند که الکترون ها می توانند از میان آن ها عبور کنند. این حالت، تونل‌زنی کوانتومی (quantum tunneling) نام دارد.
چند روز پیش بود که در یک حرکت غافلگیر کننده، IBM چیپ 2 نانومتری خود را با 50 میلیارد ترانزیستور در فضایی به اندازه بند انگشت رونمایی کرد! در آینده ای نه چندان دور، اگر شما موستانگی عزیز دوباره این مطلب را بخوانی احتمالاً خواهی خندید! تکنولوژی با سرعتی باورنکردی پیشرفت می کند که واقعاً ترسناک است.
بگذارید صادق باشم! دو غول Intel و IBM پشت پرده تکنولوژی در جهان هستند.
در نهایت
اپل کاری بسیار جالب با پردازنده جدید خود یعنی M1 کرد. این پردازنده 5 نانومتری (که با معماری آرم توسط اپل سیلیکون ساخته شده است) در ورژن آی مک جدید استفاده شده و در کنار CPU و GPU ، رم را نیز درون یک چیپ جا داده! کاری با مشکلات این پردازنده ندارم، اما کاری که اپل کرد واقعا کار هوشمندانه ای بود و باعث شد اندازه مادربرد اندازه چسب های پهن کاغذی شود!
شاید ما با این موارد، به قول معروف ، سورپرایز شویم اما درواقع داریم خودمان را برای آینده آماده می کنیم. همان طورکه مانیتورهای خازنی و بزرگ تبدیل به مانیتورهای حال حاضر شدند، در آینده نیز دیگر مانیتورهای این چنینی نخواهیم داشت!
سایبرپانک 2077 را تجربه کرده اید؟ یا فیلم های سایبر پانکی نگاه کرده اید؟ همه اینها درواقع ما را برای آینده آماده می کنند. آینده ای که نسل های بعد از ما (یا حتی خودمان) آن را تجربه خواهند کرد!
[*] با تشکر از شما که تا اینجا همراهی کردید و مقاله را مطالعه کردید. موستانگ با حمایت شما قدرت می گیرد. نظرات خود را می توانید در پایین همین نوشته و در قسمت ثبت دیدگاه ها در میان بگذارید. برای مطالب جذاب بیشتر نیز کافی است تا ما را در قسمت پادوک دنبال کنید.
دانشجوی نرم افزار کامپیوتر.
علاقه مند به علوم کامپیوتر.
به دنبال کسب علم هستم تا ابد…
WE LIVE IN AGE OF NO PRIVACY
2 پاسخ
رحمت الله و برکاته بسیار زیبا بود. مارا در شبکه توحید دنبال کنید.
درود بر دکتر ملازاده 😆