پردازنده‌‌های کامپیوترهای خانگی و کامپیوترهای همراه طی چند سال اخیر دچار تحولات متعددی شده‌اند. این تحولات که همگی در جهت افزایش کارایی انجام گرفته، بیشتر در بخش معماری پردازنده و افزایش حافظه کش پردازنده بوده است. افزایش مقدار کش و همچنین تغییر در معماری پردازنده، همیشه همراه با فرایند ساخت جدید و استفاده از ترانزیستورهای کوچک‌تر بوده است، طوری که هر دو شرکت اینتل و AMD برای آنکه بتوانند پردازنده‌هایی با کارایی بالاتر تولید کنند، هر چند وقت یکبار فرایند ساخت پردازنده‌های خود را تغییر داده‌اند. فرایند ساخت پردازنده، اشاره به اندازه ترانزیستورهای به کار گرفته شده در هسته دارد. به عنوان مثال فرایند ساخت 45 نانومتری بدین معناست که پردازنده ترانزیستورهایی با اندازه 45 نانومتر دارد.
اما چرا سازند‌گان قطعات الکترونیکی، همچون تولیدکنندگان پردازنده، حافظه، پردازنده گرافیکی و ...، فرایند ساخت محصولات‌ خود را تغییر می‌دهند؟ تولیدکنندگان پردازنده‌ به چند دلیل فرایند ساخت خود را تغییر می‌دهند. اول اینکه این موضوع سبب خواهد شد تا اندازه هسته پردازنده کوچک‌تر شود. همانطور که می‌دانید، پردازنده از یک ویفر سیلیکونی تشکیل شده است که در واقع ترانزیستورها روی آن حکاکی می‌شوند. هر چه فرایند ساخت کوچک‌تر شود، به ویفر سیلیکونی کوچک‌تری نیاز خواهد بود. استفاده از ویفر سیلیکونی کوچک‌تر، موجب کاهش قیمت پردازنده به میزان قابل توجهی خواهد شد. از طرف دیگر، اگر از ویفر سیلیکون با اندازه قبل استفاده شود، می‌توان تعداد ترانزیستورهای بیشتری را روی آن حکاکی کرد. افزایش تعداد ترانزیستورها دو پیامد به همراه دارد: ا_ افزایش میزان کش 2_افزایش توان عملیاتی پردازنده. در نهایت کاهش اندازه ترانزیستور موجب کاهش مصرف توان می‌شود و بنابراین سازندگان می‌توانند سیستم‌های کم مصرف‌تری تولید کنند.
به طور کلی سازندگان پردازنده برای کاهش قیمت محصولات خود و همچنین افزایش کارایی آنها، سعی در کوچک‌تر کردن ترانزیستورها دارند. در این زمینه، شرکت اینتل همواره نسبت به AMD پیشتاز بوده است. این شرکت قصد دارد از فرایند ساخت جدید‌تری برای پردازنده‌هایش استفاده کند.

هفت میلیارد دلار سرمایه‌گذاری
این میزان مبلغ را اینتل تنها در ایالات متحده آمریکا برای فرایند ساخت 32 نانومتری‌ خرج کرده است. در اواخر سال آینده، کل سرمایه‌گذاری شرکت اینتل در آمریکا برای حرکت به سوی فرایند 32 نانومتری، تقریباً به حدود 8 میلیارد دلار خواهد رسید. این در حالی است که این روزها خبرهای مبتنی بر بحران اقتصادی در آمریکا و ورشکستگی بسیاری از کمپانی‌های مشهور در این کشور به گوش می‌رسد. اما آیا سرمایه‌گذاری در این سطح عظیم، به اینتل در آینده ضربه اقتصادی وارد نخواهد کرد؟
اینتل باید همیشه به فعالیت‌های رقیب اصلی خود یعنی AMD نیز توجه داشته باشد. فعالیت‌های رقیب اصلی اینتل نشان می‌دهد که این شرکت باید برای از دست ندادن بازار، به سوی فرایند ساخت جدیدتری برود. از این رو اینتل متحمل چنین هزینه سنگینی شده است.

نفشه فرایند ساخت
مطابق با برنامه‌ریزی تیک‌ـ‌ تاک، شرکت اینتل باید هر دو سال یکبار فرایند ساخت جدیدی معرفی کند. در شکل 1 این چرخه دو ساله و تحولات مرتبط با آن نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می‌کنید، اینتل باید در سال 2009 میلادی به فناوری ساخت 32 نانومتری دست پیدا کند.

اولین پردازنده 45 نانومتری اینتل با اسم رمز Penryn در اواخر سال 2007 میلادی معرفی شد. Penryn ابتدا شامل پردازنده‌های حرفه‌ا‌ی و سپس در اواسط 2008 شامل پردازنده‌‌های سطح متوسط شد. در حال حاضر می‌توان پردازنده‌هایی بر پایه Penryn و مبتنی بر فرایند ساخت 45 نانومتری در بازار پیدا کرد که قیمتی کمتر از 100 دلار دارند. در نسل بعدی پردازنده‌‌های اینتل، اندازه ترانزیستورها به 32 نانومتر کاهش خواهد یافت. اکنون به ترانزیستورهای به کار گرفته شده در فرایند ساخت 32 نانومتری می‌پردازیم. شکل 2 نمای یک ترانزیستور CMOS است.

شکل 3

اینتل برای تولید پردازنده 32 نانومتری، مجبور به ایجاد تغییراتی در نحوه ساخت پردازنده‌هایش شده است. بزرگ‌ترین تغییری که اینتل در این فرایند ساخت ایجاد کرده، استفاده از لیتوگرافی شناور روی لایه‌های فلز حساس است. همانطور که می‌دانید برای ساخت ترانزیستورهای کوچک‌تر، تجهیزات مورد استفاده باید رزولیشن بالاتری داشته باشند. لیتوگرافی شناور در حقیقت یک تکنیک افزایش رزولوشن است که فاصله هوایی معمول بین لنز نهایی و سطح ویفر را با مایعی که ضریب شکست بزرگ‌تر از نوع قبل دارد، جایگزین می‌کند. مایع به کار گرفته شده در ابزارهای لیتوگرافی شناور فعلی، آب تصفیه شده است. بنابراین اینتل برای تولید پردازنده‌های 32 نانومتری مجبور به ایجاد تغییرات در تجهیزات لیتوگرافی فعلی شده است. این موضوع سبب شده تا این شرکت هزینه‌های بسیار زیادی متحمل شود. اما برای آنکه بتواند ترانزیستورهای کوچک‌تر از 45 نانومتر تولید کند، چاره‌‌ای جز این نداشته است. لازم به ذکر است که شرکت AMD برای تولید پردازنده‌های مبتنی بر فرایند ساخت 45 نانومتری، از تجهیزات لیتوگرافی شناور استفاده کرده است (شکل 5).

اینتل می‌گوید کارایی ترانزیستورها در فرایند 32 نانومتر رشد قابل توجهی داشته است. شکل شماره 6 نیز بیان‌گر این حقیقت است. در این شکل، میزان جریان نشتی در مقایسه با زمانی که جریان از ترانزیستورها عبور می‌کند، برای هر دو نوع ترانزیستور 32 نانومتری N-Channel و P-Channel نمایش داده شده است.

ترانزیستورهای جدید پیشرفت قابل توجهی در افزایش توان کارایی ارایه کرده‌اند. این ترانزیستورها عملکرد سریع‌تری دارند و با توجه به کاهش قابل توجه جریان نشتی، که نسبت به ترانزیستورهای 45 نانومتری اینتل، در حدود 5 الی 10 درصد کمتر است، می‌توان آنها را در فرکانس‌های بالاتر نیز استفاده کرد. اینتل ادعا می‌کند که ترانزیستور 32 نانومتری‌اش قادر به عبور جریان بیشتری در مقایسه با دیگر ترانزیستورهای رایج امروزی است.
به طور کلی با توجه به مشخصه‌های کارایی و توان فرایند ساخت 32 نانومتری، این طور به نظر می‌رسد که این فناوری ساخت، در تجهیزات موبایل بسیار مورد توجه قرار بگیرد. به هر حال مصرف توان پایین‌تر و کارایی بالاتر قطعاً برای محصولات موبایل بسیار جذاب خواهد بود.

کش بزرگ‌تر
اینتل به طور معمول، بعد از معرفی یک فرایند ساخت جدید، ابتدا محصولی مبتنی بر آن اما با کش بزرگ‌تر نسبت به محصولات ما قبل خود تولید می‌کند. اولین چیپ SRAM اینتل که مبتنی بر فرایند 32 نانومتری بود، در اواخر سال 2007 معرفی شد. خصوصیات برجسته این محصول در شکل 7 نشان داده شده است.

این چیپ 291 مگابیتی، از 1.9 میلیارد ترانزیستور تشکیل شده و در فرکانس 4 گیگاهرتز عمل می‌‌کند. اندازه هر سلول این چیپ برابر 0.171 میکرومتر مربع است. به عبارت ساده‌تر، در این فرایند ساخت جدید برای ذخیره هر بیت داده نیاز به فضایی برابر با 0.171 میکرومتر مربع است. در فرایند ساخت 45 نانومتری، اندازه هر سلول
0.346 میکرومتر مربع بود (سلول‌های پردازنده‌ کامپیوتر خانگی و Atom اندکی بزرگ‌تر است) این در حالی‌ است که سلول‌های SRAM با فناوری 45 نانومتری به کار گرفته شده در پردازنده‌های AMD از اندازه 0.370 میکرومتر مربعی برخوردارند. در فرایند 32 نانومتری، اندازه هسته می‌تواند تقریباً به نصف کاهش پیدا کند. این موضوع بدین معنی است که اینتل قادر است در مساحتی یکسان، با پردازنده‌های نسل قبل خود تعداد ترانزیستورها و در نتیجه مقدار کش آنها را دو برابر کند. یا اینکه پردازنده‌هایی با همان میزان کش سابق اما با نصف اندازه هسته نسل قبل تولید کند. Core i7 چیپ تقریباً بزرگی با اندازه 263 میلی‌متر مربع است و انتظار می‌رود که اینتل اندازه این سطح را کاهش دهد و پردازنده‌های Core i7 نسل بعد با افزایش اندکی در مقدار کش و کاهش چشم‌گیری در اندازه سطح هسته تولید شوند (شکل 8).

دو فرایند ساخت 32 نانومتری متفاوت
هر یک از فرایند‌های ساخت اینتل شامل دو گروه می‌شود: یکی برای پردازنده‌ها و دیگری برای SoCها (System on a Chip). فرایند 32 نانومتری اکنون دو روش ساخت به نام P1268 (برای پردازنده‌ها) و P1269 (برای SoC) دارد. به طور کلی دو تفاوت عمده بین فرایند ساخت نسخه پردازنده و SoCها وجود دارد. نسخه SoC برای جریان نشتی پایین بهینه‌سازی می‌شود، در حالی که نسخه پردازنده برای عبور جریان بالا بهینه‌سازی خواهد شد. در نمودار جریان نشتی در مقابل جریان عبوری، فرایند P1268 موجب می‌شود تا نمودارها به سمت راست حرکت کنند، در حالی که در روش P1269 کاهش جریان نشتی مد نظر است. همچنین SoCها نیازمند جریان بالاتری نسبت به ولتاژ طبیعی هستند، بنابراین نیازمند فرایند ساختی هستند که بتواند این ولتاژ‌ها را تحمل کند.

تیک ـ تاک
اگر به خاطر داشته باشید، پردازنده‌های Conroe در جولای 2006 میلادی، Penryn در اکتبر 2007 و Nehalem در نوامبر 2008 معرفی شدند. این پردازنده‌ها به ترتیب در دوره‌های تاک، تیک و تاک اینتل عرضه شده‌اند. اکنون یکبار دیگر نوبت به دوره تیک است. اینتل امسال قصد دارد Westmere را معرفی کند. با توجه به این موضوع که این هسته در دوره تیک اینتل قرار دارد، بنابراین به راحتی می‌توان حدس زد که نسبت به پردازنده‌های Core i7 (پردازنده‌های Nehalem) موجود تنها شامل فرایند ساخت کوچک‌تر می‌شود (شکل 9).

در حقیقت Westmere نسخه 32 نانومتری Nehalem است، شبیه Penryn که نسخه 45 نانومتری Conroe/Merom بود. Westmere در فصل پایانی امسال معرفی خواهد شد. اینتل قصد دارد ابتدا نسخه کامپیوترهای خانگی و سپس نسخه موبایل این هسته را معرفی کند.

نام‌گذاری‌های پیچیده
خانواده Nehalem در حقیقت اشاره به پردازنده‌های‌ کامپیوتر خانگی، سرور و موبایل شرکت اینتل دارد که مبتنی بر فرایند ساخت 45 نانومتری هستند. پردازنده‌های خانواده Nehalem از نظر معماری با پردازنده‌های خانواده Penryn تفاوت زیادی دارند، در حالی که هر دو از فرایند ساخت 45 نانومتری استفاده می‌کنند. Nehalem شامل چند هسته مختلف می‌شود که عبارتند از:
• Bloomfield
هسته Bloomfield که در پردازنده‌های سطح حرفه‌ای به کار گرفته شده، شامل چهار هسته‌ می‌شود و قادر به پردازش هشت Thread به طور همزمان است. پردازنده‌های Core i7 فعلی مبتنی بر این هسته ‌هستند.
• Lynnfield و Clarksfield
اینتل اواخر امسال، دو هسته جدید مبتنی بر Nehalem به نام‌های Lynnfield و Clarksfield معرفی خواهد کرد که هر دوی آنها 4 هسته‌‌ای هستند و قابلیت پردازش هشت Thread را به طور همزمان دارند. در حقیقت پردازنده‌های خانگی ارزان‌قیمت Core i7 مبتنی بر Lynnfield خواهند بود و مبتنی بر سوکت LGA-1156 هستند و به جای پشتیبانی از حافظه‌های سه کاناله، از حافظه‌های دو کاناله DDR3 پشتیبانی می‌کنند. Clarksfield نیز نسخه موبایل Nehalem است و در نوت‌بوک‌ها مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

پردازنده‌های 32 نانومتری
اگر به خاطر داشته باشید، فرایند ساخت 65 و 45 نانومتر ابتدا در پردازنده‌های حرفه‌ا‌ی معرفی شد. اما اینتل رویکرد متفاوتی برای پردازنده‌های 32 نانومتری خود در نظر گرفته است. فرایند ساخت 32 نانومتری ابتدا در پردازنده‌های سطح متوسط به کار گرفته خواهد شد. در حقیقت اینتل این بار، ابتدا از فرایند 32 نانومتری خود در پردازنده‌های سطح متوسط استفاده می‌کند و سپس بعد از گذشت چند ماه، یک پردازنده حرفه‌‌ای مبتنی بر فرایند ساخت 32 نانومتری معرفی خواهد کرد.
هسته‌های مبتنی بر فرایند ساخت 32 نانومتری ‍Clarkdale و Arrandale نام خواهند داشت و شامل 2 هسته پردازشی با قابلیت HyperThreading هستند که این پردازنده‌ها را قادر می‌سازد تا به طور همزمان چهار Thread را پردازش کنند. هر دو هسته ذکر شده، گرافیک مجتمع هستند اما Clarkdale برای کامپیوترهای موبایل و Arrandale برای کامپیوتر‌های خانگی در نظر گرفته شده است.
نکته جالب توجه در مورد Clarkdale و Arrandale هسته گرافیکی مجتمع شده در آنهاست. این هسته از فرایند ساخت 45 نانومتری استفاده می‌کند. در حقیقت اینتل برای قسمت‌های مرتبط با پردازنده، از فرایند 32 نانومتری استفاده می‌کند، اما برای بخش گرافیکی گنجانده شده در این هسته‌ها، از فرایند 45 نانومتری استفاده خواهد کرد. اینتل قصد دارد در سال 2010 با معرفی پردازنده‌های مبتنی بر معماری Sandy Bridge از فرایند ساخت 32 نانومتری برای پردازنده و هسته گرافیکی مجتمع‌ شده در آن استفاده کند. نکته جالب توجه دیگر در مورد این دو هسته این است که کنترلر حافظه به جای پردازنده روی بخش GPU واقع خواهد شد. گرچه این تکنیک نیز موجب افزایش زمان‌های تاخیر خواهد شد، اما به نظر می‌رسد کارایی گرافیکی پردازنده‌های اینتل را به میزان قابل توجهی افزایش دهد (شکل 10).

اما در مورد پردازنده‌های چهار هسته‌‌ای، اینتل با Westmere هیچ‌گونه پردازنده 4 هسته‌ا‌ی تولید نخواهد کرد و تنها در نیمه اول 2010 پردازنده‌های 6 هسته‌ا‌ی جدیدی مبتنی بر Westmere معرفی می‌کند. هسته این پردازنده Gulftown نام دارد و مبتنی بر سوکت LGA-1366 خواهد بود که قابلیت پردازش دوازده Thread به طور همزمان را دارد. شاید اینتل متوجه این موضوع شده است که در حال حاضر پردازنده‌های چهار هسته‌ا‌ی برای کامپیوترهای خانگی و سیستم‌های اداری کاربردی زیادی ندارد.

دستورالعمل‌های جدید
شبیه Penryn که شامل مجموعه دستورالعمل‌های جدید SSE 4.1 بود، Westmere نیز شامل 7 دستورالعمل جدید است. این دستورالعمل‌ها به طور قابل توجهی روی الگوریتم‌های شتاب‌دهنده‌ رمزگشایی/رمزگذاری تمرکز دارند و شامل یک دستورالعمل جدید برای ضرب(carryless (PCLMULQDQ و 6 دستورالعمل AES می‌شوند.

سخن آخر
رویکرد اینتل و محصولاتی که این شرکت در سال جاری معرفی می‌کند، کاربران حرفه‌ای را اندکی نگران خواهد کرد. زیرا در بخش پردازنده‌های حرفه‌ای، تا پایان امسال هیچ پردازنده‌ای قدرتمندتر از Core i7 معرفی نخواهد کرد، هرچند فرکانس Core i7 فعلی به 3.33 گیگاهرتز افزایش پیدا خواهد کرد. در سال 2010 اینتل قصد دارد یک پردازنده 6 هسته‌‌ای بسیار قدرتمند با فرایند ساخت 32 نانومتر تولید کند. این پردازنده نیز مبتنی بر سوکت LGA-1366 است. بنابراین می‌توان این طور حدس زد که اینتل قصد دارد پردازنده‌های حرفه‌ا‌ی خود را مبتنی بر این سوکت معرفی کند و اگر شما نیز قصد دارید در آینده یکی از محصولات حرفه‌ا‌ی اینتل را تهیه کنید، لازم است سیستمی مبتنی بر این پلت‌فرم خریداری نمایید.
امسال هیچ پردازنده‌ای قوی‌تر از پردازنده‌های i7 فعلی معرفی نخواهد شد و پردازنده‌های مبتنی بر هسته Lynnfield که در نیمه دوم امسال عرضه می‌شوند، کارایی در سطح i7های فعلی خواهند داشت، با این تفاوت که قیمت آنها بسیار مناسب‌تر خواهد بود. پردازنده‌ چهار هسته‌ا‌ی مبتنی بر Lynnfield در حداکثر فرکانس 3 گیگاهرتز معرفی خواهد شد و تنها تفاوت عمده آن نسبت به i7 فعلی، پشتیبانی از حافظه‌های دو کاناله به جای سه کاناله است. بررسی‌ پردازنده‌های Core i7‌ فعلی نشان می‌دهد که این محصول تفاوت کارایی چندانی بین وضعیت دو کاناله و سه کاناله حافظه نخواهد داشت. بنابراین اگر قصد خرید یک سیستم حرفه‌ای را دارید و در خرید خود نیز عجله‌ای ندارید، تا معرفی پردازنده 6 هسته‌ای اینتل در سال آینده صبر کنید و اگر قصد خرید یک سیستم سطح متوسط را دارید، تا زمان عرضه Lynnfield صبر کنید. کارایی این محصول در سطح پردازنده‌های Core i7 فعلی خواهد بود، اما از نظر قیمت در حدود 100 الی 150 هزار تومان از آنها ارزان‌تر است.
در بخش کامپیوترهای همراه، اینتل قصد دارد اواخر امسال یا ابتدای سال آینده، هسته Clarkdale را معرفی کند. یک پردازنده 2 هسته‌ای با قابلیت پردازش چهار Thread به طور همزمان که با توجه به فرایند ساخت 32 نانومتری، مصرف توان بسیار کمی خواهد داشت. فرکانس و TDP این محصول مشابه محصولات امروزی است، اما قیمت بسیار پایین‌تری خواهد داشت. اگر قصد خرید نوت‌بوک را دارید، توصیه می‌کنیم تا زمان عرضه Clarkdale صبر کنید.