نمایشگاه CES همواره محلی برای رونمایی از جدیدترین دستاوردهای شرکت‌های فعال در دنیای فناوری بوده و امسال هم چنین بود. در نمایشگاه CES 2022 شرکت‌های اینتل و AMD از جدیدترین پردازنده‌هایشان برای بازار لپ تاپ ها رونمایی کردند. در کنار این کمپانی‌ها، اپل قرار دارد که با تراشه‌های سری M، با قدرت در بازار خودنمایی می‌کند. حالا خریداران بیش از هر زمان دیگری حق انتخاب دارند، اما این شرکت‌ها با چه استراتژی به دنبال جذب خریداران هستند؟
در سال‌های اخیر لیتوگرافی پردازنده‌های دسکتاپ، لپ‌تاپ و البته موبایل‌ها کوچک و کوچکتر شده‌اند، با این حال شرکت‌ها روی توان طراحی حرارتی (TDP) متفاوتی تمرکز کرده‌اند. این پردازنده‌ها با توان طراحی حرارتی 9 تا 15، 28 تا 64 وات و 45 تا 115 وات در بازار عرضه می‌شوند که پردازنده‌های دسته آخر، مشابه نسخه‌های دسکتاپ هستند.
معماری هیبریدی در دنیای گوشی‌های هوشمند
تا به امروز، اکثر پردازنده‌های لپ‌تاپ‌ها تنها از یک نوع هسته بهره می‌بردند، قدرتمند یا کم‌مصرف که متفاوت از چیزی است که در چند سال اخیر در دنیای موبایل دیده‌ایم. زمانی که شرکت آرم از طراحی big.LITTLE رونمایی کرد، به این موضوع اشاره داشت که با قرارگیری دو معماری هسته مختلف روی یک سیلیکون، می‌توان به بهره‌وری انرژی بالاتری دست پیدا کرد و البته همچنان قدرت بالایی را در اختیار کاربران قرار داد.
امروزه تقریبا تمام گوشی‌های هوشمند از تراشه‌ای بهره می‌برند که هسته‌های بزرگ با قدرت بالا و هسته‌های کوچک با مصرف انرژی پایین دارند. داده‌ها و وظایف میان این دو دسته از هسته‌ها تقسیم شده و سیستم عامل می‌تواند آن‌ها را مدیریت کند.
این نوع معماری در دنیای گوشی‌های هوشمند بسیار کاربردی است، اما در دنیای لپ‌تاپ‌ها و کامپیوترها چی؟ اینتل نزدیک به 10 سال پیش به این موضوع اشاره کرد که نیازی به معماری big.LITTLE در دنیای پردازنده‌های این کلاس نیست و بجای آن به سراغ فناوری فرکانس و ولتاژ پویا یا متغیر رفت. اما این رویکرد کار به جایی نبرد و در نهایت اینتل هم به سمت معماری هیبریدی رفت.
در جدیدترین پردازنده‌های این کمپانی یعنی پردازنده‌های نسل دوازدهم Core موسوم به Alder Lake (آلدر لیک) دیگر با یک نوع ریزمعماری روبه‌رو نیستم و اینتل هم به سراغ معماری هیبریدی یا همان big.LITTLE معروف رفته است. با وجود این رویکرد اینتل، رقیب دیرینه آن یعنی AMD هنوز به سمت چنین معماری نرفته و حتی از برنامه‌اش مبنی بر قدم گذاشتن در این مسیر حرفی به میان نیاورده. AMD در APUهای خود از ترکیب ناهمگون CPU و GPU استفاده می‌کند، اما در CPUهای آن با طراحی همگن روبه‌رو هستیم.
عملکرد و توان طراحی حرارتی: اپل در برابر x86
اینتل و AMD برای پردازنده‌های خود پراکندگی گرما را با معیاری به نام TDP یا توان طراحی حرارتی اندازه‌گیری می‌کنند و TDP معادل مصرف توان کلی سیستم نیست. این معیار به میزان گرمایی اشاره دارد که پردازنده در کارهای معمول منتشر می‌کند و یک کمک‌کننده به شرکت‌ها برای طراحی سیستم‌های خنک‌کننده است.
اینتل و AMD توان طراحی حرارتی را بر اساس فرکانس پایه و نه فرکانس بوست تعریف می‌کنند و پردازنده‌ها می‌توانند برای مدت کوتاهی به TDP بالاتری بروند. شرکت‌های سازنده لپ‌تاپ می‌توانند روی نحوه رفتار CPU کنترل داشته باشند. برای مثال یکی از شرکت‌ها برای اینکه دمای لپ‌تاپ افزایش نیابد، به سراغ فرکانس پایین‌تر می‌رود و حتی حالت توربو را هم غیرفعال می‌کند. اما در مقابل سازنده دیگری، عملکرد بالا را به دمای تولیدی و همچنین شارژدهی باتری ترجیح می‌دهد. بنابراین لپ‌تاپ‌ها با پردازنده‌های یکسان هم می‌توانند عملکرد متفاوتی از خودشان نشان دهند.
در حالت کلی TDP یک معیار کامل و بی‌نقص نیست، اما یک معیار مقایسه نسبتا مناسب به حساب می‌آید.
اپل در اطلاعات مربوط به پردازنده‌هایش، از مفهوم TDP استفاده نمی‌کند و به همین دلیل برای اطلاع از مصرف انرژی اپل سیلیکون خانواده M، باید سیستم‌های مجهز به آن‌ها را بررسی کنیم. طبق داده‌های وب‌سایت Anandtech، مصرف توان تراشه M1 مکس در فعالیت‌های سنگین در محدوده 30 تا 50 وات قرار دارد، در حالی که این مصرف برای چیپ M1 در مک مینی حداکثر به 21 وات می‌رسد. بنابراین با تراشه‌هایی در راستای پردازنده‌های 15 تا 55 واتی و 28 تا 64 واتی روبه‌رو هستیم.
در این مقاله بیشتر روی پردازنده‌های x86 با توان طراحی حرارتی پایه 28 وات یا کمتر تمرکز می‌کنیم، چرا که پردازنده‌هایی که TDP بالاتر از 45 وات دارند، بیشتر مشابه پردازنده‌های دسکتاپ تا پردازنده‌های کم‌مصرف هستند.
AMD و بازار پردازنده‌های لپ تاپ ها در 2022
AMD برای اینکه رقابت سنگینی را با اینتل شکل دهد، نزدیک به سه سال پیش پردازنده‌های موبایل رایزن 2000 را برای بازار لپ تاپ ها عرضه کرد. با این وجود، نه تنها سری رایزن 2000، بلکه رایزن 3000 هم نتوانست در برابر پردازنده‌های اینتل حرف‌های زیادی برای گفتن داشته باشد. اما در نسل‌های بعد، رایزن 4000 و 5000 وضعیت تغییر کرد و AMD توانست رقابت سنگینی با اینتل داشته باشد. حالا AMD در بازار لپ تاپ ها، دسکتاپ و سرور رقیب قدری برای اینتل به حساب می‌آید.
استراتراژی AMD برای سال 2022 هم تکرار گذشته است: بهبود عملکرد و بهره‌وری انرژی پردازنده‌های رایزن با هدف افزایش سهم در بازار لپ‌تاپ‌ها. با این حال AMD اگر بخواهد در آینده همچنان رقیب اینتل باقی بماند، احتمالا باید به سمت معماری هیبریدی برود، هرچند در حال حاضر چنین اعتقادی ندارد.
به باور AMD، هسته‌های Zen به اندازه‌ای انعطاف‌پذیر و توانمند هستند که می‌توانند پاسخگوی نیازهای مختلف بازار از پردازنده‌های قدرتمند گرفته تا کم‌مصرف x86 باشند. البته چنین گفته‌ای هم چندان جای تعجبی ندارد، چرا که وقتی شرکتی به سمت معماری جدیدی نمی‌رود، باید بگوید فناوری کنونی‌اش پاسخگوی نیاز بازار است. با این حال، پردازنده‌های رایزن 5000 بهره‌وری انرژی بالایی دارند و انتظار می‌رود پردازنده‌های رایزن 6000 در این زمینه عملکرد بهتری هم داشته باشند.
اگرچه مهاجرت از لیتوگرافی 7 نانومتری به 6 نانومتری تاثیر چندانی روی مصرف انرژی ندارد، اما AMD ادعا می‌کند که به لطف بهینه‌سازی‌هایی که انجام داده، بهره‌وری انرژی را بهبود داده است.
فرکانس پردازنده‌هایی مانند 6800U با 8 هسته و 16 رشته، بهبود چشمگیری نسبت به 5800U با 8 هسته و 16 رشته داشته و بجای فرکانس پایه و بوست 1.9 و 4.5 گیگاهرتز با فرکانس‌های 2.7 و 4.7 گیگاهرتز روبه‌رو هستیم.
شرکت AMD مانند اینتل، پردازنده‌های مخصوص لپ‌تاپ خود را در دسته‌های مختلفی قرار نداده و اکثر APUهای آن از 8 هسته و 16 رشته یا 6 هسته و 12 رشته بهره می‌برد. پردازنده‌های 8 هسته‌ای با توان طراحی حرارتی 45، 35 و 15 تا 28 وات و 15 وات عرضه می‌شوند. همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید، اختلاف قابل توجهی میان مصرف انرژی پردازنده‌های رایزن 5000 و 6000 وجود دارد.
اپل و افزایش تعداد هسته‌های قدرتمند
اپل در حال حاضر در مک‌های خود از سه پردازنده اپل سیلیکون استفاده می‌کند: M1 به همراه M1 پرو و M1 مکس. نسل اول یا M1 اصلی تعداد هسته‌های قدرتمند و کم‌مصرف یکسانی دارد و از 4 هسته بزرگ FireStorm و 4 هسته کوچک IceStorm بهره می‌برد. در حالت کلی طبق بررسی‌ها، مصرف این تراشه در کارهای سنگین مبتنی بر CPU به بالای 30 وات نمی‌رسد. بنابراین با مصرف انرژی بهینه‌ای روبه‌رو هستیم.
اما قدرتمندترین اپل سیلیکون کنونی یعنی M1 مکس، در فعالیت‌های سنگین تا 62 وات انرژی مصرف می‌کند اما ظاهرا این موضوع تنها مربوط به CPU نمی‌شود و دسترسی به رم هم در چنین موضوعی نقش دارد. در TDPهای اعلامی از سوی اینتل و AMD، خبری از رم نیست. اگر رم را مدنظر قرار ندهیم، M1 مکس مصرفی نزدیک به 50 وات دارد.
تفاوت CPU میان M1 و M1 پرو/M1 مکس، به تعداد هسته‌ها برمی‌گردد. در حالی که M1 از طراحی 4+4 استفاده می‌کند، در دو تراشه دیگر با پیکربندی 2+6 یا 2+8 روبه‌رو هستیم. بنابراین اپل تصمیم گرفته تعداد هسته‌های بزرگ و قدرتمند را افزایش داده و تعداد هسته‌های کم‌مصرف را کاهش دهد. البته فرکانس پردازنده‌های اپل نسبت به رقبایش بسیار کمتر است.
فرکانس هسته‌های قدرتمند M1 مکس یعنی FireStorm در بازه 600 مگاهرتز تا 3.2 گیگاهرتز قرار می‌گیرد و برای هسته‌های کم‌مصرف IceStorm، با فرکانس 600 مگاهرتز تا 2 گیگاهرتز روبه‌رو هستیم. هر چقدر فرکانس پایین‌تر باشد، مصرف انرژی هم کمتر می‌شود و به نظر می‌رسد همین موضوع باعث مصرف انرژی بهینه تراشه‌های خانواده M1 شده است.
اینتل و تمرکز روی هسته‌های کم‌مصرف
رویکرد اینتل در قبال مدیریت توان در پردازنده‌های آلدر لیک به TDP مدنظر کاربر بستگی دارد. تراشه‌های 9 و 15 واتی اینتل همگی روی هسته‌های کوچک تمرکز دارند. در رده 9 واتی، اینتل پنتیوم 8500 و سلرون 7300 از یک هسته قدرتمند و 4 هسته کم‌مصرف بهره می‌برند. به لطف ریزمعماری بهبودیافته و TDP بالاتر، عملکرد این پردازنده‌های از لیک‌فیلد بالاتر است.
پردازنده‌های قدرتمندتر از دو هسته قدرتمند و حداکثر 8 هسته کم‌مصرف بهره می‌برند. تفاوت اصلی بین پردازنده‌های Core i3-1210U و Core i5-1230U/Core i5-1240U، چهار هسته کم‌مصرف بالاتر برای مدل‌های Core i5 است.
تراشه‌های 15 تا 55 واتی از تعداد هسته‌های مشابه با پردازنده‌های 9 تا 28 واتی بهره می‌برند، اما تفاوت میان آن‌ها به فرکانس پایه، بوست و همچنین مدت زمان نگهداری فرکانس بوست برمی‌گردد.
حداکثر توان طراحی حرارتی 55 وات پردازنده‌های اینتل شبیه به مصرف انرژی تراشه M1 مکس است، اما بجای 2 هسته پرقدرت و 8 هسته کم‌مصرف، پیکربندی کاملا برعکسی دارد. البته باید به این موضوع توجه داشته باشید که TDP و مصرف انرژی مفاهیم کاملا یکسانی نیستند.
حالا اینتل برای نسل دوازدهم پردازنده‌هایش به سراغ طراحی هیبریدی رفته که بیشتر بجای اینکه طراحی بزرگ + کوچک داشته باشد، معماری بزرگ + بزرگتر دارد. این کمپانی با هسته‌های کوچکتر می‌خواهد مصرف انرژی را کاهش دهد و می‌خواهد روی بهره‌وری انرژی تمرکز کند. بنابراین در پردازنده‌های 9 تا 15 واتی، بیشتر با هسته‌های E روبه‌رو هستیم.
رویکرد شرکت‌ها برای بازار لپ تاپ ها
مسلما تا زمانی که این پردازنده‌ها در محصولات مختلف مورد بررسی قرار نگیرند، نمی‌توانیم درباره عملکرد آن‌ها اظهارنظر قطعی کنیم، با این حال از روی کاغذ می‌توانیم مسیر آینده آن‌ها را ترسیم کنیم و ببینیم این شرکت‌ها در چه مسیری گام برمی‌دارند.
اپل در حالی که در تراشه M1 از چهار هسته قدرتمند و چهار هسته کم‌مصرف استفاده کرد، در مدل‌های پرو و مکس M1 به سراغ هسته‌های قدرتمند بیشتری رفته و تعداد هسته‌های کم‌مصرف را کاهش داد. اما این تازه اول راه است و کوپرتینویی‌ها می‌خواهند تعداد این هسته‌های قدرتمند را بیشتر هم کنند چرا که گفته می‌شود مشغول کار روی تراشه‌های 20 و 40 هسته‌ای برای مک پرو هستند.
در سال جاری میلادی تراشه M2 از راه می‌رسد، اما احتمالا تا سال 2023 با M2 پرو یا مکس روبه‌رو نخواهیم شد. انتظار داریم M2 با لیتوگرافی 4 نانومتری TSMC به تولید برسد؛ یعنی همان لیتوگرافی مورد استفاده در چیپ A16 Bionic برای سری آیفون 14. به احتمال زیاد با تغییری در پیکربندی هسته‌های M2 نسبت به نسل قبلی‌اش روبه‌رو نمی‌شویم، اما در سال 2023 تراشه‌های اپل احتمالا تغییرات زیادی خواهند داشت.
دیگر شرکت حاضر در این رقابت، AMD هم احتمالا همچنان روی استفاده از طراحی کنونی‌اش پافشاری می‌کند و به سراغ طراحی هیبریدی برای هسته‌های x86 نمی‌رود. در حال حاضر پردازنده‌های 7 نانومتری AMD بهره‌وری انرژی بالایی دارند و AMD فکر می‌کند در نسل‌های بعدی در این زمینه می‌تواند عملکرد بهتری از خودش نشان دهد. با این وجود، در پردازنده‌های رایزن 6000 بیشتر با بهبود عملکرد در بخش گرافیک به لطف پردازشگر گرافیکی RDNA2 روبه‌رو هستیم و کمتر باید منتظر بهبود در بخش CPU باشیم.
درباره پردازنده‌های جدید اینتل، قضاوت کمی سخت است. اینتل 11 سال پیش از تمرکزش روی پردازنده‌های با TDP پایین خبر داد و تلاش کرد بجای پردازنده‌های 35 تا 45 واتی، روی مدل‌های 17 واتی کار کند. از نسل چهارم به بعد، این شرکت تمرکزش را روی اولترابوک‌ها افزایش داد.
در جدیدترین پردازنده‌های این کمپانی، شاهد رونمایی از 15 پردازنده با توان طراحی حرارتی در میان 9 تا 15 وات هستیم که از 1 یا 2 هسته تا 4 یا 8 هسته قدرتمند بهره می‌برند. اکثر پردازنده‌های 15 واتی و پایین‌تر، از دو هسته قدرتمند و هشت هسته کم‌مصرف بهره می‌برند. در 28 وات و بیشتر با پیکربندی 4 هسته قدرتمند و 8 هسته کم‌مصرف روبه‌رو هستیم و در 45 وات هم تعداد هسته‌های قدرتمند حداکثر به 6 می‌رسد که با 8 هسته کم‌مصرف همراهی می‌شود.
همانطور که می‌بینید، سه غول دنیای پردازنده‌ها رویکرد متفاوتی را در بازار در پیش گرفته‌اند تا هرکدام به گونه‌ای بتوانند خریداران را در بازار لپ تاپ ها جذب کنند. در کنار CPU، پردازشگر گرافیکی هم اهمیت بالایی دارد و منتظریم ببینیم این شرکت‌ها در این زمینه چه تلاش‌هایی خواهند داشت.
اینتل در تراشه‌های 9 و 15 واتی‌اش از 80 یا 96 واحد اجرایی برای پردازشگر گرافیکی استفاده کرده که اگرچه پیکربندی‌اش مشابه پردازنده‌ای تایگرلیک لپ تاپ است، اما بجای استفاده از 8 هسته قدرتمند و 8 رشته، با دو هسته قدرتمند و هشت هسته کم‌مصرف روبه‌رو هستیم که می‌تواند روی عملکرد گیمینگ لپ‌تاپ‌ها تاثیرگذار باشد، هرچند هنوز از میزان این تاثیر اطلاع دقیقی نداریم.
در نهایت یک سوال مهم وجود دارد: AMD تا چه اندازه می‌تواند با طراحی کنونی‌اش، پردازنده‌هایش را در مقایسه با تراشه‌های هیبریدی اینتل و اپل سیلیکون بهینه‌سازی کند؟ هرچند این احتمال وجود دارد که AMD هم در ادامه مسیر تصمیم بگیرد مانند دو رقیبش به سمت طراحی هیبریدی برود تا از بازار عقب نماند و بتواند همچنان خریداران را جذب کند. اما در حال حاضر، این غول‌های فناوری هر کدام استراتژی متفاوتی را در پیش گرفته‌اند و می‌خواهند با روش‌های مختلفی خریداران را جذب کنند.
