تاریخچه کامپیوتر‌های شخصی و پردازنده (قسمت آخر)

تحریریه سخت افزار مگ برای پرداختن به این داستان هیجان انگیز در چند هفته آینده به طور جامع به تاریخچه تاریخچه کامپیوتر‌های شخصی و پردازنده خواهد پرداخت. داستان پر فراز و نشیب تاریخچه کامپیوتر‌های شخصی و پردازنده ‌که از اختراع ترانزیستور تا تراشه‌های امروزی مورد استفاده در دستگاه‌های ما را شامل می‌شود.

مطالعه قسمت اول مقاله کامپیوتر شخصی و ریزپردازنده : فصل اول تاریخچه ریزپردازنده‌ و کامپیوتر شخصی (1947 – 1974)
مطالعه قسمت دوم مقاله تاریخچه کامپیوتر های شخصی و ریزپردازنده : فصل دوم تاریخچه کامپیوتر شخصی و ریز پردازنده (1974 – 1980)
مطالعه قسمت سوم مقاله تاریخچه ریز پردازنده‌ و کامپیوتر شخصی : فصل سوم تاریخچه کامپیوتر های شخصی و ریزپردازنده‌ (1980 – 1984)

مطالعه قسمت چهارم مقاله تاریخچه پردازنده و کامپیوتر‌های شخصی‌ : فصل چهارم تاریخچه پردازنده و کامپیوتر‌های شخصی (1984 – 1996)

فصل پنجم و آخر تاریخچه کامپیوتر‌های شخصی و پردازنده (1996 – ): مرزهای جدید

رویش ناگزیر رایانه‌ها

از ابتدای تاریخچه کامپیوتر‌های شخصی و پردازنده، ریزپردازنده‌ها با ایجاد کامپیوتر‌های مقرون به صرفه‌تر (آن هم در اندازه‌های کوچک)، نقش کامپیوتر‌های شخصی را در زندگی انسان‌ها را پر رنگ‌تر کردند. در دهه 1970 شرکت‌ها و موسسات بزرگ را تأمین کرد، در دهه 80 یک جهش اقتصادی ایجاد کرد و زمینه برای همه ‌گیری خود را آماده کرد، در حالی که دهه 90 دامنه استفاده از کامپیوتر‌ها و دستگاه‌های جانبی را گسترش داد.

همه پیش بینی می‌کردند که قطعا با ورود انسان به هزاره جدید میلادی (2000) ارتباط نزدیکتری بین مردم و رایانه‌ها شکل خواهد گرفت و در این میان کامپیوتر‌های قابل حمل و قابل برنامه‌ریزی، تنها راه برطرف کردن نیاز اصلی انسان‌ها برای برقراری ارتباط بیشتر با یکدیگر بودند. در پی این موضوع و با پایان یافتن اواخر دهه 1990، سلسله مراتب جدیدی در جهان رایانه‌های شخصی برقرار شد.

جنگ طولانی اینتل و AMD – گهی زین به پشت و گهی پشت به زین

شرکت‌های سازنده قطعات اصلی کارخانه‌های دیگر (که قبلا IBM را به عنوان رهبر بازار می‌شناختند) دریافتند که اکنون اینتل بر تخت پادشاهی نشسته است. اینتل نیز پس از عقب نشینی از قصد خود برای افزایش کارایی چندرسانه‌ای (با نرم افزار NSP (پردازش سیگنال بومی))، جایگاه‌ خود را به مایکروسافت واگذار کرد. مایکروسافت برای OEM ها (شرکت‌های سازنده قطعات اصلی کارخانه‌های دیگر) توضیح داد که این شرکت از NSP با سیستم عامل‌های ویندوز (در آن زمان MS-DOS و ویندوز 95 بود) پشتیبانی نمی‌کند.

در مقابل، AMD از فروشنده‌های منبع دوم خود به طراحی و ساخت مستقل x86 تغییر وضعیت داد و به صورت مستقل مشغول به کار شد. پردازنده‌های K5 و معماری‌های بعدی K6 باعث شد تا این شرکت از وابستگی اینتل خارج شود و به سرعت IP خود را در پردازنده‌ها و مادربردها ایجاد کند. بعد از آن، AMD ابتدا سوکت  7 خود را با کپی مجوز از چیپست Apollo VP2 / 97 VIA  (که از AGP پشتیبانی می‌کرد) Super Socket 7 تطبیق داد. AMD این کار را با اولین چیپست داخلی خود (“Irongate” AMD 750) و مادربرد Slot A برای محصولی آماده کرده بود که توانایی رقابت با اینتل را داشته باشد. تا حدی که اینتل در ابتدا سازندگان مادربرد AMD را تحت فشار قرار داد تا محصولات AMD را با محدود کردن عرضه چیپست‌های 440BX، کم اهمیت جلوه دهند.

پردازنده K6

پس از معرفی پردازنده K6 و متعاقب آن K6-II و K6-III، هر سال سهم بازار AMD x86 به مقدار 2٪ افزایش پیدا می‌کرد. در اوایل سال 2000، سری بسیار پیشرفته موبایل K2-II و III + (Plus) به خط تولید اضافه شد که به لطف کوچک شدن فرآیند و همچنین فناوری تنظیم ساعت جدید دینامیکی PowerNow AMD برای تکمیل فناوری 3D (شامل ولتاژ کمتر و سرعت کلاک بالاتر) با استقبال گسترده بازار رو به رو شد.

پردازنده‌ K7

آنچه AMD به آن احتیاج داشت یک محصول شاخص دیگر بود تا این شرکت را از سایه اینتل خارج کند. این شرکت با K7 Athlon این کار را انجام داد. ریشه پردازنده K7 به شرکت تجهیزات دیجیتال (Digital Equipment Corporation) می‌رسد. جایی که معماری پردازنده Alpha RISC آن بدون استفاده مانده بود. دریک میر (مهندس طراح طرح‌های آلفا 21064 و 21164) به عنوان رئیس طراحی K7 به AMD منتقل شد و طراحی نهایی آن را با منطق داخلی (internal logic) و system bus EV6 ترکیب کرد.

در تاریخ 13 اکتبر 1998، اولین پردازنده K7 در شهر سن خوزه و با سرعت کلاک که از 500 مگاهرتز عرضه شد و به لطف اتصالات مسی (که در فرایند 180 میکرومتر در Fab 30 جدید AMD در درسدن استفاده شده)، سریعترین پردازنده Pentium II با سرعت 450 مگاهرتز را پشت سر گذاشت. Athlon K7 در ماه ژوئن 1999 با سرعت 500، 550 و 600 مگاهرتز روانه بازار شد تا مورد تحسین منتقدان قرار گیرد. در حالی که راه اندازی Katmai Pentium III اینتل چهار ماه قبل با مشکلات پرچمدار مدل 600 مگاهرتزی رو به رو شده بود، اولین K7 بی‌عیب بود و به سرعت با تراشه‌های Fab 30 وعده داده شده 650 و 700 مگاهرتزی همراه شد.

ورود پردانزده Athlon و شروع “جنگ گیگاهرتز”

در زمانی که شرکت Compaq دسکتاپ Presario خود را با پردازنده Athlon خنک شده توسط کولر تغییر فاز Super G KryoTech در نمایشگاه الکترونیک Consumer Winter در لاس وگاس نشان داد، AMD در 6 ژانویه 2000 به سرعت 1GHz رسید. در ماه فوریه و به دنبال کودتای شرکت Compaq، پردازنده Athlon با سرعت 850 مگاهرتز و ورژن 1000 مگاهرتزی آن در 6 مارس راه اندازی شد (آن هم دو روز قبل از اینکه اینتل Pentium III 1 گیگاهرتزی خود را عرضه کند). اینتل که از وضعیت به وجود آمده عصبانی بود، خاطرنشان کرد که پخش آن یک هفته زودتر شروع شده بود و در جواب آن AMD پاسخ داد که Athlon 1000 خود در هفته آخر فوریه عرضه شده است.

این مسابقه تا دو سال آینده بدون وقفه ادامه یافت تا اینکه سرعت معماری NetBurst اینتل، شرکت AMD را بر آن داشت تا به جای فرکانس اصلی هسته، بیشتر به سرعت تئوری منتشر شده اعتماد کند. این مسابقه بدون تلفات نبود. قیمت کامپیوتر‌ها شروع به صعود کردند (به ویژه مدل‌های 1 گیگاهرتزی)، زیرا AMD و Intel برای حفظ ثبات تراشه‌های خود از ولتاژهای کوچک استفاده می‌کردند و این امر به منبع تغذیه قوی‌تر و خنک‌سازی نیاز داشت.

استراتژی اقتصادی و وضعیت بازار دو شرکت

بعد از دو سال از معرفی K7 ، شرکت AMD مقدار  15٪ از بازار پردازنده‌های نوت بوک و 15.1 درصد از بازار دسکتاپ را در اختیار داشت. از طرف دیگر فروش این شرکت در بین سال‌های 2000 و 2004 نوسان شدیدی داشت زیرا تولید ریخته‌گری AMD در شهر درسدن برای نیاز‌های این شرکت کافی نبود. تیم مدیریت AMD برای موفقیت حاصل از طراحی‌های این شرکت آماده نبود و آن را دست کم گرفته بود. در نتیجه این کمبودها باعث رشد شدید برند و سهم بازار اینتل شد. محدودیت‌های این شرکت در تامین نیاز‌های شرکای شرکت (به ویژه HP) شرکا را هم تحت تاثیر قرار داد، در حالی که شرکت Dell ، با پردازنده‌های اینتل می‌توانست سهم بازار HP را هم از آن خود کند.

همانطور که اینتل به بازار سرورها با حاشیه سود بالا طمع کرده بود، شرکت AMD نیز به بخش‌هایی که اینتل در آن حضور نداشت نگاه می‌کرد. در حالی که استراتژی اینتل ترسیم خط تولید تحت معماری x86 و پیگیری معماری جدید و فاقد رقابت با استفاده از IP خود بود، پاسخ AMD متعارف‌تر بود. هر دو شرکت به دنبال محاسبات 64 بیتی بودند. هر کدام هم دلایل خاص خود را داشتند. اینتل به دلیل احتمال بالای پیشی گرفتن معماری‌های RISC از طراحی x86 CISC خود در آینده، و AMD نیز به دلیل علاقه‌ اینتل به این طراحی، به دنبال آن بودند.

با تغییر فرم معماری x86 از 16 بیت به 32 بیتی، گام منطقی بعدی افزودن قابلیت 64 بیتی با سازگاری تکنولوژی‌های قبلی برای اطمینان دادن به بخش عمده‌ای از نرم افزار موجود و انتقال روان به اکوسیستم بعدی آن هم بدون شکستن اکوسیستم فعلی است. اینتل به خاطر اشتیاق بیش از حد خود برای پرچمداری تولید پردازنده در چندین جبهه (سرور، نوت بوک، دسکتاپ) مجبور شد تا از باتلاق مجوزهای معماری x86 و مالکیت IP دور شود و این مسئله باعث شده بود تا محصولات خود اینتل بر خلاف پذیرش IA64 کار کند. اما AMD چنین مشکلی نداشت.

تاثیر حوزه نرم افزاری بر جنگ اینتل و AMD

وقتی تصمیم گرفته شد که پسوند 64 بیتی را (به جای کار بر روی معماری موجود از DEC (Alpha) ، Sun (SPARC) یا Motorola / IBM (PowerPC)) در چارچوب x86 قرار دهند، تنها کاری که باید انجام می‌شد، همکاری‌های نرم افزاری بود. از آنجا که AMD از تیم‌های بزرگ توسعه نرم افزار داخلی اینتل بهره نمی‌برد، این وضعیت به نفع آن شد زیرا همکاری آن‌ها با بقیه شرکت‌ها باعث تقویت روابط بین AMD و توسعه دهندگان نرم افزار شد و به پذیرفته شدن شرکت AMD در صنعت نرم افزار کمک کرد.

شش ماه پس از ارائه معماری جدید K8 AMD توسط وبر، اینتل شروع به کار بر روی Yamhill (که بعدا نامش به Clackamas تغییر کرد) کرد که بعدها باعث تولید EM64T و Intel64 شد. با توجه به پیشگامی AMD و نیاز اینتل به سازگاری EM64T با AMD64، شرکت Sunnyvale اعتبار بیشتری را در جامعه نرم افزاری به دست آورد. ورود سرور Opteron مبتنی بر Athlon 64 در ژوئیه 2003 و همچنین نسخه رایانه رومیزی و تلفن همراه در اکتبر، دوره‌ای از رشد پایدار و افزایش حضور AMD را در بازار رقم زد. سهم بازار سرور که قبلاً اصلا وجود نداشت با هزینه اینتل تا اوایل سال 2006 به 22.9 درصد از بازار x86 افزایش یافت و همین امر باعث کاهش شدید قیمت محصولات اینتل شد. با افزایش سهم AMD از 15.8٪ در سه ماهه سوم سال  2003 به بالاترین رقم 25.3٪ در سه ماهه اول سال  2006 که دوره طلایی این شرکت است، رسید.

پس از چند سال درگیری AMD و DELL، برای اولین بار در سال 2006 توافق همکاری بین این دوشرکت امضا شد. در آن زمان، دل بزرگترین سازنده سیستم‌های کامپیوتری در جهان بود (در سال 2004 31.4 میلیون کامپیوتر و در سال 2006 تقریبا 40 میلیون کامپیوتر تولید کرد) اما این موضوع برای سلطه بر بازار کافی نبود و در نبردی سخت با هیولت-پاکارد محاصره شد.

اینتل و AMD در باتلاق

مدیر عامل شرکت اینتل (پاول اتلینی) در اوت 2005 و در انجمن توسعه دهندگان اینتل، علناً به نقص NetBurst با افزایش مصرف برق و تولید گرما از پنتیوم D اذعان کرد. برای برطرف کردن این مشکل، برنامه افزایش سرعت کلاک مطرح شد و شرکت هم، سیستم Timna مبتنی بر NetBurst (SoC) خود را کنار گذاشت و تیم طراحی جدیدی را برای یک طراحی پردازنده کم مصرف قرار داد. نسل بعدی Centrino و Pentium M مستقیماً به معماری Core منتهی شدند و منجر به آرایش و معماری مدل امروزی پردازنده‌ها شد.

در سال 2006، شرکت AMD که به دلیل بار بدهی ناشی از دستیابی به ATI گران قیمت به شدت محدود شده بود، نه تنها با بهبود وضعیت اینتل بلکه با یک بازار متحول شده کامپیوتر‌های شخصی هم روبرو شد که شروع به پذیرش سیستم‌های موبایل و کوچک کرده که معماری اینتل برای آنها مناسب‌تر است. در واقع این شرکت از مسابقه جا مانده بود و خود را در تله استراتژیک اینتل دید.

گرافیک یکپارجه با پردازنده

هر دو شرکت، یعنی اینتل و AMD گرافیک یکپارچه را به عنوان یک استراتژی اصلی در توسعه آینده پردازنده‌های خود انتخاب کردند. دو ماه بعد از اعلام برنامه اینتل برای انتقال IGP خود به CPU، اعلامیه Fusion AMD هم منتشر شد. طرح ادغام گرافیک برای تیم تحقیق و توسعه بسیار بزرگ اینتل به اندازه‌ای دشوار بود که در ژانویه 2010، اولین تراشه‌های Clarkdale مستقر در Westmere دارای یک IGP کاملاً یکپارچه نبودند!

در ژانویه 2011 و در حالی که هنوز Brazos SoC کم مصرف AMD از معماری اصلی Sandy Bridge اینتل پیروی می‌کرد، هر دوی این شرکت‌ها تولید اولین طرح‌های IGP خود را آغاز کردند. سرانجام در سپتامبر 2011، شرکت AMD معماری بولدوزر را معرفی کرد، اولین اجرای آن به اندازه کافی به تأخیر افتاد که به لطف اجرای فرآیند ریخته گری اینتل و برنامه انتشار معماری (Tick-Tock)، در اکثر معیارها عملکرد ضعیفی به نمایش گذاشت. هر چند که هنوز سلاح اصلی AMD در میدان رقابت، قیمت گذاری اقتصادی و بسیار پایین باعث شده بود که تا AMD  سالانه 15-19٪ سهم بازار را حفظ کند.

معماری ARM و معجزه آن

معماری ARM در انتقال کامپیوتر‌های شخصی به مرحله بعدی تکامل خود بسیار موثر بود. پردازنده‌های مبتنی بر معماری ARM به دلیل نیاز به یک پردازشگر مشترک ارزان برای رایانه ‌ihd تجاری Acorn (ABC) (که برای به چالش کشیدن PC / AT IBM ، Apple II و HP-150 Hewlett-Packard HP-150 در بازار کامپیوتر‌های اداری بود) رشد کردند.

توسعه اولیه ARM1 توسط ARM2 دنبال شد که قلب پردازش Acorn’s Archimedes را تشکیل می‌داد و باعث علاقه اپل به آن برای پردازنده پروژه PDA نیوتن شد. Acorn در مواجهه با افزایش بدهی‌های موجودی فروخته نشده در رکود بازار کامپیوتر‌های شخصی در دهه 80 میلادی، معماری ARM (با نام اختصاری “Advanced Risc Machines”) را رها کرد. سهامداران عمده Acorn ، یعنی اولیوتی (مدیرعامل اینتل) و اپل (هر کدام 43 درصد) در ازای دریافت IP و استفاده از تیم توسعه Acorn از آن را دریافت کردند. مابقی سهام‌ها توسط شریک تولید این شرکت یعنی VLSI Technologies و بنیانگذار Acorn، هرمان هاوزر سپرده شد.

اولین طرح تولید شده، یعنی ARM 600، به سرعت توسط ARM 610 جایگزین شد و خود این پردازنده نیز جایگزین پردازنده هابیت AT&T در PDA نیوتن شد. در حالی که نیوتون در 10 هفته اول 50000 واحد فروختند و قیمت هر کدام آن‌ها 499 دلار بود اما هزینه‌های توسعه آن تقریباً 100 میلیون دلار برای اپل هزینه برداشت.

گرچه پروژه نیوتن به موفقیت اقتصادی نرسید، اما ورود آن به حوزه کامپیوتر‌های شخصی باعث افزایش چشمگیر استفاده از معماری ARM شد. معرفی هسته ARM7 و به دنبال آن نسخه تأثیرگذار Thumb ISA ATM7TDMI منجر به امضای قرارداد مجوز Texas Instruments در سال 1993 و پس از آن سامسونگ در 1994، DEC در 1995 و NEC در سال بعد شد. همچنین معماری برجسته ARMv4T در تأمین موبایل‌های نوکیا (6110)، نینتندو برای DS و Game Boy Advance بسیار موثر بود و از طرف دیگر مدت‌ها قبل در iPod اپل به کار گرفته شد.

تاثیر اینترنت و موبایل بر پردازنده‌ها

تکامل اینترنت موبایل و دسترسی به برنامه‌های موبایل، گردش اطلاعات و سرگرمی منجر به همگرایی انواع معماری‌های ARM شد. در حالی‌ که پردازش مبتنی بر x86 باعث حرکت بازار به سمت موبایل‌های کم هزینه و کم مصرف با تراشه‌های RISC ARM می‌شد که با اهداف بازار در تضاد بود. اینتل و AMD با اتفاق نظر بر سر توسعه پردازنده‌های مبتنی بر معماری ARM آینده خود را تضمین کردند. AMD طراحی معماری 64 بیتی K12 خود را انجام داد و اینتل برای توسعه SoFIA اینتل (64 بیتی x86 Silvermont Atom SoCs) و تراشه‌های معماری ARM تلاش می‌کرد.

هدف از هر دو استراتژی اینتل این بود که این شرکت در همان منجلابی که سایر شرکت‌های نیمه رسانایی که تراشه های خود را می‌سازند قرار نگیرد. پایه کارخانه ریخته گری اینتل هم گسترده و هم گران است و به همین دلیل نیاز به تولید مداوم حجم زیاد برای دوام دارد. بنابراین کارخانه‌های ریخته گری همچنان به کار خود ادامه می‌دادند. اكوسيستم سخت افزاري و نرم افزاري بسته اپل مدتي بود كه مانعي براي درك نفوذ بالقوه خود این شرکت در بازار شده بود، زيرا اين شركت بر روي استراتژي برند و تكرار مشتريان براي فروش كامل و صدور مجوز دسترسی تمركز دارد. اگرچه این مورد در بازار شرکت‌های مادر و پیشرفته امروزی جواب می‌دهد، اما در بازارهای گسترده در حال ظهور MediaTek ، Huawei ، Allwinner ، Rockchip (از طریق تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها و نوت بوک‌های مقرون به صرفه با قدرت ARM) کمتر جواب می‌دهد.

اکنون حضور همه گیر اندروید در بازار گوشی‌های هوشمند به حدی است که با اینکه مایکروسافت خود را از محصولات نوکیا مبتنی بر اندروید رها کرده است، اما حق امتیازهای خود را از اکوسیستم‌های منبع باز جمع می‌کند. از طرف دیگر آشکار شدن علاقه مردم جهان به رایانه‌های تلفن همراه جهان سبب شده تا محصول اصلی مایکروسافت یعنی ویندوز، در تقاطع بین کاربران دسکتاپ و یا انتقال به یک رابط کاربری گرافیکی صفحه لمسی تلفن همراه قرار بگیرد.

نقش ریزپردازنده‌ها در آینده

تنها زمان نشان می‌دهد که چگونه این روابط متقابل حل می‌شود. آیا بازیکنان سنتی ادغام می‌شوند، شکست می‌خورند یا پیروز می‌شوند؟ محاسبات ناهمگن با هدف متحد کردن بسیاری از سیستم‌های متفاوت با پروتکل های جهانی نه تنها باعث افزایش اتصال کاربر به کاربر و کاربر به ماشین می‌شود، بلکه باعث گسترش ارتباط ماشین به ماشین (M2M) نیز می‌شود.

مفهوم “اینترنت اشیا” در صورت موفقیت، بیش از هفت میلیارد دستگاه از جمله رایانه‌های شخصی (دسک تاپ، موبایل، تبلت) تلفن‌های هوشمند و ابزار‌های پوشیدنی و نزدیک به 30 میلیارد دستگاه هوشمند دیگر را به هم پیوند می‌دهد. سازندگان مینی کامپیوترها ابتدا ریزپردازنده را به عنوان یک موضوع جدید، یک راه حل کم هزینه برای طیف وسیعی از کاربردهای ابتدایی می‌دانستند، اما در طی 40 سال این فناوری از محدود شدن به افراد متخصص آن هم با لحیم کاری و کدگذاری، به کودکان پیش دبستانی رسیده که می‌توانند با کشیدن یک صفحه لمسی به هر گوشه جهان دسترسی داشته باشند.

مدت‌هاست که افراد به ریزپردازنده‌ها وابسته‌اند. گرچه ممکن است که ابتدای کار با حسابداری شرکت، تایپ منشی‌گری آغاز شده باشد، اما اکنون بسیاری از مردم به کامپیوترها متکی هستند.

این مقاله اخرین قسمت از مجموعه پنج تایی تاریخچه تاریخچه کامپیوتر‌های شخصی و پردازنده است. اگر از این مقاله لذت بردید، برای دیگران به اشتراک بگذارید و نظرات خود درباره این مقاله و یا تاریخچه کامپیوتر‌های شخصی و پردازنده را در بخش نظرات بنویسید.

با تشکر از همراهی شما خوانندگان محترم