همه‌ چیز درباره سندی بریج

پردازنده‌گرافیكی و ویژگی‌های جدید
گنجاندن پردازنده‌‌گرافیكی درون پردازنده موضوع جدیدی نیست. در حال حاضر، پردازنده‌های مبتنی بر هسته Clarkdale با پردازنده‌گرافیكی مجتمع‌شده Intel HD در بازار رایج هستند. در پردازنده‌های Sandy Bridge پردازنده‌گرافیكی و محاسباتی درون یك بسته‌بندی قرار گرفته‌اند و به باس حلقه یكسانی كه با دیگر منابع پردازنده مشترك است، متصل شده‌اند. بنابراین با توجه به این‌كه اكنون پردازنده‌گرافیكی به كنترلر حافظه نزدیك است و دسترسی مستقیمی به حافظه نهان سطح سه دارد، كارایی گرافیكی پردازنده‌های مبتنی بر Sandy Bridge افزایش پیدا كرده‌است. علاوه بر این، پردازنده‌گرافیكی نیز مانند هسته‌های محاسباتی پردازنده از بسیاری جهات پیشرفت كرده، به‌طوری كه برخی، این هسته را نسل جدید پردازنده‌‌گرافیكی اینتل می‌نامند. پردازنده‌گرافیكی اینتل هنوز شامل حداكثر دوازده واحد اجرایی (سایه‌زن) است و از رابط DirectX 10.1 پشتیبانی می‌كند. برخی پیش‌بینی كرده‌اند، پردازنده‌گرافیكی جدید اینتل تقریباً نسبت به گذشته دو برابر سریع‌تر عمل می‌كند.

از آنجا كه فرآیند ساخت پردازنده‌گرافیكی به 32 نانومتر كاهش یافته، بنابراین اینتل به سادگی توانسته فركانس پردازنده‌گرافیكی را افزایش دهد. فركانس این هسته در پردازنده‌های Core i7 برابر با 1/35 گیگاهرتز است كه برخی اعتقاد دارند، این فركانس می‌تواند به بیش از این مقدار نیز افزایش پیدا كند. اكنون كارایی پردازنده‌گرافیكی مجتمع Sandy Bridge با كارت‌های گرافیكی سطح پایین و ارزان‌قیمت قابل رقابت است. اینتل حتی قصد دارد در آینده از ویژگی FSAA (ضدپلگی تمام صفحه) در پردازنده‌‌گرافیكی خود پشتیبانی كند. با توجه به موارد ذكرشده، به نظر می‌رسد Sandy Bridge این شانس را داشته‌باشد كه عنوان بهترین پردازنده‌گرافیكی مجتمع را به دست آورد. این محصول حتی تهدید جدیدی برای كارت‌های گرافیك ارزان‌قیمت و سطح پایین نیز به شمار می‌آید. به هر حال، در همین ابتدای كار، NVIDIA و AMD شروع به تبلیغ منفی علیه این محصول كرده‌اند. آن‌ها اظهار می‌كنند، پردازنده‌گرافیكی اینتل فاقد پشتیبانی از DirectX نسخه 11 است. این موضوع سبب می‌شود، پردازنده‌گرافیكی اینتل قادر به اجرای بازی‌های مبتنی بر این نسخه از DirectX نباشد و همچنین در برنامه‌های كاربردی كه از DirectCompute استفاده می‌كنند، مانند مرورگرهای اینترنت آینده عملكرد نامناسبی خواهدداشت.
به هر حال، بهبود معماری پردازنده‌گرافیكی موجود، تنها چیزی نبوده كه در این بخش انجام شده‌است. پردازنده‌‌گرافیكی مجتمع در پردازنده‌های Sandy Bridge جدید به واحد جدید ویژه‌‌ای برای رمزگذاری و رمزگشایی ویدئویی در فرمت‌های مشهور مانند MPEG2 ،VC1 و AVC مجهز شده‌اند.
اگرچه رمزگشایی سخت‌افزاری فایل‌های ویدئویی این روزها موضوع جدیدی نیست و پردازنده‌گرافیكی Clarkdale نیز در سطح خوبی قادر به انجام این عملیات است. مسئولیت این وظیفه در هسته‌های قبلی بر عهده سایه‌زن‌ها بوده، در حالی كه در هسته جدید، واحد ویژه‌‌ای این مسئولیت را بر عهده دارد. این تغییرات برای پشتیبانی مناسب از ویدئویی سه‌بعدی موردنیاز بود، بنابراین پردازنده‌‌گرافیكی جدید می‌تواند به آسانی از عهده ویدئو سه‌بعدی به واسطه رمزگشایی سخت‌افزاری جریانات MVC و Blu-ray سه‌بعدی استریو برآید.
كدك (Codec) سخت‌افزاری یكی دیگر از ویژگی‌های قابل توجه پردازنده‌‌گرافیكی Sandy Bridge است. این كدك می‌تواند ویدئو‌های با  فرمت AVC را رمزگذاری كند. در عمل به این معنی است كه، پردازنده‌گرافیكی Sandy Bridge همه منابع موردنیاز برای رمزگشایی ویدئویی سریع را بدون نیاز به منابع پردازنده در اختیار دارد.

همه می‌دانیم كه عملكرد چندرسانه‌ای پردازنده‌های Sandy Bridge جدید توسط برنامه‌های كاربردی مشهوری همچون ArcSoftMediaConverter ،Corel DVD Factory ،CyberLinkMediaEspresso،Roxio Creator و… پشتیبانی خواهدشد. در این روش، زمانی‌كه واحد‌های چندرسانه‌ای درون پردازنده‌گرافیكی Sandy Bridge برای كدگذاری ویدئویی استفاده می‌شوند، پردازنده‌های سایه‌زن آزاد باقی می‌مانند. بنابراین آن‌ها می‌توانند پردازش ویدئویی دیگری را انجام دهند که این موضوع باعث بهبود کارایی پردازنده‌گرافیکی می‌شود. پردازنده‌های مبتنی بر معماری Sandy Bridge یكی از پردازنده‌‌های گرافیكی Intel HD 2000 یا Intel HD 3000 را خواهد داشت. این دو پردازنده‌گرافیکی از نظر تعداد واحد‌های اجرایی (سایه‌زن‌ها) با یكدیگر اختلاف دارند. پردازنده‌‌گرافیكی HD 3000 دارای دوازده واحد اجرایی و HD 2000 دارای شش واحد اجرایی است. همچنین فرکانس پردازنده‌گرافیکی HD 2000 کمی پایین‌تر از HD 3000 است. با این وجود، سخت‌افزار رمزگذاری و رمزگشایی در هر دو پردازنده‌گرافیکی یكسان است.

پل‌شمالی جدید- System Agent
پردازنده‌های Sandy Bridge جدید برای ارتباط با دیگر اجزای سیستم شامل همه كنترلر‌های خارجی مانند: رابط حافظه، صفحه‌نمایش، DMI و PCI Express از واحدی كه به اصطلاح System Agent نامیده می‌شود، استفاده می‌كنند. در حقیقت، System Agent خیلی شبیه واحد Uncore در پردازنده‌های Nehalem است. اما عملكرد System Agent دقیقاً مشابه با عملكرد Uncore نیست. اكنون System Agent شامل حافظه نهان سطح سه نیست و این حافظه ‌نهان یك واحد منحصر به‌فرد است كه با فركانس پردازنده عمل می‌كند، در حالی‌كه Uncore شامل حافظه نهان سطح سه بود و با فركانسی متمایز از فركانس پردازنده عمل می‌كرد. خصوصیت دیگری كه System Agent را از Uncore متمایز می‌كند، استفاده آن از باس حلقه برای تبادل اطلاعات بین پردازنده، پردازنده‌گرافیكی و حافظه نهان سطح سه است.

مهم‌ترین پیشرفت در System Agent مربوط به كنترلر حافظه می‌شود. كنترلر حافظه در پردازنده‌های (Westerme (Clarkdale با پردازنده‌گرافیكی تركیب شده‌بود كه این راه‌حل زیاد موفقیت‌آمیز نبود. اما سرانجام مهندسان اینتل این مسئله را در Sandy Bridge حل كردند. اكنون كنترلر حافظه در پردازنده‌های جدیدكارایی مشابه با كنترلر حافظه در پردازنده‌های Lynnfield دارد. توجه كنید كه این كنترلر از حافظه‌های DDR3 1066 یا DDR3 1333 پشتیبانی می‌كند. تصویر زیر، كارایی كنترلر حافظه در پردازنده‌های جدید را نشان می‌دهد.

تصویر 17

زمان‌های تأخیر در معماری جدید دارای كاهش چشمگیری بوده و پهنای باند زیر سیستم حافظه نیز ارتقاء خوبی داشته‌است. كنترلر باس PCIE در Sandy Bridge شبیه پردازنده‌های LGA 1156 است. این كنترلر از شانزده مسیر PCI-Express نسخه دو پشتیبانی می‌كند كه این مسیرها می‌توانند به صورت یک رابط x16 یا دو رابط x8 پیكره‌بندی شوند.

واحد كنترلر توان
گذشته از كنترلرهای خارجی، بخش مهم دیگر System Agent واحد كنترلر توان (PCU) است. شبیه پردازنده‌های Nehalem این واحد یك میكروكنترلر قابل برنامه‌ریزی است كه اطلاعات مربوط به جریان و درجه حرارت بخش‌های مختلف پردازنده را جمع‌آوری می‌كند و می‌تواند ولتاژ‌ها و فركانس‌های آن‌ها را كنترل كند. PCU خصوصیات مربوط به ذخیره‌سازی توان و ویژگی Turbo Mode را بر عهده دارد.
به‌طور كلی، واحد‌های مختلف در معماری Sandy Bridge به سه بخش تقسیم شده‌اند كه هر بخش از الگوریتم فركانس و توان مخصوص به خود استفاده می‌كند. اولین بخش، شامل هسته‌های پردازنده و حافظه نهان سطح سه می‌شود كه در ولتاژ و فركانس یكسانی كار می‌كنند. دومین بخش، پردازنده‌گرافیكی است كه با فركانس مربوط به خودش عمل می‌كند و سومین بخش نیز، System Agent است.
این ساختار به مهندسان اینتل اجازه داده تا از فناوری ‌Enhanced Intel SpeedStep و Turbo Boost برای پردازنده‌‌های گرافیكی و هسته‌های پردازنده به‌طور جداگانه استفاده كنند. Sandy Bridge به‌طور سخت‌افزاری فركانس هسته پردازشی و گرافیك را با توجه به مصرف توانشان كنترل می‌كند. این سخت‌افزار موجب می‌شود، فركانس هسته‌های پردازنده‌ها به‌طور مؤثرتری در وضعیت Turbo Mode و زمانی كه پردازنده‌گرافیكی بیكار است، اوركلاك شود و برعکس پردازنده‌گرافیكی در زمانی كه هسته‌های پردازشی پردازنده به‌طور كامل استفاده نمی‌شوند، به میزان قابل توجه‌تری اوركلاك می‌شود.

تصویر 18

فناوری Turbo Boost شامل تغییرات زیادی نشده تنها پیشرفتی كه در این بخش ایجاد شده، مربوط به PCU است. این واحد اكنون می‌تواند فركانس را به‌طور هوشمند‌تری كنترل كند و علاوه بر مدیریت توان مصرفی واحد‌های پردازنده، حرارت هر هسته را تحت‌نظر داشته‌باشد. با این ویژگی، اینتل به پردازنده‌های خود اجازه داده تا هنگامی كه در شرایط حرارتی مطلوبی قرار دارند، مصرف توانشان از حداكثر TDP مجاز تجاوز كند.
بار پردازنده در طی روز خیلی نامتقارن است، به‌طوری كه در بیشتر مواقع پردازنده در وضعیت ذخیره‌سازی توان قرار دارد و بندرت به كار خیلی سریع نیاز دارد. واحد PCU در پردازنده‌های Sandy Bridge كه فركانس‌ها را كنترل می‌كند، طوری طراحی شده كه در چنین مواقعی فركانس پردازنده را به میزان قابل توجهی افزایش ‌دهد و هنگامی كه درجه حرارت پردازنده به آستانه بحرانی رسید، فركانس را به سطح معقول كاهش دهد.

تصویر 19

تصویر 20

با توجه به این ویژگی پیشنهاد می‌شود، كاربران از سیستم خنك‌كنند‌گی مناسبی برای پردازنده‌های مبتنی بر Sandy Bridge استفاده كنند تا بتوانند حداكثر كارایی را از چنین پردازنده‌هایی به دست آورند. البته این توضیح لازم است كه اینتل محدودیتی نیز برای چنین وضعیتی در نظر گرفته‌است و  پردازنده‌های مبتنی بر Sandy Bridge تنها به مدت 25 ثانیه می‌توانند در این وضعیت عمل كنند.

نتیجه‌گیری
همان‌طور كه اشاره شد، معماری جدید اینتل شامل تعدادی نوآوری همچون پشتیبانی از دستورالعمل‌های 256 بیتی AVX، افزایش كارایی پردازنده‌گرافیكی، ماژول سخت‌افزاری برای رمزگذاری و رمزگشایی ویدئویی، حافظه نهان سطح سه جدید، باس حلقه، System Agent هوشمند، فناوری Turbo Boost پیشرفته‌تر و فركانس بالاتر شده‌است. برخی از این نو‌آوری‌ها تأثیر بسزایی روی كارایی خواهندداشت، به‌طوری كه پردازنده‌های مبتنی بر Sandy Bridge نسبت به پردازنده‌های نسل قبل سریع‌تر عمل می‌كنند.
یك پردازنده Sandy Bridge در قیمتی یكسان با یك پردازنده Clarkdale یا Lynnfield می‌تواند كارایی حداقل 25 درصد بالاتر در كاربردهای وابسته به پردازنده ارائه كند. به‌طور كلی، Sandy Bridge قادر است در برخی از كاربردها به واسطه ساختمان واحد‌های جدیدش كارایی حتی تا ده برابر بالاتر نسبت به پردازنده‌های نسل قبل خود ارائه كند. این افزایش كارایی به خصوص در برنامه‌های رمزگذاری/رمزگشایی ویدئویی به واسطه رمزگذار/رمزگشا سخت‌افزاری ویژه در پردازنده قابل مشاهده است. همچنین الگوریتم‌های مالی، علمی و چندرسانه‌ای روی پردازنده‌های جدید به واسطه دستورالعمل‌های AVX و AES-IN سریع‌تر اجرا خواهندشد. البته لازم است اشاره کنم، استفاده از این نو‌آوری‌ها منوط به پشتیبانی توسعه‌دهندگان نرم‌افزارها از این ویژگی‌های جدید پردازنده‌های اینتل در محصولاتشان است. این موضوع نیز زیاد جای نگرانی ندارد، با توجه به تدابیری كه مهندسان اینتل در نظر گرفته‌اند، به‌طور قطع، محصولات نرم‌افزاری متعددی مبتنی بر این ویژگی عرضه خواهدشد. پردازنده‌گرافیكی گنجانده‌شده در پردازنده‌های جدید نیز نسبت به نسل قبل بسیار سریع‌تر شده‌است كه این موضوع نیز برای كاربرانی كه قصد استفاده از گرافیك مجتمع دارند و همچنین كاربران كامپیوترهای همراه بسیار خوشایند خواهدبود.