نقشه های جدید اینتل برای افزایش قدرت پی سی

مهندسان اینتل به رهیافتی جدید در صرفه جویی در مصرف انرژی دست یافته اند که در ساخت پردازنده های کم مصرف و باطریها و صرفه جویی میلیارد دلاری در سطح جهانی کمک فراوانی خواهد کرد.
ون- هان- وانگ مدیر تحقیقات مدار و سیستم  لابراتوار اینتل در سان فرانسیسکو با تقسیم مهندسان ارشد و جهانی خود در سه حوزه مدار، معماری و چهارچوب قرار است نسل جدیدی از محصولات کم مصرف و با کیفیت از نقطه نظر انرژی را راهی دنیای آی تی کند.
حوزه مدار: کوچکتر اما
متد اصلی در افزایش کارآیی قدرت میکروپردازنده ها به طور سنتی کاهش اندازه پردازنده است. پردازنده های هسته ای i7 اینتل ۳۰۰ برابر از نظر فاصله بین دو ترانزیستور کمتر از پردازندههای ۱۰ میکرومتری دهه ۱۹۷۱ بنام ۴۰۰۴ است و از نظر کم مصرف بودن نیز پردازنده های ۲۲ نانومتری که سال آینده میلادی به بازار خواهند آمد، بی نظیر ترین در نوع خو دخواهند بود.
البته چیزهایی فراتر از سایز و حجم نیز مطرح است.مثلا فناوری اینتل موسوم به دروازه فلزی high-k در سال ۲۰۰۳ مطرح شده و در پردازنده های ۴۵ نانومتری سال ۲۰۰۷ نمایش داده شده و سر انجام در نوامبر ۲۰۰۷ وارد خط تولید شد نه تنها حجم را در بر می گیرد، بلکه ولتاژ با آستانه کم نیز در خود جای داده است.

مهندسان اینتل به رهیافتی جدید در صرفه جویی در مصرف انرژی دست یافته اند که در ساخت پردازنده های کم مصرف و باطریها و صرفه جویی میلیارد دلاری در سطح جهانی کمک فراوانی خواهد کرد.

ون- هان- وانگ مدیر تحقیقات مدار و سیستم  لابراتوار اینتل در سان فرانسیسکو با تقسیم مهندسان ارشد و جهانی خود در سه حوزه مدار، معماری و چهارچوب قرار است نسل جدیدی از محصولات کم مصرف و با کیفیت از نقطه نظر انرژی را راهی دنیای آی تی کند.

حوزه مدار: کوچکتر اما

متد اصلی در افزایش کارآیی قدرت میکروپردازنده ها به طور سنتی کاهش اندازه پردازنده است. پردازنده های هسته ای i7 اینتل ۳۰۰ برابر از نظر فاصله بین دو ترانزیستور کمتر از پردازندههای ۱۰ میکرومتری دهه ۱۹۷۱ بنام ۴۰۰۴ است و از نظر کم مصرف بودن نیز پردازنده های ۲۲ نانومتری که سال آینده میلادی به بازار خواهند آمد، بی نظیر ترین در نوع خو دخواهند بود.

البته چیزهایی فراتر از سایز و حجم نیز مطرح است.مثلا فناوری اینتل موسوم به دروازه فلزی high-k در سال ۲۰۰۳ مطرح شده و در پردازنده های ۴۵ نانومتری سال ۲۰۰۷ نمایش داده شده و سر انجام در نوامبر ۲۰۰۷ وارد خط تولید شد نه تنها حجم را در بر می گیرد، بلکه ولتاژ با آستانه کم نیز در خود جای داده است.

ولتاژ با آستانه کم – حداقل میزان جرعه ای که پردازنده نیاز به زنده ماندن دارد – کلید کارآیی و بهینه سازی مصرف انرژی است. پردازنده هایی با ولتاژ کم، دارای پرفورمنس پایین جهت محاسبه پردازش مورد نظر هستند اما همانطور که وانگ تاکید می کند: بعضی مواقع مانند ایمیل زدن نیاز با پرفورمنس بالا جهت انجام محاسبات نیست.

تیم وانگ نمونه آزمایشی تراشه ای با ولتاژ نزدیک به آستانه کم را ساخته اند که تا ۸۰۰ برابر کارایی و بهینه سازی مصرف انرژی را بالا برده است اما وقتی که تراشه شروع به کار کرده و نزدیک به آستانه می شود، نسبت نرخ سیگنال به نویز بالا رفته و جریان محاسبه را مختل می سازد. بعلاوه تراشه اجرایی روی مرز، مستعد افت ولتاژ خواهد شد. تعدادی عوامل ناشناخته نیز باید به ویزگیهای منفی آن در جریان ولتاژ بالا، محاسبات پیچیده و خرد شدن پردازش اضافه کرد.

اما راه نجات این مشکل به گفته اینتل مدارات انطاف پذیر است که جزییاتش در کنفرانس بین المللی مدارات در ماه گذشته بیان گردید.

مدارات انعطاف پذیر به پردازنده اجازه می دهد تا خطاها روی نوار وظیفه مربوط به خود نگه داشته شود و وظایف دوباره تکرار شود تا بدین وسیله میزان خطا کم شود.. بر اساس نمونه نشان داده شده در کنفرانس مذکور سیلیکون ساخته شده برای مدار انعطاف پذیر تا ۳۷ برابر در مقایسه با مدارات مرسوم انرژی را در خود ذخیره کرده و مانع از اتلاف آن شد. حتی در ولتاژ بالا نیز این رقم به ۲۱ برابر رسید که در جدول مصرف کمتر انرژی توسط پردازنده ها آمار قابل چشمگیری است.

حوزه معماری: سوپر خازن

انرژی موجود در آداپتور لپ تاپ یا در باطری لپ تاپ بیش از اندازه نیاز کاربر است.این میزان انرژی به گفته وانگ بی مصرف بوده و به صورت نادر در مواقع غیر قابل پیش بینی شده ممکن است توسط اپلیکیشن داخل لپ تاپ استفاده گردد. وانگ می گوید ۶۵ وات انرژی که بطور معمول برای این گونه ابزار در نظر گرفته می شود، می تواند به ۱۷٫۵ وات تقلیل پیدا کند. چیزی که اعضای تیم وانگ روی آن تاکید می کند چیزی بنام سوپر خازن به جای آداپتور و باطری برای لپ تاپ است که بین باطری ۱۰ وات و مدار محاسباتی لپ تاپ جای می گیرد. بر این اساس وقتی نیاز به انرژی افزایش یافته و بالای ۱۰ وات می رود، خازن انرژی بیشتر را اعلام نیاز می کند.(خازن قبل از آن در زمان کم مصرف بودن انرژی لازمه را در خود ذخیره می کند و در مواقع لازم خازن مورد مصرف قرار گرفته شده و انرژی مورد نیاز لپ تاپ را تامین می کند.)

بهترین مزیت حاصل از این طرح  – نیاز ساده برای کم مصرف کردن انرژی – ۱۰ وات آداپتور و باطری توامان ، انرژی تولیدی متراکم تری از ۶۵ وات انرژی برای انجام یک پردازش واحد تولید می کند و در نهایت باطری هوشمند با ارتقای ذخیره سازی از عهده این عملیات بر می آید. وانگ می گوید یک باطری دو بخش دارد: یکی در واکنش شیمیایی برای تولید انرژی دخالت دارد و دیگری بخش فلزی که وظیفه خارج کردن انرژی را برای ابزار مورد نظر بر عهده دارد و به همان اندازه که باید انرژی ۶۵ وات داشته باشید، باید فضای فیزیکی زیادتری نیز برای ۶۵ وات در نظر بگیرید.اگر بتوانیم فضای مذکور را برای واکنش شیمیایی در نظر بگیریم میتوانیم تحول ایجاد کنیم. در فناوری موجود در باطریها به گفته وانگ دو سوم فضا متعلق به واکنش شیمیایی و یک سوم برای خروج انرژی حاصله است اما در سناریوی سوپر خازن، ۹۰ درصد از فضای مورد نظر به واکنش شیمیایی اختصاص خواهد یافت و تنها ۱۰ درصد برای خروج انرژی در نظر گرفته می شود.

البته عیب این سیستم این است که اگر پردازنده و مدارات متصل به انرژی بیشتری (بیش از چیزی که سوپر خازن تولیدکرده) در زمانی طولانی تر احتیاج داشته باشد چه اتفاقی رخ خواهد داد؟ این طرح ممکن است برای کارهای ساده مانند ایمیل زدن، مرور وب بدون دیدن فایلهای فلش، انجام امور تایپ با ورد و نظایر آن جواب دهد اما برای اپلیکیشن مالی در سازمانی بزرگ در کدت زمان طولانی چکار باید کرد؟ وانگ در این باره می گوید برای کاربرانی با مصرف بالای انرژی باید پردازنده های نسل جدید مانند هسته i7 خریداری کرده و استفاده نمود. وی می گوید محصولات با فناوریهای بسیار بالا برای کاربرانی متفاوت در نظر گرفته شده است.

جواب وانگ قانع کننده نیست چرا که نمیتوان به کاربر فقط هشدار داد که از حد ۱۰ وات بیشتر می خواهد انرژی مصرف نماید! بهرحال اصل معماری مورد نظر وانگ و اعضای تیمش ایده خوبی است به این شرط که بتواند نیازهای کاربران را به طور یکسان پاسخ دهد.

حوزه پلتفورم یا ProxZzzy

مطابق آمار ۵۰ درصدکاربران بدون استفاده از سیستم هایشان انها را رها کرده و سیستم رایانه ای هم در حداکثر استفاده از انرژی رها شده و تنها می ماند. نتیجه اینکه سیستمهای زیادی در حالی که انرژی را تلف می کنند رها شده و روشن می مانند.

چاره چیست؟ مدار کم مصرف که ترافیک شبکه زمانی که سیستم اصلی در خواب کامل است کنترل کند، این سیستم مداری بستههایی که می آیند را آزمایش کرده و تصمیم می گیرد که آیا این بسته ها آنقدر اهمیت دارند که سیستم اصلی را از خواب بیدار کند یا نه؟ در مثال ارایه شده توسط وانگ سیستمی با ۲۲ وات می تواند در خواب رفته و ابزار منترل کننده ترافیکی انرژی با ۰٫۸ وات بکار خود ادامه دهد و آنقدر قوی هست تا مثلا سیگنال وروردی از سبکه ای بی سیم را شناسایی کرده و به ماشین اصلی خبر داده و انرا بیدار کند.

بدین صورت مقدار زیادی از انرژی ذخیره شده و دیگر تلف نمی گردد. پروتکل نامیده شده برای این طرح از سوی تیم وانگ معروف به ProxZzzy شده و در کنفرانس سازندگان اروپایی مطرح گردیده است. در پیاده سازی فعلی این پروتکل در لابراتوار اینتل روی NIC (کارت شبکه) قرار گرفته است و به گفته وانگ می توان آنرا روی سی پی یو، انواع تراشه و هر جای دیگری از سیستمهای رایانه ای قرار داد.

بهرحال تلاش وانگ و اعضای تیمش ستودنی است هر چند وی ناراضی به نظر رسیده و امیدوار است به زودی تحولات زیادی در عرصه بهینه سازی مصرف انرژی توسط سیستمهای رایانه ای صورت گرفته و به گفته وی صرفه جویی ۶ میلیلارد دلاری را به ازای ۱۵۰ میلیون پی سی بوجود آورد.