معرفی پردازنده‌های (CPU) شرکت اینتل

سلام!

امروز می‌خوایم درمورد پردازنده‌های (CPU: Central Processing Unit) شرکت اینتل (Intel) با هم صحبت کنیم.

احتمالاً می‌دونید که پردازنده‌ی یک کامپیوتر، در واقع مغز اون کامپیوتره و انجام پردازش و محاسبات بر عهده‌ی اونه. بنابراین یکی از مهم‌ترین (و البته گران‌ترین!) قطعات کامپیوتر هست.

در دنیای کامپیوتر، دو شرکت معروف و معتبر ساخت پردازنده‌های کامپیوتر رو بر عهده دارن که احتمالاً اسم‌شون رو شنیدید: شرکت اینتل(Intel)  و شرکت اِی.اِم.دی (AMD). از اون‌جایی که بیشتر کامپیوترها با پردازنده‌های شرکت اینتل کار می‌کنن و موقع خرید و فروش بازار بهتری هم داره، تصمیم گرفتم که درباره‌ی این برند صحبت کنیم. البته کمپانی‌های دیگه‌ای هم هستن که پردازنده تولید می‌کنن، مثل کوالکام، سامسونگ، آی.بی.اِم (IBM)، اِن.ویدیا (Nvidia) و ... که درصد کمی از بازار رو در اختیار دارن.

پردازنده‌های کامپیوتر، نسل‌های مختلفی دارن. هر نسل با نسل قبل، در دو فاکتور تفاوت اساسی داره: قدرت پردازش و انرژی مورد نیاز پردازش. بد نیست به این نکته اشاره کنم که در کشورهای پیشرفته، مسأله‌ی مصرف برق بسیار اهمیت داره و برای همین هم شرکت‌های تولید کننده‌ی تجهیزات کامپیوتری، همیشه سعی می‌کنن مصرف انرژی در محصولات خودشون رو پایین نگه دارن.

وقتی که شما بخواید انرژی مصرف شده توسط پردازنده‌ی خودتون رو کم کنید، یکی از بهترین راه‌ها کاهش اندازه‌ی فیزیکی پردازنده‌ست! در این‌جا، باید مفهومی به نام «لیتوگرافی پردازنده» (Lithography) رو براتون تشریح کنم. لیتوگرافی، یعنی نوع طراحی مدارها و نحوه‌ی قرار دادن اجزای پردازنده در کنار هم توسط فناوری چاپ با دستگاه‌های مخصوص. (توقع ندارید که توی شرکت اینتل مدارها رو با هویه و لحیم درست کنن، ها؟)

هر چقدر مقدار لیتوگرافی پایین‌تر باشه، یعنی در فضای یکسان می‌شه تعداد تراشه‌ها و ترانزیستورهای بیشتری رو چاپ کرد که در نتیجه توان پردازشی بیشتر و مصرف انرژی کم‌تری رو به دنبال خواهد داشت. در واقع، بین مدارها و قطعات یک پردازنده، فاصله‌ وجود داره که این فاصله رو با نانومتر (nm) اندازه گیری می‌کنن و برای این‌که متوجه بشید چه فاصله‌ی عجیب و غریبی هست، هر میلیمتر برابر با یک میلیون نانومتره.

هر چقدر نسل پردازنده‌ها پیشرفته‌تر شد، مقدار لیتوگرافی اون‌ها هم کم‌تر شد. اولین پردازنده‌ای که شرکت اینتل با کد 4004 در سال 1971 معرفی کرد، از فناوری لیتوگرافی 10 میکرون (یعنی 10،000 نانومتر!) استفاده می‌کرد و اولین نسل پردازنده‌های سلرون (Celeron) شرکت اینتل، از فناوری لیتوگرافی 250 نانومتر استفاده می‌کرده‌ن. توی این تصویر، عکسی از پردازنده‌ی مندوسینو (Mendocino) رو می‌بینید که در ماه آگوست سال 1998 به بازار معرفی شد و با لیتوگرافی 250 نانومتر، سرعت پردازشی معادل 300 مگاهرتز داشت (با معیارهای امروزی، یعنی 0/3 گیگاهرتز!)

البته همون‌طور که می‌بینید، این نسل پردازنده‌ها مثل پردازنده‌های امروزی روی سوکت پردازنده سوار نمی‌شدن و محل قرار گیری اون‌ها، چیزی شبیه به محل قرارگیری کارت‌های PCI یا ISA بود.

خلاصه، علم اون‌قدر پیشرفت کرد که نسل جدید پردازنده‌های اینتل (Ice Lake) از فناوری لیتوگرافی 10 نانومتری استفاده می‌کنه!

نسل پردازنده‌های مختلف اینتل به این صورته:

1) اولین نسل پردازنده‌های اینتل که به صورت تجاری عرضه شده‌ن و توانایی استفاده در کامپیوترهای خانگی رو داشتن، پردازنده‌های سری پنتیوم (Intel Pentium) بودن که از سال 1993 تا 1999 تولید می‌شدن. این پردازنده‌ها از فناوری لیتوگرافی 800 الی 350 نانومتر استفاده می‌کردن و با توجه به مدل، توان پردازشی 65 تا 250 مگاهرتز داشتن.

2) دومین نسل پردازنده‌های اینتل پنتیوم 2 (Intel Pentium II) بود که در سال 1997 معرفی شدن و تا 1999 هم تولید می‌شدن. این نسل از پردازنده‌ها از فناوری لیتوگرافی 250 تا 350 نانومتر استفاده می‌کردن و از نظر توان پردازشی، توانی برابر با 233 الی 450 مگاهرتز داشتن.

3) نسل سوم پردازنده‌های اینتل که احتمالاً اسمش رو زیاد شنیدید و شاید اولین کامپیوتری که خریدید از این نوع پردازنده استفاده می‌کرده، پردازنده‌های پنتیوم 3 (Intel Pentium III) اینتل بودن. این نسل در سال 1999 معرفی شد و تا سال 2003 به حضورش در بازار ادامه داد. اولین نمونه‌های این نسل از پردازنده‌ها با فناوری لیتوگرافی 250 نانومتر عرضه شد و به مرور زمان، به فناوری 130 نانومتر هم دست پیدا کرد. این نسل از پردازنده‌ها، اولین نسلی بود که توان پردازشی بیش از یک گیگاهرتز داشتن (1/4 گیگاهرتز) و به نوعی انقلابی در صنعت کامپیوترهای خونگی به وجود آوردن.

4) همزمان با نسل سوم پردازنده‌های اینتل (سری موسوم به پنتیوم 3- Intel Pentium 3) شرکت اینتل در سال 1998 پردازنده‌های سری سلرون (Celeron) خودش رو هم به بازار معرفی کرد که حضور این سری از پردازنده‌ها هنوز هم ادامه داره. فناوری لیتوگرافی این نسل از پردازنده‌ها از 250 نانومتر شروع شده امروز تونسته که به فناوری 14 نانومتر دست پیدا کنه. توان پردازشی این نسل از پردازنده‌ها از 266 مگاهرتز تا 3.6 گیگاهرتز متغیره. این نسل ازپردازنده‌ها، در سری‌ها تک، دو و چهار هسته‌ای تولید می‌شن.

5)سال 2000 برای شرکت اینتل، سال معرفی نسل چهارم پردازنده‌های اینتل پنتیوم، موسوم به پنتیوم 4 (Intel Pentium 4) بود. این سری پردازنده‌ها از سال 2000 تا 2008 در بازار حضور داشتن. تفاوت پردازنده‌های نسل پنتیوم و سلرون در قدرت پردازش اون‌هاست. اصولاً در معماری برابر، پردازنده‌های سلرون توان پردازشی کم‌تر و بالطبع قیمت کم‌تری هم دارن.

نسل چهارم پردازنده‌های پنتیوم از فناوری لیتوگرافی 180 تا 65 نانومتری استفاده می‌کردن و توان پردازشی اون‌ها هم از 1/3 تا 3/8 گیگاهرتز متغیّر بود.

6) از یه جا به بعد شرکت اینتل به این نتیجه رسید که نمی‌شه توان پردازشی رو از حد خاصّی بیشتر کرد. برای همین هم به این نتیجه رسید که روی یک پردازنده، به جای یک هسته از دو هسته استفاده کنه و تقریباً (نه کاملاً) توان پردازشی رو دو برابر کنه. اولین نسل از پردازنده‌های دو هسته که در سال 2006 معرفی شدن، با نام اینتل پنیتوم دوال کور (Intel Pentium Dual Core) شناخته می‌شن. این پردازنده‌ها از فناوری لیتوگرافی 65 و 45 نانومتری استفاده می‌کردن و توان پردازشی هر کدوم از هسته‌های اون هم بین 1/6 تا 2/93 گیگاهرتز بود.

7) از سال 2006 تا 2011 نسل دوم پردازنده‌های چند هسته‌ای (یک، دو، یا چهار) با نام اینتل دو هسته‌ای (Intel Core 2) معرفی شده‌ن. برای اولین بار، پردازنده‌هایی با بیش از 2 هسته هم در این نسل از پردازنده‌ها معرفی شدن. این نسل از پردازنده‌ها با فناوری لیتوگرافی 45 و 65 نانومتری استفاده می‌کردن و با یک، دو و یا چهار هسته، توان پردازشی برابر با 1/06 تا 3/33 گیگاهرتز داشتن.

نکته: تعداد هسته‌های پردازنده‌ها، باید زوج باشن. پس لطفاً فکر نکنید که سری پردازنده‌های Core i3 سه تا هسته دارن یا سری Core i5 پردازنده‌های پنج هسته‌ای هستن! این رو یادتون باشه!

8) اولین نسل از سری پردازنده‌های اینتل کور آی (Intel Core i) در سال 2010 با کد Core i7 معرفی شدن. شاید برای شما هم جالب باشه که اینتل معرفی این نسل رو از تَه به سَر شروع کرده! یعنی اول نسل i7 (در سال 2008)، بعد نسل i5 (در سال 2009) و در انتها هم نسل i3 (در سال 2010). البته در سال 2011 نسل i7 Extreme رو معرفی کرد و در سال 2018 هم نسل i9 رو معرفی کرد.

شاید براتون سؤال باشه که چرا اول نسل i7 معرفی شد و بعد نسل i5 و بعد از اون i3. در پاسخ به این سؤال باید، برگردیم به داستان لیتوگرافی! وقتی یه شرکت قراره که تجهیزات لیتوگرافی بوردهای خودش رو تغییر بده، نیاز به هزینه‌ی زیادی داره و باید ببینه که آیا این کار توجیه اقتصادی داره یا نه؟ (البته هزینه‌های طراحی هم هست). پردازنده‌های نسل Core i7، پردازنده‌هایی بودن که از فناوری لیتوگرافی 32، 22 و 14 نانومتری استفاده می‌کردن و به همین دلیل هم مصرف کم، استفاده از فناوری پردازش چند هسته‌ای (4، 6، 8، یا 10 هسته با استفاده از فناوری hyperthreading) و توان پردازشی بالا (3 تا 4/4 گیگاهرتز به ازای هر هسته) از اون‌ها پردازنده‌های سطح بالا و به قول خودمون غول (!) ساخته بود. از نظر تقاضای بازار، پردازنده‌های سری سلرون (Intel Celeron) و پنتیوم (Intel Pentium- که این نسل از پردازنده‌های پنتیوم در سال 2009 معرفی شدن و یک یا دو هسته دارن) برای کارهای میان‌رده و پایین رده با قیمت مناسب در دسترس بودن. امّا پس از مدتی شرکت اینتل تصمیم گرفت که از فناوری لیتوگرافی 32، 22 و در نهایت 14 نانومتر در سری پردازنده‌های میان‌رده و پایین‌رده‌ی اقتصادی خودش هم استفاده کنه و در نتیجه‌ی پردازنده‌های نسل Core i5 و Core i3 به بازار عرضه شدن.

پردازنده‌های نسل Core i5 با بهره‌گیری از فناوری لیتوگرافی 45، 32، 22، و 14 نانومتری و تعداد 2 یا 4 هسته، به ازای هر هسته توان پردازشی برابر با 1/06 تا 4/2 گیگاهرتز دارن.

پردازنده‌های نسل Core i3 هم با بهره‌گیری از فناوری لیتوگرافی 32، 22، و 14 نانومتری و استفاده از 2 هسته، توان پردازشی برابر با 1/2 تا 3/7 گیگاهرتز به ازای هر هسته دارن.

پردازنده‌های نسل Core i9 هم که تقریباً یک سال از معرفی‌شون می‌گذره، از فناوری لیتوگرافی 14 نانومتری استفاده می‌کنن و با 6 یا 8 هسته (10 یا 18 هسته در نسل Core i9 Extreme) توان پردازشی برابر با 3 تا 4 گیگاهرتز  (2/9 تا 4/3 گیگاهرتز در نسل Core i9 Extreme) به ازای هر هسته دارن.

9) امّا یک سری پردازنده هم هستن که برای سرورها به کار می‌رن و با نام  زئون (XEON) شناخته می‌شن. این پردازنده‌ها عموماً همزمان با نسل‌های مختلف پردازنده‌های اینتل به بازار عرضه می‌شن و به دلیل استفاده در سرورها و نیاز به توان پردازشی بالاتر، ولتاژ بیشتری مصرف می‌کنن و دمای بیشتری هم تولید می‌کنن و توانایی کار در کنار یک پردازنده‌ی دیگه‌ی هم‌نسل خودشون رو هم دارن. و البته به خاطر بحث مصرف انرژی و قیمت بالا، برای استفاده‌ی اداری و خانگی اصلاً مناسب نیستن! علاوه بر اون، فن‌های خنک کننده‌ی این پردازنده‌ها هم سر و صدای وحشتناکی داره که تحمل یه کم سخته!

اولین نسل پردازنده‌های زئون، نسل پنتیوم 2 زئون (Intel Pentium II  Xeon) بودن که در سال 1998 معرفی شدن و توان پردازشی برابر با 400 مگاهرتز داشتن.

نسل بعدی این پردازنده‌ها با توان پردازشی 500 تا 550 مگاهرتز در سال 1999 معرفی شدن (Intel Pentium III Xeon). نسل اول و دوم این پردازنده‌ها، از فناوری لیتوگرافی 250 نانومتر استفاده می‌کردن.

نسل سوم پردازنده‌های زئون که باز هم تحت عنوان زئون پنتیوم 3 (Intel Pentium III Xeon) تولید می‌شدن، از فناوری لیتوگرافی 180 نانومتر استفاده می‌کردن و توان پردازشی برابر با 600 تا 1000 مگاهرتز داشتن.

این‌جا لازمه به این نکته اشاره کنم که نسل‌های مختلف پردازنده‌های نسل کور آی (Intel Core i ) اسم‌های مخصوص به خودشون رو دارن:

1- نسل اول با نام  Nehalem یا Westmere (اولی با فناوری لیتوگرافی 45 نانومتر و دومی با فناوری لیتوگرافی 32 نانومتر)

2- نسل دوم با نام Sandy Bridge

3- نسل سوم با نام Ivy Bridge (این نسل برای اولین بار از فناوری لیتوگرافی 22 نانومتر استفاده کرد)

4- نسل چهارم با نام Haswell

5- نسل پنجم با نام Broadwell (این نسل از پردازنده‌ها، برای اولین بار از فناوری لیتوگرافی 14 نانومتری استفاده می‌کردن)

6- نسل ششم با نام Skylake

7- نسل هفتم با نام Kaby Lake

8- و نسل هشتم و نهم با نام Coffee Lake

9- و نسل دهم با نام Ice Lake (این نسل از پردازنده‌ها قراره که از فناوری لیتوگرافی 10 نانومتر استفاده کنن و البته هنوز رونمایی نشده‌ن!)

پردازنده‌های نسل اخیر زئون، با نام هر کدوم از نسل‌های پردازنده‌های سری کور آی (Core i) شناخته می‌شن. و البته آخرین نسل از پردازنده‌های زئون که توانایی پشتیبانی از حافظه‌های DDR4 رو هم دارن با کد نام اختصاصی Cascade Lake شناخته می‌شن و از توانایی پردازش اون‌ها همین‌قدر بگم که مثلاً پردازنده‌ی مدل Xeon Platinum 8280MU، دارای 28 هسته‌ی فیزیکی و 56 هسته‌ی منطقی (توی بحث مجازی‌سازی به درد می‌خوره) هست و به ازای هر هسته توان پردازشی برابر با 2/7 گیگاهرتز داره و البته برای این کار، به توان ورودی 205 وات هم نیاز داره!

تا یادم نرفته بگم که این وسط‌‌ها، یک نسلی هم به نام پردازنده‌های سری اتم () از سال 2008 معرفی شد که خیلی ریزه‌میزه بودن و مصرف انرژی بسیار کمی داشتن و البته توان پردازشی کمی هم داشتن. این نسل از پردازنده‌ها برای مینی‌ لپ‌تاپ‌ها و نِت بوک‌ها طراحی شده‌ن و مورد استفاده قرار می‌گیرن. این نسل از فناوری لیتوگرافی 32 و 45 نانومتری استفاده می‌کنن و یک، دو یا چهار هسته دارن و به ازای هر هسته، توان پردازشی بین 800 مگاهرتز تا 2/13 گیگاهرتز دارن.

برای این‌که راحت‌تر بتونید نسل‌های مختلف پردازنده‌های شرکت اینتل رو با هم مقایسه کنید، می‌تونید از این جدول استفاده کنید:

نسل پردازنده	تعداد هسته	محدوده‌ی توان پردازش	لیتوگرافی	محدوده‌ی توان مصرفی	تاریخ حضور در بازار
Intel Pentium	1	65 MHz 250 MHz	800 nm 350 nm	-	1993 تا 1999
Intel Pentium II	1	233 MHz 450 MHz	350 nm 250 nm	16- 38 W	1999 تا 1997
Intel Pentium III	1	450 MHz 1.4 GHz	130 nm 180 nm 250 nm	17- 35 W	1999 تا 2003
Intel Celeron	1 2 4	266 MHz 3.6 GHz	250 nm 180 nm 130 nm 90 nm 65 nm 45 nm 32 nm 22 nm 14 nm	4- 86 W	1998 تا کنون
Pentium 4	1	1.3 GHz 3.8 GHz	180 nm 130 nm 90 nm 65 nm	21- 115 W	2000 تا 2008
Intel Pentium Dual-Core	2	1.6 GHz 2.93 GHz	65 nm 45 nm	10- 65 W	2006 تا 2009
Intel Core 2	1 2 4	1.06 GHz 3.33 GHz	65 nm 45 nm	5.5- 150 W	2006 تا 2011
Intel Core i3	2	1.2 GHz 3.7 GHz	32 nm 22 nm 14 nm	35- 73 W	2010 تا کنون
Intel Core i5	2 4	1.06 GHz 4.2 GHz	45 nm 32 nm 22 nm 14 nm	17- 95 W	2009 تا کنون
Intel Core i7	4 8	1.6 GHz 4.4 GHz	45 nm 32 nm 22 nm 14 nm	45- 130 W	2008 تا کنون
Intel Core i9	6 8	3.0 GHz 4.0 GHz	14 nm	45- 95 W	2018 تا کنون
Intel Core i9 Extreme	10 18	2.90 GHz 4.3 GHz	14 nm	140- 165 W	2017 تا کنون
Intel Xeon	تا 28 هسته	400 MHz 4.4 GHz	250 nm 180 nm 130 nm 90 nm 65 nm 45 nm	16- 165 W	1998 تا کنون
Intel Atom	1 2 4	800 MHz 2.13 GHz	45 nm 32 nm	0.65- 13 W	2008 تا کنون

این هم از مبحث مربوط به پردازنده‌های شرکت اینتل! خدانگهدار!