هسته های اختصاصی پردازنده ها چه تفاوتی با هسته های Cortex شرکت Arm دارند؟ - مجله هاستفا

چرا شرکت Arm اهمیت زیادی برای گوشی های هوشمند دارد؟

تمام گوشی های اندرویدی و تمام آیفون ها از پردازنده های مبتنی بر معماری Arm استفاده می نمایند. در حال حاضر بیشتر کامپیوترها از پردازنده مبتنی بر معماری x86-64 استفاده می نمایند که نسخه 64 بیتی معماری استفاده شده در کامپیوترهای دهه 80 مانند 80386 و 80486 است. شرکت AMD در سال 2003 اولین نسخه 64 بیتی این معماری را طراحی و ارائه کرد. اما بیشتر گوشی ها از نسخه Armv8 معماری شرکت Arm استفاده می نمایند و البته تعدادی از چیپست های تازه به بهره گیری از نسخه تازه آن موسوم به Armv9 روی آورده اند.

از معماری Arm به عنوان RISC یا مجموعه دستورالعمل های ساده شده هم یاد می گردد. در این معماری، با ساده تر کردن دستورالعمل ها می توان سرعت اجرای آن ها را بیشتر کرد ولی در مقایسه با پردازنده های CISC (مجموعه دستورالعمل های پیچیده)، باید بیش از یک دستورالعمل اجرا گردد تا نتیجه مشابه محقق گردد. به زبان بسیار ساده، معماری RISC اگرچه توان کمتری نسبت به پردازنده های CISC استفاده شده در کامپیوترها ارائه می دهد، اما از سوی دیگر انرژی بسیار کمتری را مصرف می نماید و به همین دلیل برای گوشی های هوشمند ایدئال محسوب می گردد.

مدل کسب وکار شرکت Arm به طور کامل با شرکت هایی مانند اینتل و AMD تفاوت دارد. متخصصان این شرکت همیشه در حال طراحی پردازنده ها و تراشه های تازه هستند و سپس این طرح ها را در اختیار دیگر شرکت ها قرار می دهند تا آن ها بتوانند تراشه ها را به دست کاربران برسانند. در ازای فروش هرکدام از این تراشه ها، مبلغی به شرکت Arm می رسد و ضمناً شرکت های موردنظر بعد از طراحی تراشه های خود، باید تأییدیه Arm را هم دریافت نمایند. اما اینتل به تنهایی تراشه های خود را طراحی و فراوری می نماید. AMD هم اگرچه تراشه های خود را به طور کامل طراحی می نماید، اما ساخت آن را به شرکت های دیگر می سپارد.

از بین مشتریان Arm می توانیم به شرکت هایی مانند کوالکام، اپل، سامسونگ، مدیاتک و گوگل اشاره کنیم. این شرکت ها می توانند مجوزهای کلیدی یا مجوزهای مربوط به معماری را از Arm دریافت نمایند. با دریافت مجوزهای کلیدی، این شرکت ها قادر به بهره گیری از طراحی کامل پردازنده ها برای تراشه های خود هستند. به زبان ساده، چنین مجوزی اجازه تغییر در طراحی پردازنده های ارائه شده را به شرکت های موردنظر نمی دهد.

با دریافت مجوز معماری، شرکت ها می توانند طراحی پردازنده ها را با توجه به احتیاجهای خود تغییر دهند و فقط طراحی نهایی باید با مجموعه دستورالعمل های شرکت Arm سازگار باشد. به عنوان مثال شرکت هایی مانند کوالکام، اپل، سامسونگ و انویدیا چنین مجوزی را دریافت می نمایند. به همین دلیل این شرکت ها معمولا از هسته های اختصاصی یا سفارشی برای تراشه های خود بهره می برند یا در گذشته چنین کاری انجام داده اند. اما از آنجایی که تغییر در طراحی هسته های پردازشی کار بسیار پیچیده ای است، بسیاری از شرکت ها ترجیح می دهند از همان طرح های ارائه شده به وسیله Arm استفاده نمایند.

مزایا و معیاب هسته های اختصاصی پردازنده ها

طراحی هسته های پردازشی اختصاصی از نظر فنی کار بسیار پیچیده ای است و به بودجه بسیار بالایی احتیاج دارد. به همین دلیل فقط زمانی که شرکت ها نمی توانند عملکرد مدنظر خود را از هسته های Cortex-A یا Cortex-X دریافت نمایند، چنین کاری را انجام می دهند. گاهی اوقات هم این رویکرد جواب می دهد و گاهی اوقات با شکست روبرو می گردد.

هسته های موجود در پردازنده های تازه میلیاردها ترانزیستور دارند و اگر یک شرکت از متخصصان بسیار ماهر و بودجه کافی بهره ببرد، شاید بتواند هسته های پردازشی بهتر از رقبا را توسعه دهد. با این حال، ممکن است این هسته ها عملکرد مشابه با رقبا یا حتی عملکرد بدتر از آن ها را ارائه دهند. در نهایت هر کدام از این هسته های اختصاصی به طور مستقیم با طراحی های ارائه شده به وسیله شرکت Arm مقایسه می شوند.

اگر در این زمینه به پیروزیت برسند، تیم های بازاریابی به طور گسترده روی این قدرت بیشتر مانور می دهند و در تبلیغات مختلف به قدرت بیشتر و مصرف انرژی کمتر پرداخته می گردد. به عنوان مثال می توانیم به شرکت اپل اشاره کنیم که حالا غیر از آیفون و آیپد و دیگر گجت ها، برای تعداد زیادی از کامپیوترهای خود هم از تراشه های مبتنی بر معماری Arm استفاده می نماید. اما اپل سال هاست که از هسته های پردازشی اختصاصی بهره می برد و در این زمینه فاصله زیادی با رقبای خود دارد.

با این حال، اگر عملکرد این هسته های اختصاصی از انتظارات پایین تر باشد، این موضوع به کابوس تیم های روابط عمومی و بازاریابی تبدیل خواهد شد. به عنوان مثال سامسونگ تا چند سال قبل برای تراشه های خود از هسته های سفارشی استفاده می کرد که در نهایت شکست را پذیرفت و این رویکرد را کنار گذاشت.

کدام شرکت ها از هسته های اختصاصی برای پردازنده استفاده می نمایند؟

همان طور که گفتیم، چنین کاری به بودجه هنگفتی احتیاج دارد و طبیعتا فقط شرکت های بسیار بزرگ می توانند چنین کاری را انجام دهند. در ادامه به شرکت هایی که قادر به طراحی هسته های اختصاصی برای پردازنده های خود هستند، می پردازیم.

کوالکام

کوالکام از جمله شرکت هایی است که برای تراشه های خود هم از هسته های ارائه شده به وسیله Arm استفاده می نماید و هم از هسته های اختصاصی بهره می برد. سال ها قبل تراشه های اسنپدراگون 800، 801 و 805 با هسته های مبتنی بر طراحی Krait راهی بازار شدند. کوالکام برای مدتی در کنار هسته های ارائه شده به وسیله Arm از هسته های اختصاصی Kyro هم استفاده می کرد اما از اسنپدراگون 835 به بعد به بهره گیری از هسته های پردازشی Arm روی آورده است.

باید خاطرنشان کنیم کوالکام، سامسونگ، گوگل و مدیاتک تنها شرکت هایی هستند که می توانند از هسته های سری Cortex-X شرکت Arm استفاده نمایند که توان بسیار بالایی را ارائه می دهند. در سال 2021، کوالکام با پرداخت 1.4 میلیارد دلار استارت آپ Nuvia را تصاحب کرد که در زمینه طراحی تراشه فعالیت می نماید و به وسیله تعدادی از مهندسان سابق اپل تأسیس شده است. گفته می گردد این افراد نقش مهمی در طراحی پردازنده های اپل داشته اند. طبق گزارش ها، کوالکام با استفاده از تخصص این استارت آپ می خواهد طراحی هسته های پردازشی اختصاصی را شروع کند که البته قرار است این تراشه ها ابتدا برای لپ تاپ ها استفاده شوند و در نهایت به گوشی ها هم راه پیدا می نمایند.

اپل

اپل یکی از مهم ترین و بزرگ ترین مشتریان شرکت Arm محسوب می گردد. اپل در ابتدا برای آیفون از هسته های ارائه شده به وسیله شرکت Arm بهره می برد. اما در سال 2008 یک شرکت طراحی پردازنده را تصاحب کرد و بعد از این تصاحب، فرایند طراحی هسته های پردازشی اختصاصی شروع شد. اپل سپس چند سال برای طراحی هسته های اختصاصی وقت صرف کرد و در نهایت پیروز شد به بهره گیری از هسته های طراحی شده به وسیله تیم خود روی بیاورد.

اولین معماری اختصاصی اپل Swift نام داشت و بعد از آن نوبت به Cyclone که یک طراحی 64 بیتی بود و اپل با استفاده از این معماری توانست صنعت گوشی های هوشمند را غافلگیر کند. تراشه A7 که در سال 2013 در آیفون 5s و تعدادی از آیپدها استفاده شد، مبتنی بر معماری 64 بیتی است و برای مقایسه باید بگوییم که اولین پردازنده های 64 بیتی اوایل سال 2015 راهی گوشی های اندرویدی شدند. این یعنی اپل در رقابت بر سر تراشه های 64 بیتی 18 ماه زودتر وارد عمل شد.

اپل هر ساله برای آیفون و آیپد از یک تراشه مبتنی بر معماری و امکانات تازه رونمایی می نماید. بعد از پیروزیت گسترده این شرکت در این حوزه، مدیران اپل تصمیم گرفتند برای کامپیوترهای خود هم از تراشه های اختصاصی استفاده نمایند که از این تراشه ها به عنوان اپل سیلیکون یاد می گردد. سال گذشته اولین تراشه اختصاصی برای کامپیوترهای مک با نام اپل M1 معرفی گردید که مبتنی بر طراحی چیپست A14 استفاده شده برای آیفون 12 است. مدتی قبل هم تراشه های M1 پرو و M1 مکس معرفی گردیدند که قدرت بسیار بیشتری را برای سیستم های موردنظر ارائه می دهند.

سامسونگ و انویدیا

مانند کوالکام، سامسونگ هم استفاده از هسته های پردازشی اختصاصی را تجربه نموده است. تمام پردازنده های اگزینوس تا سال 2016 از هسته های Cortex-A شرکت Arm استفاده می کردند. اما در سال 2016، سامسونگ از چیپست اگزینوس 8890 رونمایی کرد که با هسته های اختصاصی این شرکت موسوم به Mongoose راهی بازار شد. سامسونگ برای 4 نسل از تراشه های خود به استفاده از هسته های اختصاصی ادامه داد اما این فرایند با عرضه اگزینوس 9825 به آخر خط رسید. اما به علت عملکرد ضعیف این هسته ها، سامسونگ این هسته های اختصاصی را کنار گذاشت و به بهره گیری از طراحی های ارائه شده به وسیله Arm روی آورد.

انویدیا هم یکی دیگر از مشتریان مهم Arm به شمار میرود که بیشتر کاربران آن را به عنوان سازنده کارت گرافیک می شناسند. اما این شرکت در حوزه های مختلف فعالیت دارد و مثلا می توانیم به توسعه سیستم های یادگیری ماشینی، ساخت قطعات اتومبیل های خودران و تراشه های مختص دیتا سنترها اشاره کنیم. این شرکت به غیر از استفاده از هسته های پردازشی Arm، برای بعضی از تراشه های خود از هسته های اختصاصی هم استفاده می نماید. باید خاطرنشان کنیم در سال 2020 انویدیا بیان کرد که با پرداخت 40 میلیارد دلار شرکت Arm را تصاحب می نماید. اما این قرارداد به علت نگرانی های پدید آمده هنوز نهایی نشده و آینده این واگذاری در هاله ای از ابهام قرار گرفته است.

آیا هسته های اختصاصی بهتر هستند؟

در نهایت سؤال مهم این است که آیا هسته های اختصاصی واقعا بهتر از هسته های پردازشی شرکت Arm هستند؟ در این زمینه ابتدا باید منظور از بهتر بودن را معین کنیم. به غیر از معیارهایی مانند عملکرد و مصرف انرژی، باید به هزینه ساخت، تنوع و هدف ساخت هم اشاره نمود. در حال حاضر، در سرتاسر دنیا حدود 4 و شاید 5 گروه از مهندسان قابلیت طراحی تراشه های اختصاصی را در اختیار دارند. یکی از این تیم ها در شرکت arm مستقر است و در کنار آن باید به شرکت های اپل، کوالکام و انویدیا هم اشاره کنیم.

اپل در زمینه ارائه برترین عملکرد حرف اول را می زند. این شرکت در سال 2013 با معرفی تراشه A7 سروصدای زیادی راه انداخت و از آن موقع روزبه روز فاصله خود را از رقبا افزایش داده است. البته کوالکام با تصاحب Nuvia می خواهد این شرایط را تغییر دهد که باید ببینیم در این زمینه پیروز می گردد یا نه.

اپل به لطف این استراتژی، سالانه عایدی هنگفتی را کسب می نماید. برای مقایسه باید بگوییم که عایدی حاصل از فروش آیفون بیشتر از کل عایدی گوگل است. عایدی کل اپل هم حدود دو برابر عایدی گوگل محسوب می گردد و اگر مجموع عایدی شرکت های گوگل، اینتل و مایکروسافت را جمع بزنیم باز هم به پای عایدی اپل نمی رسد.

یکی از مهم ترین معینه های گجت های اپل، همین بهره گیری از تراشه های اختصاصی است و با این کار پیروز شده فشار بر رقبا را تا حد زیادی افزایش دهد. سازندگان گوشی های اندرویدی باید این سؤال را از خود بپرسند که آیا ساخت پردازنده های اختصاصی ارزش سرمایه گذاری دارد؟ از سوی دیگر، اپل با استفاده از تراشه های اختصاصی برای کامپیوترهای خود همین فشار را به اینتل و AMD وارد نموده است. آیا این دو شرکت می توانند با عرضه تراشه های بهتر، توجه کاربران علاقمند به مک های دارای تراشه های اختصاصی را جلب نمایند؟

در نهایت، این رقابت به نفع کاربران است زیرا شاهد نوآوری و عرضه محصولات جذابی خواهیم بود. در خصوص هسته های پردازشی اختصاصی چه فکر می کنید؟ آیا برای خرید این گوشی به این موضوع توجه می کنید؟ نظرات خود را در بخش کامنت ها با ما و دیگران در میان بگذارید.

منبع: Android Authority