داستان یک تناقض؛ آیا ۸ هسته همیشه بهتر از ۴ هسته است؟

روز به روز خرید گوشی سخت‌تر می‌شود. تنوع گسترده‌ی محصولات نیست که خریدار را گیج می‌کند، بلکه این تولیدکننده‌ها هستند که با کلمات عجیب و غریب‌شان مردم را گمراه می‌کنند. تصور اولیه‌ی عموم مردم این است که یک پردازشگر هشت‌هسته‌ای (Octa-Core) لزوما باید از یک پردازشگر چهارهسته‌ای (Quad-Core) قوی‌تر باشد؛ اما می‌دانیم که در واقعیت این‌گونه نیست. در این نوشته می‌خواهیم داستان پردازشگرهای موبایل را مرور کرده و از کار تولیدکنندگان موبایل سر دربیاوریم. پیشنهاد می‌کنیم با ما همراه باشید.

تکنولوژی ماهیت پیچیده‌ای دارد، فروش هم همین‌طور. شرکت‌های فعال در حوزه‌ی تکنولوژی هم برای فروش کالاهای خود، پیچیده رفتار می‌کنند. یک بازاریاب در شرکتی مثل سامسونگ، هوآوی یا هر جای دیگر، سعی می‌کند فرایند پیچیده‌ی خرید را برای کاربر آسان جلوه دهد و برای این کار ممکن است رفتار صادقانه‌ای نداشته باشد. بازاریاب‌ها هنگام تبلیغ یک کالای الکترونیکی مصرفی، یک فرمول کلی دارند: «هر چه بیشتر، بهتر»؛ اما عموم مردم به‌مرور زمان واقعیت ماجرا را پی می‌برند. به طور مثال، ما حالا می‌دانیم که مگاپیکسل بیشتر دیگر به معنای کیفیت بهتر عکس نیست. در این مطلب یک واقعیت مهم را هم برای شما بازگو می‌کنیم. «تعداد هسته‌ی بیشتر، لزوما به معنای پردازشگر سریع‌تر نیست.»

‌    ‌‌‌‌‌

هسته‌ی بیشتر به معنای پردازشگر سریع‌تر نیست

در یک پردازشگر، هر هسته به عنوان یک واحد پردازشی (PU یا CPU) عمل می‌کند. اما تعداد واحدهای بیشتر، همیشه به سریع‌تر شدن پردازشگر منجر نمی‌شود. تعداد بالای هسته‌ها تنها موقعی به کار می‌آید که پردازشگر و نرم‌افزار جوری طراحی شده باشند که بتوانند بیشترین بهره را از آن هسته‌ها ببرند.

تصور کنید که از هشت آشپز خواسته شده در یک آشپزخانه‌ی کوچک بر روی پخت یک غذا همکاری کنند. آیا آن هشت نفر در آشپزخانه جا می‌شوند؟ آیا ظروف کافی برای کار آن هشت نفر وجود دارد؟ همان‌طور که می‌بینید، تعدد آشپزها لزوما سرعت آماده شدن غذا را بالا نمی‌برد.

در مورد هسته‌های داخل پردازشگر، همین داستان برقرار است؛ کارایی هسته‌های داخل پردازشگر به عوامل مختلفی مثل فرکانس «واحد پردازش مرکزی» (CPU)، معماری تراشه و نرم‌افزار بستگی دارد. شاید بیشترین مشکل از جانب نرم‌افزار باشد. آیا نرم‌افزار (یا همان اپلیکیشن) می‌تواند از تمام هسته‌های پردازشگر استفاده کند؟ این موضوع بستگی به نرم‌افزار دارد. همواره تلاش می‌شود بازی‌های موبایل طوری طراحی شوند که بتوانند از تمام هسته‌های پردازشگر برای بالا بردن عملکردشان بهره ببرند. اما واقعیت این است که در عمل اکثر بازی‌ها و اپلیکیشن‌ها این‌گونه نیستند. متاسفانه بیشتر اپلیکیشن‌ها طوری طراحی شده‌اند که نهایتا می‌توانند از یک یا دو هسته کمک بگیرند. در این حالت، تمام هسته‌ها و بخش‌های روی تراشه، در حالت فعال قرار گرفته و از شارژ باتری مصرف می‌کنند.

‌‌‌‌

اهمیت معماری پردازشگر

در نگاه اول، پردازشگر چیزی نیست جز یک تراشه‌ی مربعی‌شکل. اما موضوع به این سادگی‌ها نیست. هر پردازشگر از هسته‌ها، حافظه‌ی «کش» (cache) و «دروازه‌های منطقی» (Logic Gates) و غیره تشکیل شده است. باید بدانید که طراحی پردازشگر تاثیر زیادی بر روی عملکردش دارد. نحوه‌ی طراحی «دروازه‌های منطقی» یا چگونگی اتصال حافظه‌ی «کش» به هسته‌ها، از اهمیت زیادی برخوردار هستند؛ در این‌صورت، پر بیراه نیست اگر یک پردازشگر دوهسته‌ای را برتر از یک پردازشگر چهارهسته‌ای بدانیم؛ چه‌بسا خیلی از پردازشگرهای چهارهسته‌ای هم از پردازشگرهای هشت‌هسته‌ای بهتر باشند.

چندین شرکت مختلف هستند که تراشه‌های مخصوص دستگاه‌های اندرویدی را تولید می‌کنند. اما فقط دو معماری اصلی وجود دارد: «آرم» (ARM) و «اینتل» (Intel). این دو شرکت در مورد چگونگی تعامل اجزای مختلف پردازشگر، به روش خود عمل می‌کنند. بسیاری از تولیدکنندگان تراشه، مثل «کوآلکام»، «سامسونگ»، «انویدیا» و «مدیاتک» برای ساخت پردازشگرهای‌شان از طراحی مرجع شرکت «آرم» استفاده می‌کنند. «اینتل» هم بر اساس معماری خودش پردازشگر می‌سازد.

‌    ‌‌

یکه‌تازی‌های «آرم» در دنیای موبایل

شرکت «آرم» (ARM) در زمینه‌ی تراشه‌های موبایل، یک سر و گردن از رقبا بالاتر است؛ «آرم» این موقعیت را به لطف شرکای تجاری‌اش مثل «کوآلکام»، «سامسونگ» و سایرین بدست آورده. به عبارت دیگر، شما اگر یک تلفن هوشمند جدید بخرید، احتمال این‌که معماری پردازشگرش از نوع «آرم» باشد، خیلی زیاد است.

‌

شرکت «آرم» برای طراحی تراشه‌‌هایش از مدلی موسوم به big.LITTLE استفاده می‌کند. در این مدل، تراشه‌ها از دو مجموعه‌ی چهارهسته‌ای (در مجموع ۸ هسته) تشکیل شده‌اند: یک مجموعه برای رسیدن به حداکثر عملکرد دستگاه فعالیت می‌کند و به عبارتی کارهای سنگین را انجام می‌دهد؛ مجموعه‌ی دوم هم روی کارایی دستگاه و کارهای سبک‌تری مثل مدیریت باتری تمرکز دارد. این روزها، اکثر تلفن‌های هوشمند اندرویدی با تراشه‌های مبتنی بر طراحی «آرم» به بازار عرضه می‌شوند. اما «آرم» در این عرصه تنها نیست؛ «اینتل» به عنوان یکی از مطرح‌ترین تولیدکنندگان سخت‌افزار کامپیوترهای شخصی، روز به روز نفوذش را به دنیای موبایل بیشتر می‌کند.

‌

در مدل big.LITTLE از دو مجموعه‌ی چهارهسته‌ای استفاده می‌شود. تراشه‌های ۸ هسته‌ای آرم بر اساس این مدل طراحی می‌شوند.

‌‌‌‌‌

«اینتل» به دنبال «آرم» می‌دود

«اینتل» (Intel) با تمام قدرت تلاش می‌کند از لحاظ سهم بازار دنیای موبایل، خود را به شرکت «آرم» نزدیک کند. اینتل برای این هدف، شرکای تجاری خوبی دارد. دو شرکت «لنوو» و «ایسوس» که همواره در بخش کامپیوترهای شخصی با اینتل همکاری داشته‌اند، اکنون مشارکت خود را با این شرکت در عرصه‌ی موبایل ادامه می‌دهند. لنوو و ایسوس بسیاری از گوشی‌ها و تبلت‌های خود را با تراشه‌های اینتل به بازار عرضه می‌کنند. جالب است بدانید که «اینتل» به مدل چهارهسته‌ای خود ایمان دارد؛ درحالی‌که شرکت «آرم» تبلیغات گسترده‌ای بر روی مدل هشت‌هسته‌ای خود انجام می‌دهد.

‌

‌‌‌

در آخر، هشت هسته بهتر است یا چهار هسته؟

اول از همه تکرار می‌کنیم که پردازشگر هشت‌هسته‌ای در واقعیت هم، هشت هسته (دو مجموعه‌ی چهارهسته‌ای) دارد؛ دعوایی سر این موضوع وجود ندارد. مشکل اصلی این‌جاست که این هشت ‌هسته‌ به طور همزمان کار نمی‌کنند. به همین خاطر برخی از تولیدکنندگان در تبلیغ برخی محصولات خود بر روی عبارت «هشت‌هسته‌ای واقعی» تاکید می‌کنند تا از این طریق امکان فعالیت همزمان این ۸ هسته را به رخ رقبا بکشند. این‌جا دو نکته‌ی جالب وجود دارد: اول این‌که هنوز به‌سختی می‌توان اپلیکیشنی پیدا کرد که بتواند از هر هشت هسته به طور همزمان کار بکشد؛ دوم این‌که اکثریت اپلیکیشن‌های موجود اساسا به این تعداد واحد پردازشی احتیاجی ندارند. در واقع، بهترین بازی‌های اندرویدی امروزی، به‌راحتی با یک پردازشگر چهارهسته‌ای کار می‌کنند. حال با یک سوال جمع‌بندی می‌کنیم: آیا یک «هشت‌هسته‌ای واقعی» از یک چهارهسته‌ای سریع‌تر است؟ پاسخ مثبت است، البته با یک شرط و آن‌هم این‌که پردازش اپلیکیشن یا بازی مورد نظر ما از عهده‌ی پردازشگر چهارهسته‌ای برنیاید. اگر اپلیکیشن یا بازی ما کارش با چهار واحد پردازشی راه بیفتد، نصف پردازشگر هشت هسته‌ای بیکار می‌شود.

‌‌‌

هر گردی گردو نیست

جدا از بحث تعداد هسته‌ها، خود هسته‌ها هم بسیار تاثیر گذارند. به طور مثال، خانواده‌ی پردازشگرهای Cortex-A از شرکت «آرم» از اعضایی مانند A72، A57، A53، A17، A15، A9، A7 و A5 تشکیل شده است. قدرت هر یک از این پردازشگرها با هم فرق می‌کند.

«مدیاتک MT6592) «Mediatek MT6592) در سال ۲۰۱۳ معرفی شد و هنوز هم یکی از تراشه‌های هشت‌هسته‌ای پرکاربرد است. در «مدیاتک MT6592» از هشت هسته‌ی Cortex-A7 استفاده شده که می‌توانند با فرکانس کاری ۱.۷ تا ۲ گیگاهرتز به طور همزمان کار کنند. در این میان، ما «انویدیا تگرا ۴» (NVIDIA Tegra 4) را هم داریم که باز هم در همان سال ۲۰۱۳ معرفی شده؛ در این تراشه، از چهار هسته‌ی پردازشی Cortex-A15 استفاده شده است. از آن‌جایی که این هسته‌ها کیفیت بهتری از هسته‌های به کار رفته در «مدیاتک MT6592» دارند، می‌توان انتظار عملکرد بهتری را هم از آن‌ها داشت. نتایج بنچمارک‌ها هم همین موضوع را نشان می‌دهد. بله، پردازشگر چهارهسته‌ای «انویدیا تگرا ۴» در مقایسه با پردازشگر هشت‌هسته‌ای «مدیاتک MT6592» عملکرد و سرعت بهتری دارد. در دنیای موبایل از این مثال‌ها زیاد وجود دارد.

‌   ‌‌‌

سخن پایانی

معماری پردازشگر موضوع پیچیده‌ای است. آن‌چه در این نوشته اشاره شد، تنها بخشی از تناقض‌های موجود در زمینه‌ی پردازشگر است. نکته‌ی اصلی این‌جاست که شما نباید فقط به ارقام ارایه شده توسط شرکت‌ها اکتفا کنید. عباراتی مثل «هشت‌هسته‌ای» یا «چهار‌هسته‌ای» بیش از آن‌که راه‌گشا باشند، شما را در مسیر خرید دستگاه مورد نظرتان گمراه می‌کنند. بهترین کار این است که نقد و بررسی تخصصی آن محصول را مطالعه کرده و پس از مقایسه‌‌ی آن با محصولات رقیب، نسبت به خرید اقدام کنید.