هسته‌های اختصاصی پردازنده‌ها چه تفاوتی با هسته‌های Cortex شرکت Arm دارند؟
اگر پیگیر خبرهای مربوط به تراشه‌ها باشید، احتمالا بارها به عبارت هسته‌های اختصاصی پردازنده، به‌خصوص در رابطه با تراشه‌های اپل، مواجه شده‌اید. اما این هسته‌های اختصاصی یا سفارشی دقیقا چگونه طراحی و تولید می‌شوند و در مقایسه با هسته‌های Cortex ارائه شده توسط شرکت Arm چه تفاوت‌هایی دارند؟ در ادامه به طور جامع به این موضوع می‌پردازیم.
چرا شرکت Arm اهمیت زیادی برای گوشی‌های هوشمند دارد؟
تمام گوشی‌های اندرویدی و تمام آیفون‌ها از پردازنده‌های مبتنی بر معماری Arm استفاده می‌کنند. در حال حاضر بیشتر کامپیوترها از پردازنده‌ی مبتنی بر معماری x86-64 استفاده می‌کنند که نسخه‌ی ۶۴ بیتی معماری استفاده شده در کامپیوترهای دهه‌ی ۸۰ مانند ۸۰۳۸۶ و ۸۰۴۸۶ است. شرکت AMD در سال ۲۰۰۳ اولین نسخه‌ی ۶۴ بیتی این معماری را طراحی و ارائه کرد. اما بیشتر گوشی‌ها از نسخه‌ی Armv8 معماری شرکت Arm استفاده می‌کنند و البته تعدادی از چیپست‌های جدید به بهره‌گیری از نسخه‌ی جدید آن موسوم به Armv9 روی آورده‌اند.
از معماری Arm به‌عنوان RISC یا «مجموعه دستورالعمل‌های ساده شده» هم یاد می‌شود. در این معماری، با ساده‌تر کردن دستورالعمل‌ها می‌توان سرعت اجرای آن‌ها را بیشتر کرد ولی در مقایسه با پردازنده‌های CISC (مجموعه دستورالعمل‌های پیچیده)، باید بیش از یک دستورالعمل اجرا شود تا نتیجه‌ی مشابه محقق شود. به زبان بسیار ساده، معماری RISC اگرچه توان کمتری نسبت به پردازنده‌های CISC استفاده شده در کامپیوترها ارائه می‌دهد، اما از سوی دیگر انرژی بسیار کمتری را مصرف می‌کند و به همین خاطر برای گوشی‌های هوشمند ایدئال محسوب می‌شود.
مدل کسب‌وکار شرکت Arm به طور کامل با شرکت‌هایی مانند اینتل و AMD تفاوت دارد. متخصصان این شرکت همواره در حال طراحی پردازنده‌ها و تراشه‌های جدید هستند و سپس این طرح‌ها را در اختیار دیگر شرکت‌ها قرار می‌دهند تا آن‌ها بتوانند تراشه‌ها را به دست کاربران برسانند. در ازای فروش هرکدام از این تراشه‌ها، مبلغی به شرکت Arm می‌رسد و در ضمن شرکت‌های موردنظر بعد از طراحی تراشه‌های خود، باید تأییدیه‌ی Arm را هم دریافت کنند. اما اینتل به تنهایی تراشه‌های خود را طراحی و تولید می‌کند. AMD هم اگرچه تراشه‌های خود را به طور کامل طراحی می‌کند، اما ساخت آن را به شرکت‌های دیگر می‌سپارد.
از بین مشتریان Arm می‌توانیم به شرکت‌هایی مانند کوالکام، اپل، سامسونگ، مدیاتک و گوگل اشاره کنیم. این شرکت‌ها می‌توانند مجوزهای کلیدی یا مجوزهای مربوط به معماری را از Arm دریافت کنند. با دریافت مجوزهای کلیدی، این شرکت‌ها قادر به بهره‌گیری از طراحی کامل پردازنده‌ها برای تراشه‌های خود هستند. به زبان ساده، چنین مجوزی اجازه‌ی تغییر در طراحی پردازنده‌های ارائه شده را به شرکت‌های موردنظر نمی‌دهد.
با دریافت مجوز معماری، شرکت‌ها می‌توانند طراحی پردازنده‌ها را با توجه به نیازهای خود تغییر دهند و فقط طراحی نهایی باید با مجموعه دستورالعمل‌های شرکت Arm سازگار باشد. به‌عنوان مثال شرکت‌هایی مانند کوالکام، اپل، سامسونگ و انویدیا چنین مجوزی را دریافت می‌کنند. به همین خاطر این شرکت‌ها معمولا از هسته‌های اختصاصی یا سفارشی برای تراشه‌های خود بهره می‌برند یا در گذشته چنین کاری انجام داده‌اند. اما از آنجایی که تغییر در طراحی هسته‌های پردازشی کار بسیار پیچیده‌ای است، بسیاری از شرکت‌ها ترجیح می‌دهند از همان طرح‌های ارائه شده توسط Arm استفاده کنند.
مزایا و معیاب هسته‌های اختصاصی پردازنده‌ها
طراحی هسته‌های پردازشی اختصاصی از نظر فنی کار بسیار پیچیده‌ای است و به بودجه‌ی بسیار بالایی نیاز دارد. به همین خاطر فقط زمانی که شرکت‌ها نمی‌توانند عملکرد مدنظر خود را از هسته‌های Cortex-A یا Cortex-X دریافت کنند، چنین کاری را انجام می‌دهند. گاهی اوقات هم این رویکرد جواب می‌دهد و گاهی اوقات با شکست مواجه می‌شود.
هسته‌های موجود در پردازنده‌های جدید میلیاردها ترانزیستور دارند و اگر یک شرکت از متخصصان بسیار ماهر و بودجه‌ی کافی بهره ببرد، شاید بتواند هسته‌های پردازشی بهتر از رقبا را توسعه دهد. با این حال، ممکن است این هسته‌ها عملکرد مشابه با رقبا یا حتی عملکرد بدتر از آن‌ها را ارائه دهند. در نهایت هر کدام از این هسته‌های اختصاصی به طور مستقیم با طراحی‌های ارائه شده توسط شرکت Arm مقایسه می‌شوند.
اگر در این زمینه به موفقیت برسند، تیم‌های بازاریابی به طور گسترده روی این قدرت بیشتر مانور می‌دهند و در تبلیغات مختلف به قدرت بیشتر و مصرف انرژی کمتر پرداخته می‌شود. به‌عنوان مثال می‌توانیم به شرکت اپل اشاره کنیم که حالا غیر از آیفون و آیپد و دیگر گجت‌ها، برای تعداد زیادی از کامپیوترهای خود هم از تراشه‌های مبتنی بر معماری Arm استفاده می‌کند. اما اپل سال‌هاست که از هسته‌های پردازشی اختصاصی بهره می‌برد و در این زمینه فاصله‌ی زیادی با رقبای خود دارد.
با این حال، اگر عملکرد این هسته‌های اختصاصی از انتظارات پایین‌تر باشد، این موضوع به کابوس تیم‌های روابط عمومی و بازاریابی تبدیل خواهد شد. به‌عنوان مثال سامسونگ تا چند سال قبل برای تراشه‌های خود از هسته‌های سفارشی استفاده می‌کرد که در نهایت شکست را پذیرفت و این رویکرد را کنار گذاشت.
کدام شرکت‌ها از هسته‌های اختصاصی برای پردازنده استفاده می‌کنند؟
همان‌طور که گفتیم، چنین کاری به بودجه‌ی هنگفتی نیاز دارد و طبیعتا فقط شرکت‌های بسیار بزرگ می‌توانند چنین کاری را انجام دهند. در ادامه به شرکت‌هایی که قادر به طراحی هسته‌های اختصاصی برای پردازنده‌های خود هستند، می‌پردازیم.
کوالکام
کوالکام از جمله شرکت‌هایی است که برای تراشه‌های خود هم از هسته‌های ارائه شده توسط Arm استفاده می‌کند و هم از هسته‌های اختصاصی بهره می‌برد. سال‌ها قبل تراشه‌های اسنپدراگون ۸۰۰، ۸۰۱ و ۸۰۵ با هسته‌های مبتنی بر طراحی Krait راهی بازار شدند. کوالکام برای مدتی در کنار هسته‌های ارائه شده توسط Arm از هسته‌های اختصاصی Kyro هم استفاده می‌کرد اما از اسنپدراگون ۸۳۵ به بعد به بهره‌گیری از هسته‌های پردازشی Arm روی آورده است.
باید خاطرنشان کنیم کوالکام، سامسونگ، گوگل و مدیاتک تنها شرکت‌هایی هستند که می‌توانند از هسته‌های سری Cortex-X شرکت Arm استفاده کنند که توان بسیار بالایی را ارائه می‌دهند. در سال ۲۰۲۱، کوالکام با پرداخت ۱.۴ میلیارد دلار استارت‌آپ Nuvia را تصاحب کرد که در زمینه‌ی طراحی تراشه فعالیت می‌کند و توسط تعدادی از مهندسان سابق اپل تأسیس شده است. گفته می‌شود این افراد نقش مهمی در طراحی پردازنده‌های اپل داشته‌اند. طبق گزارش‌ها، کوالکام با استفاده از تخصص این استارت‌آپ می‌خواهد طراحی هسته‌های پردازشی اختصاصی را آغاز کند که البته قرار است این تراشه‌ها ابتدا برای لپ‌تاپ‌ها استفاده شوند و در نهایت به گوشی‌ها هم راه پیدا می‌کنند.
اپل
اپل یکی از مهم‌ترین و بزرگ‌ترین مشتریان شرکت Arm محسوب می‌شود. اپل در ابتدا برای آیفون از هسته‌های ارائه شده توسط شرکت Arm بهره می‌برد. اما در سال ۲۰۰۸ یک شرکت طراحی پردازنده را تصاحب کرد و بعد از این تصاحب، روند طراحی هسته‌های پردازشی اختصاصی آغاز شد. اپل سپس چند سال برای طراحی هسته‌های اختصاصی وقت صرف کرد و در نهایت موفق شد به بهره‌گیری از هسته‌های طراحی شده توسط تیم خود روی بیاورد.
اولین معماری اختصاصی اپل Swift نام داشت و بعد از آن نوبت به Cyclone که یک طراحی ۶۴ بیتی بود و اپل با استفاده از این معماری توانست صنعت گوشی‌های هوشمند را غافلگیر کند. تراشه‌ی A7 که در سال ۲۰۱۳ در آیفون ۵s و تعدادی از آیپدها استفاده شد، مبتنی بر معماری ۶۴ بیتی است و برای مقایسه باید بگوییم که اولین پردازنده‌های ۶۴ بیتی اوایل سال ۲۰۱۵ راهی گوشی‌های اندرویدی شدند. این یعنی اپل در رقابت بر سر تراشه‌های ۶۴ بیتی ۱۸ ماه زودتر وارد عمل شد.
اپل هر ساله برای آیفون و آیپد از یک تراشه‌ی مبتنی بر معماری و امکانات جدید رونمایی می‌کند. بعد از موفقیت گسترده‌ی این شرکت در این حوزه، مدیران اپل تصمیم گرفتند برای کامپیوترهای خود هم از تراشه‌های اختصاصی استفاده کنند که از این تراشه‌ها به‌عنوان اپل سیلیکون یاد می‌شود. سال گذشته اولین تراشه‌ی اختصاصی برای کامپیوترهای مک با نام اپل M1 معرفی شد که مبتنی بر طراحی چیپست A14 استفاده شده برای آیفون ۱۲ است. مدتی قبل هم تراشه‌های M1 پرو و M1 مکس معرفی شدند که قدرت بسیار بیشتری را برای سیستم‌های موردنظر ارائه می‌دهند.
سامسونگ و انویدیا
مانند کوالکام، سامسونگ هم استفاده از هسته‌های پردازشی اختصاصی را تجربه کرده است. تمام پردازنده‌های اگزینوس تا سال ۲۰۱۶ از هسته‌های Cortex-A شرکت Arm استفاده می‌کردند. اما در سال ۲۰۱۶، سامسونگ از چیپست اگزینوس ۸۸۹۰ رونمایی کرد که با هسته‌های اختصاصی این شرکت موسوم به Mongoose راهی بازار شد. سامسونگ برای ۴ نسل از تراشه‌های خود به استفاده از هسته‌های اختصاصی ادامه داد اما این روند با عرضه‌ی اگزینوس ۹۸۲۵ به آخر خط رسید. اما به دلیل عملکرد ضعیف این هسته‌ها، سامسونگ این هسته‌های اختصاصی را کنار گذاشت و به بهره‌گیری از طراحی‌های ارائه شده توسط Arm روی آورد.
انویدیا هم یکی دیگر از مشتریان مهم Arm به حساب می‌آید که اکثر کاربران آن را به‌عنوان سازنده‌ی کارت گرافیک می‌شناسند. اما این شرکت در حوزه‌های مختلف فعالیت دارد و مثلا می‌توانیم به توسعه‌ی سیستم‌های یادگیری ماشینی، ساخت قطعات اتومبیل‌های خودران و تراشه‌های مختص دیتا سنترها اشاره کنیم. این شرکت به غیر از استفاده از هسته‌های پردازشی Arm، برای برخی از تراشه‌های خود از هسته‌های اختصاصی هم استفاده می‌کند. باید خاطرنشان کنیم در سال ۲۰۲۰ انویدیا اعلام کرد که با پرداخت ۴۰ میلیارد دلار شرکت Arm را تصاحب می‌کند. اما این قرارداد به دلیل نگرانی‌های پدید آمده هنوز نهایی نشده و آینده‌ی این واگذاری در هاله‌ای از ابهام قرار دارد.
آیا هسته‌های اختصاصی بهتر هستند؟
در نهایت سؤال مهم این است که آیا هسته‌های اختصاصی واقعا بهتر از هسته‌های پردازشی شرکت Arm هستند؟ در این زمینه ابتدا باید منظور از «بهتر بودن» را مشخص کنیم. به غیر از معیارهایی مانند عملکرد و مصرف انرژی، باید به هزینه‌ی ساخت، تنوع و هدف ساخت هم اشاره کرد. در حال حاضر، در سرتاسر جهان حدود ۴ و شاید ۵ گروه از مهندسان قابلیت طراحی تراشه‌های اختصاصی را در اختیار دارند. یکی از این تیم‌ها در شرکت arm مستقر است و در کنار آن باید به شرکت‌های اپل، کوالکام و انویدیا هم اشاره کنیم.
اپل در زمینه‌ی ارائه‌ی بهترین عملکرد حرف اول را می‌زند. این شرکت در سال ۲۰۱۳ با معرفی تراشه‌ی A7 سروصدای زیادی راه انداخت و از آن زمان روزبه‌روز فاصله‌ی خود را از رقبا افزایش داده است. البته کوالکام با تصاحب Nuvia می‌خواهد این وضعیت را تغییر دهد که باید ببینیم در این زمینه موفق می‌شود یا نه.
اپل به لطف این استراتژی، سالانه درآمد هنگفتی را کسب می‌کند. برای مقایسه باید بگوییم که درآمد حاصل از فروش آیفون بیشتر از کل درآمد گوگل است. درآمد کل اپل هم حدود دو برابر درآمد گوگل محسوب می‌شود و اگر مجموع درآمد شرکت‌های گوگل، اینتل و مایکروسافت را جمع بزنیم باز هم به پای درآمد اپل نمی‌رسد.
یکی از مهم‌ترین مشخصه‌های گجت‌های اپل، همین بهره‌گیری از تراشه‌های اختصاصی است و با این کار موفق شده فشار بر رقبا را تا حد زیادی افزایش دهد. سازندگان گوشی‌های اندرویدی باید این سؤال را از خود بپرسند که آیا ساخت پردازنده‌های اختصاصی ارزش سرمایه‌گذاری دارد؟ از سوی دیگر، اپل با استفاده از تراشه‌های اختصاصی برای کامپیوترهای خود همین فشار را به اینتل و AMD وارد کرده است. آیا این دو شرکت می‌توانند با عرضه‌ی تراشه‌های بهتر، توجه کاربران علاقمند به مک‌های دارای تراشه‌های اختصاصی را جلب کنند؟
در نهایت، این رقابت به نفع کاربران است زیرا شاهد نوآوری و عرضه‌ی محصولات جذابی خواهیم بود. در مورد هسته‌های پردازشی اختصاصی چه فکر می‌کنید؟ آیا برای خرید این گوشی به این موضوع توجه می‌کنید؟ نظرات خود را در بخش کامنت‌ها با ما و دیگران در میان بگذارید.
منبع: Android Authority
