راهنمای جامع پردازنده های (Intel و AMD) | تشخیص نسل CPU، معنی پسوندها، مقایسه قدرت، انتخاب بهترین پردازنده و کاربرد هر مدل

Wafer چیست؟

در بسیاری از
فرآیندهای ساخت
پردازنده های مدرن،
ماده پایه
Silicon است.

به جای اینکه
هر CPU
جداگانه ساخته شود،
تعداد زیادی نسخه
از یک یا چند طراحی
روی Wafer
پردازش می شوند.

Silicon Wafer
→
Many Dies
→
Testing
→
Packaging
→
CPUs

Die چیست؟

هر بخش مستقل
از Wafer
که شامل مدار
یک تراشه است،
پس از جداسازی
می تواند یک:

Die

باشد.

Die
همان قطعه کوچک
Semiconductor است
که Transistorها،
Interconnectها
و بخش های مختلف
طراحی CPU
روی آن ساخته شده اند.

Die با CPU کامل چه تفاوتی دارد؟

Die
لزوماً همان چیزی نیست
که کاربر هنگام خرید
CPU مشاهده می کند.

تراشه پس از ساخت
باید مراحل دیگری
مانند:

• Testing،
• Dicing،
• Packaging،
• Electrical Connection،
• و Final Validation

را پشت سر بگذارد.

Die
≠
Complete CPU Package

Fab چیست؟

کارخانه ای که
Waferهای Semiconductor
در آن پردازش می شوند
معمولاً:

Semiconductor Fabrication Facility

یا به اختصار:

Fab

نامیده می شود.

ساخت یک CPU مدرن
شامل تعداد بسیار زیادی
Process Step
با دقت بسیار بالا است.

Photolithography چه نقشی در ساخت CPU دارد؟

Photolithography
یکی از فرآیندهای اساسی
ساخت Integrated Circuit
است.

به صورت مفهومی،
Patternهای طراحی شده
روی لایه های Wafer
منتقل می شوند
تا ساختارهای مورد نیاز
ایجاد شوند.

Circuit Pattern
→
Lithography
→
Pattern Transfer
→
Semiconductor Structures

چرا CPU لایه های زیادی دارد؟

ساخت CPU
فقط ایجاد Transistor
نیست.

میلیاردها Transistor
باید از طریق
شبکه پیچیده ای
از مسیرهای فلزی
به یکدیگر
متصل شوند.

بنابراین تراشه
دارای لایه های مختلف
Device
و Interconnect
است.

Transistors
+
Contacts
+
Vias
+
Metal Layers
=
Functional Integrated Circuit

Defect چیست؟

فرآیند ساخت
Semiconductor
در مقیاس بسیار کوچک
انجام می شود.

حتی با کنترل بسیار دقیق،
احتمال ایجاد
Defect
کاملاً صفر نیست.

Defect Density چیست؟

یکی از معیارهای مهم
فرآیند تولید:

Defect Density

است.

این مفهوم
به میزان Defectها
نسبت به مساحت
فرآیند شده
مربوط می شود.

کاهش Defect Density
یکی از اهداف مهم
بلوغ یک Process Node
است.

Yield چیست؟

Yield
≈
Usable Dies
/
Manufactured Dies

البته در صنعت واقعی
تعریف و مدل سازی Yield
می تواند بسیار
پیچیده تر از
این رابطه ساده باشد.

آیا تمام Dieهای یک Wafer سالم هستند؟

الزاماً خیر.

بعضی Dieها
ممکن است کاملاً سالم باشند.

بعضی ممکن است
فقط در یک بخش
Defect داشته باشند.

بعضی نیز ممکن است
اصلاً قابل استفاده
نباشند.

Wafer
→
Fully Functional Dies
+
Partially Functional Dies
+
Unusable Dies

چرا اندازه Die روی Yield اثر دارد؟

اگر Die
مساحت بیشتری
داشته باشد،
بخش بزرگ تری
از Wafer
را اشغال می کند.

در یک مدل ساده،
هرچه مساحت Die
بیشتر شود،
احتمال اینکه
یک Defect
در محدوده آن
قرار گیرد
نیز افزایش پیدا می کند.

Larger Die Area
→
Greater Defect Exposure
→
Potentially Lower Yield

Die Per Wafer چیست؟

اندازه Die
روی تعداد تراشه هایی
که می توان
از یک Wafer
تولید کرد
نیز اثر دارد.

به صورت کلی:

Smaller Die
→
More Potential Dies per Wafer

اما محاسبه واقعی
فقط تقسیم مساحت Wafer
بر مساحت Die نیست.

شکل دایره ای Wafer،
Dieهای ناقص لبه
و عوامل دیگر
نیز باید
در نظر گرفته شوند.

چرا Yield یک Process جدید معمولاً با زمان بهتر می شود؟

با ادامه تولید،
سازنده می تواند
Process
را بهتر کنترل کند.

مشکلات شناسایی می شوند،
تجهیزات تنظیم می شوند
و Defect Density
ممکن است کاهش یابد.

به این روند
معمولاً:

Process Maturity

گفته می شود.

Wafer Sort چیست؟

قبل از اینکه
تمام Dieها
بسته بندی شوند،
می توان آنها را
روی Wafer
آزمایش کرد.

این مرحله
معمولاً با مفاهیمی
مانند:

Wafer Test
/
Wafer Sort
/
Probe Test

مرتبط است.

هدف این است
که وضعیت اولیه
Dieها
قبل از مراحل
بعدی تولید
مشخص شود.

Probe چگونه Die را آزمایش می کند؟

تجهیزات تست
می توانند از طریق
Contactهای مخصوص
با Die
ارتباط الکتریکی
برقرار کنند.

سپس Test Patternها
اجرا می شوند
تا عملکرد بخش های مختلف
بررسی شود.

Probe
→
Electrical Test
→
Die Classification

Known Good Die چیست؟

Dieای که
تست های لازم
را با موفقیت
پشت سر گذاشته باشد،
می تواند به عنوان:

Known Good Die
=
KGD

در نظر گرفته شود.

این موضوع
به ویژه در طراحی های
Multi-Die
اهمیت زیادی دارد.

چرا Known Good Die در پردازنده های Chiplet مهم است؟

فرض کنید
یک Package
از چند Die
تشکیل شده باشد.

اگر یکی از Dieها
خراب باشد،
ممکن است کل Assembly
تحت تاثیر
قرار گیرد.

بنابراین شناسایی
Dieهای مناسب
پیش از Packaging
می تواند اهمیت
اقتصادی زیادی داشته باشد.

Tested Good Dies
→
Multi-Die Assembly
→
Better Packaging Efficiency

Dicing چیست؟

پس از مراحل
مورد نیاز،
Wafer
به Dieهای مجزا
تقسیم می شود.

این فرآیند:

Wafer Dicing

نامیده می شود.

Packaging چیست؟

Die
باید به ساختاری
تبدیل شود
که بتواند:

• به Motherboard متصل شود،
• Power دریافت کند،
• Signalها را منتقل کند،
• Heat را مدیریت کند،
• و از Die محافظت کند.

این مجموعه
بخشی از نقش:

CPU Package

است.

Final Test چیست؟

بعد از Packaging
نیز پردازنده
می تواند تحت
مجموعه ای از تست ها
قرار گیرد.

هدف فقط بررسی
روشن شدن CPU
نیست.

پارامترهای مختلف
عملکردی و الکتریکی
می توانند بررسی شوند.

چه چیزهایی در CPU آزمایش می شوند؟

بسته به محصول
و سازنده،
تست ها می توانند
شامل بررسی:

• Functional Correctness،
• Core Functionality،
• Cache Functionality،
• Frequency Capability،
• Voltage Behavior،
• Leakage،
• Power Characteristics،
• Interface Functionality،
• و Thermal Behavior

باشند.

Binning چیست؟

چرا Binning لازم است؟

تمام Dieهای سالم
الزاماً ویژگی های
الکتریکی کاملاً یکسانی
ندارند.

Manufacturing Variation
باعث می شود
بعضی Dieها:

• Frequency بالاتری را تحمل کنند،
• برای Frequency مشخص Voltage کمتری بخواهند،
• Leakage کمتری داشته باشند،
• Power Characteristics متفاوتی داشته باشند،
• یا بخش های فعال متفاوتی داشته باشند.

Frequency Binning چیست؟

بعضی Dieها
می توانند Frequency بالاتر
را در محدوده
Voltage،
Power،
Temperature
و Reliability
مورد نظر
حفظ کنند.

چنین Dieهایی
می توانند
برای Product Binهای
با Clock بالاتر
مناسب باشند.

Better Frequency Capability
→
Potential Higher Frequency Bin

Voltage Binning چیست؟

دو CPU
ممکن است
برای Frequency یکسان
Voltage Requirement
متفاوتی داشته باشند.

Dieای که
با Voltage کمتر
بتواند Operating Point
مورد نظر را
پایدار نگه دارد،
می تواند ویژگی های
Power و Efficiency
مطلوب تری داشته باشد.

Leakage چه نقشی در Binning دارد؟

Transistorها
حتی در شرایطی
که Switching کامل
انجام نمی دهند،
می توانند
Leakage Current
داشته باشند.

Manufacturing Variation
می تواند باعث شود
Leakage
بین Dieهای مختلف
متفاوت باشد.

Leakage
روی Power،
Temperature
و رفتار کلی CPU
اثر دارد.

اصطلاح Fast Silicon و Slow Silicon یعنی چه؟

در توضیح ساده
Process Variation،
گاهی از اصطلاحاتی
مانند:

Fast Silicon

و:

Slow Silicon

استفاده می شود.

این اصطلاحات
به تفاوت ویژگی های
Deviceها
در اثر Process Variation
اشاره دارند.

اما Faster
الزاماً در تمام معیارها
بهتر نیست.

اگر فقط یک Core خراب باشد چه می شود؟

این موضوع
به طراحی CPU
و سیاست سازنده
بستگی دارد.

در بعضی طراحی ها،
اگر بخشی از Die
قابل غیرفعال شدن باشد،
ممکن است بخش معیوب
Disable شود
و تراشه در
Product Configuration دیگری
استفاده شود.

Core Harvesting چیست؟

برای مثال مفهومی،
فرض کنید یک Die
دارای 8 Core
فیزیکی باشد.

اگر طراحی اجازه دهد
و یک Core
قابل استفاده نباشد،
ممکن است برخی Coreها
Disable شوند
و محصول نهایی
با تعداد Core کمتری
عرضه شود.

8-Core Physical Design
→
Some Cores Disabled
→
Lower-Core Product

این فقط
یک مثال مفهومی است
و نباید برای
تمام خانواده های CPU
به صورت عمومی
فرض شود.

آیا فقط Coreهای خراب غیرفعال می شوند؟

خیر.

این نکته
بسیار مهم است.

Product Segmentation
فقط بر اساس Defect
انجام نمی شود.

سازنده ممکن است
بخش های کاملاً سالم
یک Die
را نیز برای ساخت
SKU مشخص
غیرفعال کند.

Disabled Unit
≠
Necessarily Defective Unit

چرا سازنده یک Core سالم را غیرفعال می کند؟

تولید CPU
فقط یک مسئله
مهندسی نیست.

Product Portfolio
باید مدل های مختلفی
برای بازارهای متفاوت
داشته باشد.

بنابراین عواملی مانند:

• تقاضای بازار،
• موجودی Die،
• Product Positioning،
• توان مصرفی هدف،
• قیمت هدف،
• و Yield

می توانند در
Product Segmentation
نقش داشته باشند.

آیا Cache هم می تواند غیرفعال شود؟

بسته به طراحی،
بله.

بعضی Architectureها
می توانند بخشی از:

Core
/
Cache
/
Compute Unit
/
Other Functional Blocks

را در Product Configuration
خاص غیرفعال کنند.

بخش های CPU چگونه غیرفعال می شوند؟

در طراحی های مختلف
می توان از
مکانیزم های Configuration
سخت افزاری
برای تعیین
قابلیت های نهایی
تراشه استفاده کرد.

یکی از مفاهیم
مرتبط:

Fuse
/
eFuse

است.

این مکانیزم ها
می توانند اطلاعات
Configuration
یا وضعیت بخش هایی
از تراشه را
تعیین کنند.

آیا می توان Core غیرفعال شده را دوباره فعال کرد؟

به صورت عمومی
نباید چنین فرضی کرد.

در برخی محصولات تاریخی
مواردی وجود داشته
که کاربران توانسته اند
بخش های غیرفعال شده
را فعال کنند.

اما این موضوع
وابسته به طراحی،
Generation،
Firmware
و روش Disable شدن
بخش مورد نظر است.

علاوه بر این،
بخش غیرفعال شده
ممکن است واقعاً
Defect داشته باشد.

SKU چیست؟

چه چیزهایی می توانند بین SKUها متفاوت باشند؟

بسته به خانواده CPU:

• Core Count،
• Thread Count،
• Cache Capacity،
• Base Frequency،
• Boost Frequency،
• Power Limits،
• Integrated Graphics،
• Feature Set،
• و Supported Interfaces

می توانند متفاوت باشند.

آیا Core i3، Core i5، Core i7 و Core i9 همیشه تراشه های کاملاً متفاوتی هستند؟

خیر،
نمی توان چنین
قانون عمومی ای
تعیین کرد.

در یک Generation
ممکن است چند SKU
از یک Die Design
مشترک استفاده کنند
و بخش هایی از Die
در مدل های پایین تر
غیرفعال شده باشند.

اما یک خانواده کامل
ممکن است از
چند Die Design
متفاوت نیز
تشکیل شده باشد.

بنابراین:

Same Product Family
≠
Necessarily Same Physical Die

این موضوع در پردازنده های Chiplet چگونه پیچیده تر می شود؟

در CPUهای Chiplet-Based
محصول نهایی
می تواند از چند
Die مستقل
تشکیل شود.

برای مثال،
Compute Dieها
و I/O Die
ممکن است
نقش های متفاوتی
داشته باشند.

در نتیجه
Product Configuration
می تواند با ترکیب
تعداد مختلف Die
و تعداد متفاوت
Core فعال
ساخته شود.

Tested Dies
+
Package Configuration
+
Active Core Count
+
Frequency Bin
→
Final SKU

چرا Chiplet می تواند از نظر Yield مفید باشد؟

به جای ساخت
یک Monolithic Die
بسیار بزرگ،
طراحی می تواند
میان چند Die کوچک تر
تقسیم شود.

Die کوچک تر
معمولاً تعداد بیشتری
در هر Wafer
ایجاد می کند
و می تواند
Yield مناسب تری
داشته باشد.

سپس Known Good Dieها
در Package
با یکدیگر
ترکیب می شوند.

Smaller Dies
→
Potential Yield Advantage
→
Known Good Dies
→
Multi-Die Package

Golden Sample چیست؟

در اصطلاح غیررسمی
Enthusiastها،
CPUای که
ویژگی های الکتریکی
بسیار مطلوبی داشته باشد
گاهی:

Golden Sample

نامیده می شود.

برای مثال
ممکن است CPU
Frequency بالایی
را با Voltage
نسبتاً پایین
حفظ کند.

این یک
Product Classification رسمی
و عمومی نیست.

Silicon Lottery چه ارتباطی با Binning دارد؟

حتی CPUهایی
که در یک SKU
فروخته می شوند،
کاملاً یکسان نیستند.

همه آنها
Specification رسمی
محصول را پاس کرده اند،
اما Margin اضافی
آنها می تواند
متفاوت باشد.

به همین دلیل
دو CPU هم مدل
ممکن است در:

• Undervolting،
• Overclocking،
• Temperature،
• Voltage Requirement،
• و Maximum Stable Frequency

رفتار یکسانی
نداشته باشند.

پس چرا هر دو با یک نام فروخته می شوند؟

چون هر دو
حداقل Specification
تعریف شده
برای همان SKU
را پاس کرده اند.

سازنده تضمین نمی کند
که تمام CPUهای
یک مدل
دقیقاً یک
Overclocking Headroom
داشته باشند.

Same SKU
=
Same Guaranteed Product Specification

Same SKU
≠
Identical Silicon Margin

آیا مدل گران تر همیشه Silicon بهتری دارد؟

نه به صورت مطلق.

یک SKU بالاتر
ممکن است
Qualification سخت تری
برای Frequency
یا Feature Set
داشته باشد.

اما قیمت محصول
فقط از
Silicon Quality
تعیین نمی شود.

Positioning بازار،
تعداد Core،
Featureها،
Cache،
Power Target
و عوامل تجاری
نیز اهمیت دارند.

چرا بخشی از یک CPU ممکن است غیرفعال شود؟

Salvage چه مفهومی در تولید CPU دارد؟

اگر یک Die
تمام قابلیت های
طراحی اصلی
را پاس نکند،
اما بخش کافی
از آن سالم باشد،
ممکن است در صورت
پشتیبانی طراحی
به Configuration دیگری
تبدیل شود.

این کار
اجازه می دهد
بخشی از Dieهایی
که در غیر این صورت
قابل استفاده نبودند،
به محصول قابل فروش
تبدیل شوند.

Partially Functional Die
→
Valid Reduced Configuration
→
Usable Product

آیا Binning فقط بر اساس نتیجه تست انجام می شود؟

نه لزوماً.

Technical Qualification
تعیین می کند
یک Die
چه قابلیت هایی
می تواند داشته باشد.

اما اینکه
نهایتاً در کدام SKU
استفاده شود
می تواند تحت تاثیر
Product Planning
و Market Demand
نیز قرار گیرد.

Down-Binning چیست؟

یک Die
ممکن است
قابلیت استفاده
در Bin بالاتر
را داشته باشد،
اما برای تامین
SKU پایین تر
در Product Bin
پایین تری
عرضه شود.

بنابراین همیشه
نمی توان از
نام SKU
کیفیت دقیق
Silicon داخلی
را استنتاج کرد.

تفاوت Binning و Defect چیست؟

Defect
یک مسئله
ساخت یا عملکرد
است.

Binning
فرآیند دسته بندی
بر اساس نتایج
تست و معیارهای
Product Qualification
است.

Defect
=
Physical / Functional Problem

Binning
=
Product Classification Process

تفاوت Yield و Binning چیست؟

Yield
درباره میزان
Dieهای قابل استفاده
از فرآیند تولید است.

Binning
درباره دسته بندی
Dieهای قابل استفاده
بر اساس قابلیت های آنهاست.

Manufacturing
→
Yield
→
Functional Dies
→
Testing
→
Binning
→
Product SKUs

چرا CPU دقیقاً روی مرز پایداری فروخته نمی شود؟

CPU باید
در شرایط مختلف
Temperature،
Voltage
و Workload
پایدار باقی بماند.

علاوه بر این،
همان طور که
در فصل قبل دیدیم،
Aging
نیز باید
در نظر گرفته شود.

بنابراین Product Qualification
به Margin
نیاز دارد.

Tested Capability
>
Guaranteed Operating Requirement

این حاشیه
بخشی از Reliability
محصول است.

Burn-In چیست؟

در صنعت Semiconductor
Burn-In
به نوعی Stress Testing
کنترل شده اشاره دارد
که می تواند برای
آشکار کردن برخی
Failureهای اولیه
استفاده شود.

مفهوم اصلی:

Controlled Stress
→
Reveal Early Failures

نوع و میزان استفاده
از Burn-In
به محصول
و فرآیند Qualification
بستگی دارد.

Speed Grading چیست؟

پس از Characterization
و Testing،
تراشه می تواند
بر اساس قابلیت
Frequency
در Gradeهای مختلف
قرار گیرد.

این مفهوم
ارتباط نزدیکی
با Frequency Binning
دارد.

Electrical Characterization
→
Maximum Qualified Operating Points
→
Speed Grade

Binning چه تاثیری بر Performance محصول نهایی دارد؟

Binning
به سازنده اجازه می دهد
Operating Pointهای
مناسب هر گروه
از تراشه ها
را تعیین کند.

برای مثال،
یک Bin
می تواند:

• Boost Frequency بالاتر،
• Core Count بیشتر،
• Power Limit متفاوت،
• یا Feature Set متفاوت

داشته باشد.

اما Performance نهایی
فقط نتیجه Binning نیست
و Architecture،
Cache،
Memory System،
Software
و Workload
نیز تعیین کننده هستند.

هنگام خرید CPU آیا باید نگران Binning باشیم؟

برای استفاده عادی،
مهم ترین معیار
Specification رسمی
همان SKU است.

اگر دو CPU
یک مدل مشخص
هستند،
هر دو باید
مشخصات تضمین شده
آن محصول
را تامین کنند.

تفاوت Silicon Margin
بیشتر برای مواردی مانند:

• Extreme Overclocking،
• Aggressive Undervolting،
• و Enthusiast Tuning

اهمیت پیدا می کند.

آیا Binning در خرید CPU استوک اهمیت دارد؟

Binning کارخانه
تعیین کرده است
CPU با چه Specification
رسمی فروخته شود.

اما هنگام بررسی
CPU کارکرده،
مسئله مهم تر
وضعیت فعلی
پردازنده است.

CPU باید
در تنظیمات استاندارد
بتواند:

• Stable باشد،
• Frequency صحیح را حفظ کند،
• بدون Error کار کند،
• رفتار Thermal طبیعی داشته باشد،
• و تست های عملکردی را پاس کند.

بنابراین Silicon Lottery
نباید جای
Functional Testing
را بگیرد.

مسیر کلی از Wafer تا CPU قابل فروش چگونه است؟

اگر فرآیند را
بسیار ساده کنیم:

Silicon Wafer
→
Semiconductor Processing
→
Dies
→
Wafer Testing
→
Dicing
→
Packaging
→
Final Testing
→
Characterization
→
Binning
→
SKU Assignment
→
Shipping

در عمل،
فرآیند صنعتی
بسیار پیچیده تر
از این نمودار
ساده شده است.

ارتباط مفاهیم اصلی این فصل

نانومتر چقدر کوچک است؟

Nanometer
یک واحد طول است.

1 nm
=
10⁻⁹ meter

یعنی:

1 nanometer
=
0.000000001 meter

بنابراین ساختارهای
Semiconductor مدرن
در مقیاس بسیار کوچکی
طراحی و ساخته می شوند.

Process Node چیست؟

در گذشته عدد Process Node چه معنایی داشت؟

در نسل های قدیمی تر
Semiconductor،
نام Node
ارتباط نزدیک تری
با بعضی ابعاد فیزیکی
Transistor
داشت.

برای مثال
Gate Length
یا Half-Pitch
در برخی دوره ها
ارتباط بیشتری
با نام گذاری Node داشتند.

اما با پیچیده تر شدن
ساختار Transistor
و فرآیند ساخت،
این ارتباط مستقیم
به تدریج از بین رفت.

عدد Process Node امروزی دقیقاً چه چیزی را اندازه می گیرد؟

پاسخ مهم این است:

لزوماً یک چیز مشخص را اندازه نمی گیرد.

در Nodeهای مدرن،
نام هایی مانند:

7nm
/
5nm
/
3nm

بیشتر نقش
Technology Generation Name
را دارند.

یعنی نمی توان
بدون اطلاعات فنی بیشتر
گفت عدد Node
دقیقاً برابر
Gate Length،
Fin Width
یا Metal Pitch است.

Feature Size چیست؟

Feature Size
اصطلاحی عمومی
برای اشاره به
ابعاد ساختارهای
بسیار کوچک
در Semiconductor
است.

اما CPU مدرن
فقط یک Feature
ندارد.

ابعاد مختلفی
در تراشه وجود دارند
و هر کدام
می توانند مقدار
متفاوتی داشته باشند.

Gate Length چیست؟

Gate
یکی از بخش های اصلی
Transistor است
که جریان Channel
را کنترل می کند.

Gate Length
یکی از ابعاد مهم
Transistor است،
اما در فناوری مدرن
نباید آن را
مستقیماً برابر
Process Node
در نظر گرفت.

Process Node Name
≠
Gate Length

Pitch چیست؟

Pitch
به فاصله تکرار
میان ساختارهای مشابه
در یک Layout
اشاره دارد.

برای مثال
می توان درباره:

• Gate Pitch،
• Fin Pitch،
• Metal Pitch،
• Contact Pitch

صحبت کرد.

Contacted Gate Pitch چیست؟

یکی از معیارهای
مهم برای بررسی
تراکم ساختار Transistor:

Contacted Gate Pitch
=
CGP

است.

این معیار
به فاصله تکرار
Gateهای متصل شده
در Layout
مربوط می شود.

Metal Pitch چیست؟

Transistorها
باید توسط
Metal Interconnectها
به یکدیگر
متصل شوند.

فاصله مسیرهای فلزی
یکی دیگر از
عوامل مهم
در Density
تراشه است.

یکی از معیارهای
مورد استفاده:

Minimum Metal Pitch
=
MMP

است.

Transistor Density چیست؟

یک نمایش مفهومی ساده:

Transistor Density
≈
Number of Transistors
/
Chip Area

معمولاً واحدهایی مانند:

Million Transistors per mm²
=
MTr/mm²

برای بیان Density
استفاده می شوند.

چرا مقایسه Transistor Density ساده نیست؟

همه بخش های CPU
Density یکسانی ندارند.

برای مثال:

• Logic،
• SRAM،
• Analog Circuit،
• I/O Circuit،
• Power Structure

Layout
و Density
متفاوتی دارند.

بنابراین یک عدد
Maximum Density
لزوماً Density واقعی
یک CPU کامل
را نشان نمی دهد.

آیا 5nm یک شرکت دقیقاً برابر 5nm شرکت دیگر است؟

خیر.

نام گذاری Node
میان Foundryها
استاندارد فیزیکی
واحدی نیست
که الزام کند
همه مشخصات
یکسان باشند.

بنابراین:

Company A 5nm
≠
Necessarily
Company B 5nm

برای مقایسه
باید داده های واقعی
Process
بررسی شوند.

Foundry چیست؟

Foundry
شرکتی است
که تراشه های Semiconductor
را برای طراحی های
مختلف تولید می کند.

شرکت هایی وجود دارند
که طراحی تراشه
و تولید را
جدا کرده اند.

در این مدل:

Chip Designer
→
Foundry
→
Manufactured Silicon

Fabless یعنی چه؟

Fabless Company
شرکتی است
که تراشه را
طراحی می کند
اما لزوماً Fab
تولیدی خودش
را ندارد.

تولید می تواند
به Foundry
سپرده شود.

Fabless
=
Chip Design
Without Owning Leading-Edge Manufacturing Fab

IDM چیست؟

IDM
مخفف:

Integrated Device Manufacturer

است.

در این مدل،
یک شرکت می تواند
هم در طراحی
و هم در ساخت
Semiconductor
نقش مستقیم داشته باشد.

Process Shrink چیست؟

حرکت یک طراحی
یا خانواده فناوری
به Process کوچک تر
گاهی به صورت عمومی:

Process Shrink
/
Die Shrink

توصیف می شود.

هدف می تواند
افزایش Density،
بهبود Power،
افزایش Performance
یا کاهش Die Area
باشد.

Transistor Scaling چیست؟

Scaling
به کوچک کردن
ابعاد ساختارهای
Semiconductor
و افزایش تعداد Deviceها
در یک مساحت
اشاره دارد.

در حالت ایده آل:

Smaller Devices
→
Higher Density
→
More Transistors
→
More Functionality

اما Scaling مدرن
بسیار پیچیده تر
از کوچک کردن
یکنواخت تمام ابعاد است.

Dennard Scaling چیست؟

این روند
یکی از عوامل مهم
رشد سریع Frequency
و Transistor Count
در دوره های قدیمی تر
بود.

چرا Dennard Scaling ادامه پیدا نکرد؟

با کوچک تر شدن
Transistorها،
کاهش Voltage
به همان نسبت
دیگر به سادگی
امکان پذیر نبود.

Leakage
و محدودیت های
Device Physics
نیز اهمیت بیشتری
پیدا کردند.

در نتیجه:

More Transistors
≠
Free Performance

Power Density
و Thermal Management
به محدودیت های مهم
طراحی CPU
تبدیل شدند.

Power Wall چیست؟

اگر Frequency،
Voltage
و تعداد Transistorهای فعال
بدون محدودیت
افزایش پیدا کنند،
Power Consumption
و Heat Generation
می توانند
به سطح غیرعملی برسند.

این محدودیت
یکی از عوامل
تغییر مسیر صنعت
از افزایش شدید
Clock Frequency
به:

• Multi-Core Design،
• Power Management،
• Turbo،
• Specialized Units،
• و Heterogeneous Computing

بوده است.

Voltage چرا در Scaling اهمیت زیادی دارد؟

همان طور که
در فصل های Power
بررسی کردیم،
Dynamic Power
به صورت مفهومی
رابطه ای شبیه:

Pdynamic
∝
C × V² × f

دارد.

بنابراین کاهش Voltage
نقش بسیار مهمی
در کنترل Power
دارد.

مشکل اینجاست
که Voltage
را نمی توان
بی نهایت کاهش داد.

چرا Leakage با کوچک شدن Transistor مهم تر شد؟

کوچک شدن ساختارها
کنترل کامل
Carrierها
را دشوارتر می کند.

انواع Leakage
می توانند سهم بیشتری
از Power
را تشکیل دهند.

بنابراین طراحی
Transistor جدید
فقط برای افزایش Density
نبود؛
کنترل Electrostatic
نیز اهمیت داشت.

Planar Transistor چیست؟

در Transistorهای
Planar کلاسیک،
Channel
عمدتاً در سطح
Silicon
قرار داشت
و Gate
از یک سمت
آن را کنترل می کرد.

Gate
↓
Channel

با کوچک شدن
Transistorها،
کنترل Electrostatic
Channel
دشوارتر شد.

Short-Channel Effects چیست؟

وقتی ابعاد Transistor
بسیار کوچک می شوند،
Source
و Drain
می توانند تاثیر بیشتری
بر Channel
داشته باشند.

این موضوع
کنترل Gate
را دشوارتر می کند
و می تواند
Leakage
و رفتار نامطلوب
Device
را افزایش دهد.

این مجموعه مشکلات
با مفاهیمی مانند:

Short-Channel Effects
=
SCE

مرتبط است.

FinFET چیست؟

Planar:
Gate Controls Mainly One Side

FinFET:
Gate Wraps Around Multiple Sides

مزیت FinFET چیست؟

کنترل بهتر Gate
روی Channel
می تواند:

• Leakage را کاهش دهد،
• Electrostatic Control را بهتر کند،
• Switching را بهبود دهد،
• و Scaling را برای نسل های جدیدتر ادامه دهد.

تعداد Fin چه اهمیتی دارد؟

در FinFET،
Drive Strength
می تواند
با تعداد Finهای
مورد استفاده
مرتبط باشد.

Transistor Design
می تواند از
یک یا چند Fin
استفاده کند.

این ساختار
محدودیت هایی
در Granularity
طراحی ایجاد می کند،
زیرا Width
دیگر مانند
Planar Transistor
کاملاً پیوسته
قابل تنظیم نیست.

GAAFET چیست؟

FinFET
→
Gate Around Multiple Sides

GAAFET
→
Gate Surrounds Channel

Nanosheet چیست؟

یکی از پیاده سازی های
GAAFET
استفاده از Channelهای
Sheet مانند است.

چند Nanosheet
می توانند
به صورت عمودی
روی یکدیگر
قرار گیرند.

Stacked Nanosheets
+
Gate-All-Around
→
Improved Electrostatic Control

Nanowire چه تفاوتی با Nanosheet دارد؟

هر دو
می توانند زیرمجموعه
ساختارهای Gate-All-Around
باشند.

تفاوت اصلی
در شکل هندسی
Channel است.

Nanosheet
Channel پهن تر
و Sheet مانند دارد،
در حالی که Nanowire
ساختاری باریک تر
و Wire مانند دارد.

RibbonFET چیست؟

RibbonFET
نام Intel
برای فناوری
Gate-All-Around
مبتنی بر Channelهای
Ribbon مانند است.

از دید مفهومی،
RibbonFET
در خانواده
GAAFET / Nanosheet
قرار می گیرد.

RibbonFET
⊂
Gate-All-Around Transistor Technology

مسیر تکامل ساختار Transistor چگونه بوده است؟

به صورت بسیار ساده:

Planar MOSFET
→
FinFET
→
Gate-All-Around

هدف اصلی
در هر مرحله
حفظ کنترل بهتر
Gate
روی Channel
در ابعاد کوچک تر
بوده است.

مقایسه مفهومی Planar، FinFET و GAAFET

رفتن به Process Node جدید چه مزایایی می تواند داشته باشد؟

بسته به Process
و طراحی،
Node جدید
می تواند امکان:

• افزایش Transistor Density،
• کاهش Energy per Operation،
• افزایش Performance،
• کاهش Die Area برای Functionality مشابه،
• افزایش Cache Capacity،
• افزودن واحدهای پردازشی بیشتر،
• یا بهبود Performance per Watt

را فراهم کند.

اما هیچ یک
به صورت خودکار
تضمین نمی شوند.

آیا CPU با Node کوچک تر همیشه سریع تر است؟

خیر.

Performance CPU
نتیجه مجموعه بزرگی
از عوامل است:

• Microarchitecture،
• IPC،
• Clock Frequency،
• Core Count،
• Cache،
• Memory System،
• Power Limit،
• Cooling،
• Software،
• و Process Technology.

Smaller Node
≠
Automatically Faster CPU

آیا Node کوچک تر همیشه کم مصرف تر است؟

Process جدید
می تواند
Efficiency بهتری
فراهم کند،
اما Power واقعی CPU
به Operating Point
بستگی دارد.

سازنده ممکن است
Efficiency Gain
را برای:

• Performance بیشتر،
• Core بیشتر،
• Cache بیشتر،
• یا Frequency بالاتر

مصرف کند.

بنابراین CPU جدید
الزاماً Total Power
کمتری ندارد.

PPA چیست؟

چرا نمی توان Performance، Power و Area را مستقل از هم بهینه کرد؟

افزایش Performance
ممکن است
Power بیشتری
نیاز داشته باشد.

کاهش Area
ممکن است
Routing
و Thermal Density
را دشوارتر کند.

کاهش Power
ممکن است
Maximum Frequency
را محدود کند.

بنابراین طراحی CPU
یک مسئله
Trade-Off
است.

Performance
↔
Power
↔
Area

چرا SRAM Scaling اهمیت زیادی برای CPU دارد؟

بخش بزرگی
از سطح بسیاری
از CPUهای مدرن
به Cache
اختصاص دارد.

Cache
معمولاً از
SRAM Cellها
ساخته می شود.

بنابراین میزان
SRAM Density
یک Process
می تواند تاثیر زیادی
روی مقدار Cache
قابل قرارگیری
روی Die داشته باشد.

آیا SRAM و Logic با یک سرعت کوچک می شوند؟

الزاماً خیر.

Scaling
بخش های مختلف
تراشه
یکسان نیست.

Logic Density
ممکن است
در Node جدید
افزایش قابل توجهی
داشته باشد،
در حالی که
SRAM Density
با نسبت متفاوتی
تغییر کند.

این موضوع
برای CPUهایی
با Cache بزرگ
بسیار مهم است.

چرا همه بخش های CPU را نمی توان به یک اندازه Shrink کرد؟

مدارهای:

• Analog،
• I/O،
• PHY،
• Power Delivery،
• و High-Voltage Structures

الزاماً مانند
Logic Transistorها
از Scaling
سود نمی برند.

این یکی از دلایلی است
که معماری های
Multi-Die
و Chiplet
اهمیت بیشتری
پیدا کرده اند.

آیا یک CPU می تواند از چند Process Node استفاده کند؟

بله.

در طراحی Multi-Die،
هر Die
می تواند برای
نیاز متفاوتی
ساخته شود.

برای مثال مفهومی:

Compute Die
→
Advanced Process

I/O Die
→
More Mature Process

این کار
می تواند از نظر:

• Cost،
• Yield،
• Density،
• Analog Capability،
• و Manufacturing Flexibility

مفید باشد.

آیا Process Node کوچک تر همیشه ارزان تر است؟

خیر.

Advanced Process Node
می تواند به:

• تجهیزات بسیار گران،
• Maskهای پیچیده،
• فرآیندهای بیشتر،
• کنترل دقیق تر،
• و هزینه توسعه بالا

نیاز داشته باشد.

بنابراین Cost per Transistor
نیز همیشه
با هر Node جدید
به شکل ساده
کاهش پیدا نمی کند.

EUV چیست؟

EUV
مخفف:

Extreme Ultraviolet Lithography

است.

EUV
یک فناوری Lithography
برای ایجاد Patternهای
بسیار کوچک
در فرآیندهای پیشرفته
Semiconductor است.

طول موج مورد استفاده
در EUV
تقریباً:

13.5 nm

است.

چرا EUV فناوری بسیار پیچیده ای است؟

تابش EUV
توسط بسیاری
از مواد
به شدت جذب می شود.

بنابراین سیستم
نمی تواند مانند
Optical Lithography معمولی
فقط از Lensهای ساده
استفاده کند.

سیستم EUV
به:

• Vacuum،
• Reflective Optics،
• Mirrorهای بسیار دقیق،
• Source پیچیده،
• Mask Technology پیشرفته،
• و کنترل بسیار دقیق Contamination

نیاز دارد.

High-NA EUV چیست؟

یکی از مسیرهای
توسعه Lithography پیشرفته
افزایش:

Numerical Aperture
=
NA

سیستم EUV است.

فناوری:

High-NA EUV

برای Patterning
نسل های آینده
Semiconductor
توسعه یافته است.

چرا Process جدید در ابتدا می تواند Yield پایین تری داشته باشد؟

فناوری جدید
دارای Process Window
و چالش های
Manufacturing جدید است.

با گذشت زمان
و افزایش تجربه تولید،
Defect Density
و Process Control
می توانند بهتر شوند.

Early Process
→
Learning
→
Process Maturity
→
Potential Yield Improvement

کوچک تر شدن Transistor چه تاثیری بر Reliability دارد؟

Scaling
فقط فرصت ایجاد نمی کند؛
چالش های جدید
نیز به همراه دارد.

با کوچک تر شدن
ساختارها،
کنترل:

• Electric Field،
• Current Density،
• Variation،
• Leakage،
• Thermal Density،
• و Aging Mechanisms

اهمیت بیشتری
پیدا می کند.

بنابراین هر Process
باید Reliability
مخصوص خودش
را Qualification کند.

چرا نام گذاری Process Node تغییر کرده است؟

با از بین رفتن
ارتباط یک به یک
میان Node Name
و یک Dimension مشخص،
نام گذاری Processها
بیشتر به یک
Technology Label
تبدیل شده است.

به همین دلیل
مقایسه صرف:

10nm
vs
7nm

بدون بررسی
Process Characteristics
می تواند گمراه کننده باشد.

برای مقایسه دو Process Node چه چیزهایی را بررسی کنیم؟

مقایسه فنی بهتر
باید چند معیار
را کنار هم
قرار دهد:

هنگام خرید CPU چقدر باید به عدد نانومتر اهمیت بدهیم؟

Process Node
اطلاعات مفیدی
درباره نسل فناوری ساخت
می دهد،
اما معیار مستقیم
Performance
نیست.

هنگام مقایسه CPUها
بهتر است ابتدا
معیارهای واقعی محصول
بررسی شوند:

• Performance در Workload مورد نظر،
• IPC،
• Core و Thread،
• Frequency،
• Cache،
• Power Consumption،
• Temperature،
• Platform،
• و Performance per Watt.

Node
یکی از عوامل
پشت صحنه
این نتایج است.

Tape-Out چیست؟

پس از تکمیل
طراحی و Verification،
اطلاعات نهایی Layout
برای ورود
به فرآیند Manufacturing
آماده می شوند.

این نقطه
در توسعه تراشه
معمولاً:

Tape-Out

نامیده می شود.

Tape-Out
یکی از مهم ترین
Milestoneهای
طراحی CPU است.

قانون مور چیست؟

آیا Moore’s Law یک قانون فیزیکی است؟

خیر.

برخلاف قوانینی مانند
قوانین Thermodynamics،
Moore’s Law
یک قانون بنیادی طبیعت
نیست.

این قانون
بیشتر یک Observation
و Technology Trend
درباره صنعت Semiconductor
است.

Moore’s Law
=
Technology / Industry Trend

Moore’s Law
≠
Fundamental Law of Physics

ایده اصلی Moore’s Law چه بود؟

Gordon Moore
در دهه 1960
روند افزایش
تعداد Componentهای
قابل قرارگیری
روی Integrated Circuitها
را بررسی کرد.

مفهوم عمومی
که بعدها مشهور شد
این بود که
تعداد Transistorها
در بازه های زمانی
تقریباً منظم
افزایش بسیار سریعی
پیدا می کند.

معمولاً در توضیح عمومی
از دو برابر شدن
تعداد Transistorها
در حدود هر:

18 – 24 Months

صحبت می شود.

اما این عدد
نباید به عنوان
یک قانون دقیق زمانی
برای تمام دوره های صنعت
در نظر گرفته شود.

چرا افزایش Transistor Count مهم بود؟

Transistor بیشتر
به طراحان اجازه داد
منابع بیشتری
داخل CPU
قرار دهند.

برای مثال:

• Execution Unit بیشتر،
• Cache بزرگ تر،
• Branch Predictor پیچیده تر،
• Register File بزرگ تر،
• Core بیشتر،
• Vector Unit قوی تر،
• Integrated Graphics،
• Memory Controller،
• Security Engine،
• و Acceleratorهای تخصصی.

بنابراین Transistor Budget
بیشتر،
فضای طراحی بیشتری
در اختیار مهندسان
قرار می دهد.

چرا در گذشته افزایش Transistor تقریباً مستقیماً به CPU سریع تر کمک می کرد؟

برای مدتی،
چند روند مهم
همزمان اتفاق می افتادند:

• Transistorها کوچک تر می شدند.
• Density افزایش پیدا می کرد.
• Capacitance کاهش پیدا می کرد.
• Voltage کاهش پیدا می کرد.
• Frequency افزایش پیدا می کرد.
• Power Density نسبتاً قابل کنترل باقی می ماند.

ترکیب این عوامل
شرایط بسیار مطلوبی
برای افزایش Performance
ایجاد کرده بود.

رابطه Moore’s Law و Dennard Scaling چیست؟

Moore’s Law
درباره افزایش
Transistor Count
صحبت می کند.

Dennard Scaling
توضیح می داد
چگونه با کوچک شدن
Transistorها،
Voltage و Current
نیز می توانند
کاهش پیدا کنند.

ترکیب این دو روند
بسیار قدرتمند بود:

More Transistors
+
Smaller Devices
+
Lower Voltage
+
Higher Frequency
→
Rapid CPU Performance Growth

چرا Frequency پردازنده ها برای مدتی به سرعت افزایش پیدا می کرد؟

Transistorهای سریع تر
و Processهای جدید
امکان افزایش
Clock Frequency
را فراهم می کردند.

به همین دلیل
در نسل های مختلف،
Frequency CPUها
از چند صد MHz
به چند GHz
افزایش پیدا کرد.

اما این مسیر
نمی توانست
بدون محدودیت
ادامه پیدا کند.

چرا افزایش Frequency مشکل Power ایجاد می کند؟

Dynamic Power
به صورت مفهومی
رابطه ای شبیه:

Pdynamic
∝
C × V² × f

دارد.

بنابراین افزایش
Frequency
مستقیماً Dynamic Power
را افزایش می دهد.

مشکل بزرگ تر
زمانی ایجاد می شود
که برای رسیدن
به Frequency بالاتر
نیاز به افزایش
Voltage
نیز وجود داشته باشد.

چون Voltage
در این رابطه
به توان دو
وارد می شود.

Power Wall چیست؟

Higher Frequency
→
Higher Power
→
More Heat
→
Cooling Difficulty

Thermal Wall چیست؟

Power مصرف شده
در CPU
در نهایت عمدتاً
به Heat
تبدیل می شود.

اگر Heat Flux
از توان سیستم Cooling
بیشتر شود،
افزایش Performance
دیگر عملی نیست.

این محدودیت
با مفهوم:

Thermal Wall

مرتبط است.

چرا CPUهای امروزی به جای 10 یا 20 گیگاهرتز، Core بیشتری دارند؟

افزایش Frequency
در محدوده های بالا
به Voltage،
Power
و Cooling
بسیار بیشتری
نیاز پیدا می کند.

علاوه بر این،
Pipeline،
Memory Latency
و Wire Delay
نیز محدودیت هایی
ایجاد می کنند.

بنابراین صنعت
به جای ادامه
Frequency Scaling شدید،
بخشی از Transistor Budget
را صرف:

• Core بیشتر،
• Cache بیشتر،
• IPC بیشتر،
• Vector Processing،
• Acceleratorها،
• و Power Management

کرد.

چرا Multi-Core به مسیر اصلی CPU تبدیل شد؟

اگر افزایش Frequency
بسیار پرهزینه شود،
می توان Transistorهای بیشتر
را برای ساخت
چند Processing Core
استفاده کرد.

در Workloadهای
قابل Parallelization،
چند Core
می توانند
بخش های مختلف کار
را همزمان اجرا کنند.

One Very Fast Core
→
Power Limited

Multiple Efficient Cores
→
Parallel Throughput

Amdahl’s Law چیست؟

اگر بخشی از برنامه
قابل Parallelization
نباشد،
حتی تعداد بسیار زیاد
Core
نیز نمی تواند
آن بخش را
سریع تر کند.

رابطه کلاسیک:

Speedup
=
1
/
[(1 − P) + (P / N)]

که در آن:

P
=
Parallel Fraction

N
=
Number of Processing Units

یک مثال ساده از Amdahl’s Law

فرض کنیم
90 درصد
یک برنامه
قابل Parallelization
باشد.

اما 10 درصد
آن همیشه
Serial باقی بماند.

حتی اگر تعداد Coreها
به سمت مقدار بسیار زیاد
حرکت کند،
آن 10 درصد Serial
همچنان وجود دارد.

Maximum Speedup نظری
در این حالت
به سمت:

Maximum Speedup
→
1 / 0.10
=
10×

میل می کند.

چرا Performance واقعی حتی از Amdahl’s Law هم کمتر می شود؟

اجرای Parallel
خودش هزینه دارد.

Threadها ممکن است
نیاز به:

• Synchronization،
• Communication،
• Locking،
• Cache Coherency،
• Data Sharing،
• Scheduling،
• و Memory Bandwidth

داشته باشند.

بنابراین Parallelism
رایگان نیست.

Dark Silicon چیست؟

More Transistors Available
>
Transistors That Can Be Fully Active Simultaneously

آیا Dark Silicon یعنی بخشی از CPU همیشه خاموش است؟

نه دقیقاً.

مفهوم اصلی
این است که
Power Budget
اجازه نمی دهد
همه منابع
در تمام زمان ها
با Maximum Activity
کار کنند.

بخش های مختلف
می توانند بر اساس
Workload
روشن،
خاموش
یا در Power Stateهای
مختلف قرار گیرند.

Power Gating چه نقشی در CPU مدرن دارد؟

اگر یک واحد
در حال استفاده نباشد،
می توان Power
آن بخش را
کاهش داد
یا در بعضی طراحی ها
تقریباً قطع کرد.

این تکنیک:

Power Gating

نامیده می شود.

هدف اصلی
کاهش Static Power
و Leakage
در واحدهای غیر فعال است.

Clock Gating چیست؟

حتی اگر یک Circuit
محاسبه مفیدی
انجام ندهد،
Clock Switching
می تواند
Dynamic Power
مصرف کند.

Clock Gating
اجازه می دهد
Clock
برای بخش هایی
که فعلاً نیاز نیستند
متوقف شود.

Unused Logic
→
Clock Disabled
→
Lower Switching Activity
→
Lower Dynamic Power

DVFS چگونه به محدودیت Power کمک می کند؟

DVFS
مخفف:

Dynamic Voltage and Frequency Scaling

است.

CPU می تواند
Voltage
و Frequency
را بر اساس:

• Workload،
• Temperature،
• Power Budget،
• و Performance Demand

تغییر دهد.

این یکی از
مهم ترین ابزارهای
مدیریت Power
در پردازنده مدرن است.

Turbo چگونه از محدودیت Power استفاده می کند؟

اگر تمام Coreها
فعال نباشند،
بخشی از Power
و Thermal Budget
می تواند
در اختیار Coreهای فعال
قرار گیرد.

در نتیجه
آن Coreها
می توانند برای مدتی
Frequency بالاتری
داشته باشند.

Fewer Active Cores
→
More Power Headroom per Active Core
→
Higher Possible Boost Frequency

چرا CPUهای مدرن واحدهای تخصصی بیشتری دارند؟

یک General-Purpose CPU Core
انعطاف پذیری بسیار بالایی دارد،
اما برای هر نوع محاسبه
بهینه ترین سخت افزار
ممکن نیست.

اگر یک Workload
بسیار مهم و پرتکرار باشد،
می توان سخت افزار
تخصصی تری
برای آن ساخت.

این رویکرد:

Specialization

نامیده می شود.

Hardware Accelerator چیست؟

نمونه های مفهومی
می توانند شامل:

• Vector Unit،
• Matrix Engine،
• AI Accelerator،
• Media Encoder،
• Video Decoder،
• Cryptography Engine،
• Compression Engine،
• و Graphics Processor

باشند.

Heterogeneous Computing چیست؟

در Heterogeneous Computing
همه Processing Unitها
الزاماً یکسان نیستند.

سیستم می تواند
مجموعه ای از:

• CPU Core،
• GPU،
• NPU،
• DSP،
• Media Engine،
• و Acceleratorهای دیگر

داشته باشد.

هر Workload
به واحدی
فرستاده می شود
که برای آن
مناسب تر است.

Hybrid CPU Architecture چگونه به Power Wall کمک می کند؟

یکی از روش ها
استفاده از Coreهایی
با اهداف متفاوت است.

برای مثال:

Performance-Oriented Cores
+
Efficiency-Oriented Cores

Core بزرگ تر
می تواند
Single-Thread Performance
بالاتری ارائه دهد.

Core کوچک تر
می تواند
برای Throughput
و Background Work
با Area
و Power کمتر
مناسب باشد.

آیا معماری ناهمگون فقط برای لپ تاپ و موبایل است؟

خیر.

Heterogeneous Design
می تواند در:

• Desktop،
• Workstation،
• Server،
• Data Center،
• Mobile Device،
• Embedded System،
• Automotive System،
• و High-Performance Computing

استفاده شود.

هدف اصلی
استفاده بهتر
از Silicon Area
و Energy Budget
است.

Chiplet چگونه به ادامه Scaling کمک می کند؟

ساخت یک Die
بسیار بزرگ
می تواند از نظر:

• Yield،
• Reticle Limit،
• Cost،
• Design Complexity،
• و Process Optimization

دشوار باشد.

Chiplet
اجازه می دهد
سیستم بزرگ
به چند Die
تقسیم شود.

One Huge Monolithic Die
→
Multiple Smaller Dies
→
Advanced Package

مهم ترین مزایای Chiplet چیست؟

• امکان استفاده از Dieهای کوچک تر،
• بهبود بالقوه Yield،
• استفاده مجدد از یک Die در چند محصول،
• ترکیب Process Nodeهای مختلف،
• ساخت SKUهای مختلف با ترکیب Dieها،
• افزایش Scalability،
• و کاهش وابستگی به یک Monolithic Die بسیار بزرگ.

Reticle Limit چیست؟

Lithography System
نمی تواند Pattern
با اندازه نامحدود
را در یک Exposure
روی Wafer
منتقل کند.

حداکثر اندازه
قابل Patterning
در یک Exposure
با محدودیت:

Reticle Limit

مرتبط است.

این محدودیت
یکی از عوامل
دشوار شدن ساخت
Monolithic Dieهای
بسیار بزرگ است.

چرا Packaging به بخشی از Scaling تبدیل شده است؟

در گذشته
Package
بیشتر به عنوان
وسیله اتصال Die
به Motherboard
دیده می شد.

اما در پردازنده های مدرن،
Package
می تواند بخشی
از Architecture
سیستم باشد.

چند Die
باید با:

• Bandwidth بالا،
• Latency پایین،
• Energy per Bit پایین،
• Power Delivery مناسب،
• و Thermal Management مناسب

به یکدیگر
متصل شوند.

2.5D Packaging چیست؟

در 2.5D Integration،
چند Die
می توانند
در کنار یکدیگر
روی یک ساختار
واسط پیشرفته
قرار گیرند.

یکی از روش ها
استفاده از:

Silicon Interposer

است.

Interposer
می تواند
مسیرهای ارتباطی
بسیار متراکم تری
نسبت به PCB معمولی
فراهم کند.

3D Stacking چیست؟

در 3D Integration،
Dieها فقط
کنار یکدیگر نیستند؛
می توانند
روی یکدیگر
قرار بگیرند.

Die
↑
Die
↑
Die

این کار
می تواند فاصله
میان اجزا
را کاهش دهد
و Interconnect Density
را افزایش دهد.

چرا Cache گزینه مناسبی برای 3D Stacking است؟

CPUها به Cache
بسیار سریع
و نزدیک به Core
نیاز دارند.

قرار دادن
یک SRAM Die
روی Compute Die
می تواند
Cache Capacity
را بدون افزایش
شدید Footprint دوبعدی
افزایش دهد.

Compute Die
+
Vertically Stacked Cache
→
More Cache Capacity
in Similar Package Footprint

TSV چیست؟

TSV
مخفف:

Through-Silicon Via

است.

TSV
یک اتصال عمودی
از داخل Silicon
ایجاد می کند
و می تواند
برای اتصال
لایه ها یا Dieهای
مختلف استفاده شود.

Microbump چیست؟

Dieها در Packaging
می توانند از
اتصال های بسیار کوچک
برای انتقال:

• Signal،
• Power،
• و Ground

استفاده کنند.

این اتصال های کوچک
با مفهوم:

Microbumps

مرتبط هستند.

Hybrid Bonding چیست؟

Hybrid Bonding
یکی از فناوری های
پیشرفته اتصال
Die-to-Die
یا Wafer-to-Wafer
است.

هدف آن
ایجاد Interconnectهایی
با Pitch بسیار کوچک
و Density بالا است.

این فناوری
می تواند نسبت به
اتصال های مبتنی بر
Bumpهای بزرگ تر،
امکان ارتباط
متراکم تری فراهم کند.

چرا طراحی CPU دیگر فقط مسئله Transistor نیست؟

با سخت تر شدن Scaling،
بهینه سازی
باید در چند سطح
همزمان انجام شود.

از جمله:

• Transistor Technology،
• Standard Cell Design،
• Microarchitecture،
• Memory Hierarchy،
• Interconnect،
• Chiplet Architecture،
• Packaging،
• Cooling،
• Compiler،
• و Software.

یعنی Performance
آینده
از Co-Optimization
کل سیستم
به دست می آید.

Microarchitecture چگونه جای بخشی از Frequency Scaling را گرفت؟

اگر Clock
نتواند هر نسل
به مقدار زیادی
افزایش پیدا کند،
باید در هر Clock
کار بیشتری
انجام شود.

بنابراین مهندسان
روی مواردی مانند:

• Branch Prediction بهتر،
• Out-of-Order Window بزرگ تر،
• Execution Width بیشتر،
• Cache بهتر،
• Prefetching پیشرفته تر،
• Memory Disambiguation،
• و Execution Unitهای بیشتر

کار کردند.

More Work per Clock
→
Higher IPC

آیا IPC را می توان بی نهایت افزایش داد؟

خیر.

Instruction-Level Parallelism
در برنامه ها
محدود است.

Dependency،
Branch،
Memory Latency
و پیچیدگی سخت افزار
همگی محدودیت
ایجاد می کنند.

افزایش Width
و Window Size
نیز هزینه:

• Area،
• Power،
• Complexity،
• و Timing

دارد.

Memory Wall چیست؟

سرعت محاسبه CPU
در طول زمان
بسیار سریع رشد کرده،
اما Latency حافظه
با همان نرخ
کاهش پیدا نکرده است.

در نتیجه
شکاف میان:

CPU Compute Speed
and
Main Memory Access

اهمیت بیشتری
پیدا کرده است.

این مشکل
با مفهوم:

Memory Wall

شناخته می شود.

Cache چگونه با Memory Wall مقابله می کند؟

اگر Data
نزدیک CPU
نگهداری شود،
نیاز به مراجعه
مکرر به DRAM
کاهش پیدا می کند.

به همین دلیل
CPUهای مدرن
از چند سطح Cache
و الگوریتم های
Prefetch
استفاده می کنند.

L1
→
L2
→
L3
→
Main Memory

افزایش Transistor Budget
بخشی از رشد Cache
را نیز ممکن کرده است.

Bandwidth Wall چیست؟

حتی اگر Latency
قابل مدیریت باشد،
تعداد زیاد Core
و Accelerator
به Data
بسیار بیشتری
نیاز دارند.

اگر Memory System
نتواند Data
را با سرعت کافی
تحویل دهد،
Compute Unitها
منتظر می مانند.

More Compute
+
Insufficient Data Bandwidth
→
Idle Execution Resources

چرا High Bandwidth Memory اهمیت پیدا کرده است؟

Workloadهایی مانند:

• AI،
• Scientific Computing،
• Graphics،
• Simulation،
• و Data Analytics

می توانند
Memory Bandwidth
بسیار زیادی
نیاز داشته باشند.

فناوری هایی مانند:

HBM
=
High Bandwidth Memory

برای افزایش
Bandwidth
میان Compute
و Memory
اهمیت پیدا کرده اند.

چرا جابه جایی Data گاهی از خود محاسبه پرهزینه تر است؟

انجام یک عملیات
Arithmetic ساده
ممکن است
Energy کمی
مصرف کند.

اما انتقال Data
از حافظه دورتر
می تواند
Energy بسیار بیشتری
نیاز داشته باشد.

به همین دلیل
یکی از اهداف مهم
معماری مدرن:

Move Less Data
and
Keep Data Closer to Compute

است.

چرا Performance per Watt مهم تر از Maximum Frequency شده است؟

در بسیاری از سیستم ها،
محدودیت اصلی
مقدار انرژی
و Heat
قابل مدیریت است.

بنابراین سؤال مهم
دیگر فقط این نیست:

«CPU چقدر سریع است؟»

بلکه:

«با هر وات انرژی
چقدر کار انجام می دهد؟»

Performance per Watt
=
Useful Performance
/
Power Consumption

چرا Performance per Watt در Server و Data Center حیاتی است؟

در Data Center،
Power CPU
فقط هزینه برق
خود پردازنده نیست.

Heat تولید شده
باید توسط
Cooling Infrastructure
دفع شود.

بنابراین CPU
با Efficiency بهتر
می تواند:

• هزینه برق را کاهش دهد،
• Cooling Requirement را کاهش دهد،
• Compute Density را افزایش دهد،
• و Total Cost of Ownership را کاهش دهد.

محدودیت Power در انواع کامپیوتر چگونه متفاوت است؟

Beyond Moore چیست؟

اصطلاح:

Beyond Moore

به رویکردهایی
اشاره دارد
که افزایش قابلیت
سیستم را فقط
به کوچک سازی
Transistor
محدود نمی کنند.

این مسیرها
می توانند شامل:

• Advanced Packaging،
• Chiplets،
• 3D Integration،
• Specialized Accelerators،
• New Memory Technologies،
• Heterogeneous Computing،
• و Hardware-Software Co-Design

باشند.

More-than-Moore چیست؟

More-than-Moore
معمولاً به افزایش
Functionality
سیستم از طریق
ادغام فناوری هایی
فراتر از
Scaling ساده Logic
اشاره دارد.

برای مثال:

• Analog،
• RF،
• Sensor،
• Power Management،
• Memory،
• Photonics،
• و Specialized Functions.

آیا Moore’s Law مرده است؟

پاسخ به این سؤال
به تعریف
Moore’s Law
بستگی دارد.

اگر منظور
دو برابر شدن ارزان
و ساده Transistorها
با همان ریتم تاریخی باشد،
ادامه مسیر
بسیار دشوارتر شده است.

اما صنعت همچنان
از روش های مختلف
برای افزایش
Transistor Count
و Compute Density
استفاده می کند.

بنابراین بهتر است
به جای پاسخ
کاملاً صفر و یک،
بگوییم:

Traditional Scaling
Is Slowing and Becoming More Complex

چرا Cost Scaling به اندازه گذشته ساده نیست؟

Advanced Nodeها
به تجهیزات
و فرآیندهای
بسیار پیچیده نیاز دارند.

هزینه:

• Fab،
• Lithography،
• Mask Set،
• EDA،
• Verification،
• Design،
• و Packaging

به شدت افزایش یافته است.

بنابراین کوچک تر شدن
Transistor
الزاماً همان
کاهش تاریخی
Cost per Transistor
را ایجاد نمی کند.

آیا علاوه بر محدودیت فیزیکی، محدودیت اقتصادی هم وجود دارد؟

بله.

حتی اگر ساخت
یک فناوری از نظر فیزیکی
ممکن باشد،
باید از نظر اقتصادی
نیز قابل توجیه باشد.

بنابراین آینده
Semiconductor
فقط توسط Physics
تعیین نمی شود.

Technology Feasibility
+
Manufacturing Yield
+
Development Cost
+
Market Value
=
Practical Product

Hardware-Software Co-Design چیست؟

وقتی افزایش Performance
سخت تر می شود،
سخت افزار
و نرم افزار
باید هماهنگ تر
طراحی شوند.

Compiler
می تواند
از Instructionهای
جدید استفاده کند.

Operating System
می تواند Threadها
را روی Core مناسب
قرار دهد.

Application
می تواند Workload
را به Accelerator
مناسب منتقل کند.

Hardware
+
Compiler
+
Operating System
+
Application
→
System Performance

آینده افزایش Performance پردازنده ها چگونه خواهد بود؟

احتمالاً هیچ فناوری
به تنهایی
جای Scaling سنتی
را نمی گیرد.

پیشرفت از ترکیب
چند مسیر
حاصل خواهد شد:

• Process Nodeهای پیشرفته تر،
• ساختارهای جدید Transistor،
• Microarchitecture بهتر،
• Coreهای تخصصی تر،
• Chiplet،
• Advanced Packaging،
• 3D Stacking،
• Cache بزرگ تر،
• Memory Bandwidth بیشتر،
• Acceleratorهای تخصصی،
• و Hardware-Software Co-Design.

نقشه تغییر مسیر افزایش Performance پردازنده

Transistor Scaling
↓
Higher Frequency
↓
Power Wall
↓
Multi-Core
↓
Parallelism
↓
Specialized Accelerators
↓
Heterogeneous Computing
↓
Chiplets
↓
Advanced Packaging
↓
3D Integration
↓
System-Level Co-Optimization

مهم ترین روش های ادامه افزایش Performance

هویت یک CPU از چه لایه هایی تشکیل می شود؟

برای جلوگیری از سردرگمی،
می توان مشخصات یک CPU
را به چند لایه
تقسیم کرد.

ISA
↓
Microarchitecture
↓
Design / Codename
↓
Product Family
↓
Series / Generation
↓
Model / SKU
↓
Suffix

Process Technology
نیز در کنار این زنجیره
قرار می گیرد
و مشخص می کند
بخش های مختلف تراشه
با چه فناوری ساختی
تولید شده اند.

Architecture در CPU یعنی چه؟

واژه Architecture
در دنیای پردازنده
می تواند در چند سطح
استفاده شود.

گاهی وقتی گفته می شود
«معماری پردازنده»،
منظور Instruction Set Architecture
است.

در موارد دیگر،
Architecture
به صورت عمومی تر
برای توصیف ساختار
یک خانواده پردازنده
استفاده می شود.

به همین دلیل
هنگام مطالعه مشخصات
باید مشخص شود
منظور دقیق از Architecture
چیست.

Instruction Set Architecture یا ISA چیست؟

ISA
=
Software-Visible Machine Interface

نمونه خانواده های ISA
می توانند شامل:

x86
/
x86-64
/
Arm
/
RISC-V

باشند.

Microarchitecture چیست؟

ریزمعماری تعیین می کند
CPU چگونه Instructionها
را Fetch،
Decode،
Schedule،
Execute
و Retire می کند.

مواردی مانند:

• Pipeline Depth،
• Decode Width،
• Execution Width،
• Reorder Buffer،
• Branch Predictor،
• Execution Units،
• Load / Store System،
• Cache Architecture،
• و Power Management

بخشی از طراحی
Microarchitecture هستند.

چگونه دو CPU با ISA یکسان می توانند Performance متفاوتی داشته باشند؟

فرض کنید
دو CPU
هر دو یک برنامه
x86-64
را اجرا کنند.

یکی ممکن است
Branch Predictor بهتر،
Cache بزرگ تر،
Execution Width بیشتر
و Out-of-Order Engine
پیشرفته تری داشته باشد.

در نتیجه:

Same Software
+
Same ISA
+
Different Microarchitecture
→
Different Performance

Codename چیست؟

نام رمز
لزوماً همان
نام تجاری محصول
نیست.

برای مثال
نام هایی مانند:

Alder Lake
/
Raptor Lake
/
Meteor Lake
/
Zen

در بحث های فنی
برای تشخیص
نسل یا طراحی
اهمیت زیادی دارند.

آیا Codename همیشه نام Microarchitecture است؟

خیر.

این یکی از
مهم ترین تفاوت هایی است
که باید به آن توجه کرد.

Codename
ممکن است نام:

• یک خانواده Processor،
• یک Die،
• یک Platform،
• یک SoC،
• یا یک پروژه طراحی

باشد.

بنابراین نباید
هر Codename
را مستقیماً
معادل Microarchitecture
در نظر گرفت.

Generation یا نسل CPU چیست؟

Generation
معمولاً روشی
برای گروه بندی
محصولات یک دوره
یا خانواده مشخص است.

اما Generation
یک استاندارد جهانی
و یکسان
میان تمام سازندگان نیست.

هر شرکت
می تواند ساختار
نام گذاری نسل
خودش را داشته باشد.

Generation
=
Vendor Product Classification

Generation
≠
Universal Technical Standard

نسل چه تفاوتی با Microarchitecture دارد؟

Generation
بیشتر یک طبقه بندی
محصول است.

Microarchitecture
طراحی داخلی
پردازنده را توصیف می کند.

ممکن است
یک Generation
شامل بیش از یک
نوع Microarchitecture
یا Core Architecture
باشد.

این موضوع
در CPUهای Hybrid
اهمیت بیشتری دارد.

چرا یک CPU می تواند همزمان چند نوع Microarchitecture داشته باشد؟

در طراحی های
Heterogeneous یا Hybrid،
همه Coreها
الزاماً یکسان نیستند.

ممکن است
یک پردازنده
دارای:

Performance Core
+
Efficiency Core

باشد.

هر گروه Core
می تواند طراحی داخلی
متفاوتی داشته باشد،
در حالی که هر دو
بخشی از یک CPU
و یک Product Generation
هستند.

Product Family چیست؟

Product Family
گروه بزرگی
از محصولات مرتبط
با یک Brand
یا Positioning
مشخص است.

برای مثال
یک شرکت می تواند
خانواده هایی
برای:

• مصرف عمومی،
• Desktop،
• Mobile،
• Workstation،
• Server،
• Embedded،
• و High-Performance Computing

داشته باشد.

Series چیست؟

Series
معمولاً زیرمجموعه ای
از Product Family
است که چند مدل
مرتبط را
در یک گروه
قرار می دهد.

اما معنی دقیق Series
نیز به سیستم
نام گذاری سازنده
بستگی دارد.

Model Number چیست؟

Model Number
شناسه ای تجاری
برای تشخیص
یک مدل پردازنده
از مدل های دیگر
همان خانواده است.

Model Number
ممکن است اطلاعاتی
درباره:

• رده محصول،
• نسل،
• سطح Performance،
• نوع Platform،
• و ویژگی های خاص

در خود داشته باشد.

اما این اطلاعات
باید براساس
Naming Scheme
همان سازنده
تفسیر شوند.

SKU چیست؟

در دنیای CPU
اصطلاح SKU
معمولاً برای اشاره
به مدل مشخصی
از یک خانواده
استفاده می شود.

Product Family
→
Series
→
Individual SKU

دو SKU از یک خانواده چه تفاوت هایی می توانند داشته باشند؟

حتی اگر دو CPU
از یک Design
یا Generation
باشند،
ممکن است در موارد زیر
متفاوت باشند:

• Core Count،
• Thread Count،
• Base Frequency،
• Boost Frequency،
• Cache Capacity،
• Integrated Graphics،
• Power Limit،
• Memory Support،
• Feature Enablement،
• و Target Market.

Suffix یا پسوند نام CPU چیست؟

بعضی پردازنده ها
پس از Model Number
دارای یک یا چند حرف
هستند.

این حروف
می توانند اطلاعاتی
درباره ویژگی
یا Positioning
آن مدل بدهند.

اما معنی آنها
بین شرکت ها
و حتی میان
نسل های مختلف
می تواند تغییر کند.

بنابراین نباید
معنی یک Suffix
را از یک خانواده
به خانواده دیگر
تعمیم داد.

Process Node چه ارتباطی با Generation دارد؟

Process Node
فناوری ساخت
Semiconductor
را توصیف می کند.

Generation
یک طبقه بندی
محصول است.

این دو
به یکدیگر مرتبط هستند،
اما یک مفهوم
نیستند.

Generation
≠
Process Node

آیا یک CPU می تواند از چند Process Node استفاده کند؟

بله.

در طراحی های
Multi-Die
یا Chiplet-Based،
بخش های مختلف
پردازنده
می توانند با
Process Technologyهای
متفاوت ساخته شوند.

برای مثال:

Compute Die
→
Advanced Process Node

I/O Die
→
Mature Process Node

بنابراین نسبت دادن
یک Node واحد
به کل Package
همیشه تصویر کامل
معماری فیزیکی محصول
را نشان نمی دهد.

Microarchitecture چه تفاوتی با Process Technology دارد؟

Microarchitecture
درباره نحوه طراحی
و سازمان دهی
CPU است.

Process Technology
درباره نحوه ساخت
مدارهای فیزیکی
آن طراحی است.

Microarchitecture
=
How the CPU Is Designed

Process Technology
=
How the Silicon Is Manufactured

آیا یک Microarchitecture می تواند روی Process متفاوت ساخته شود؟

از نظر مفهومی بله،
اما انتقال طراحی
به Process دیگر
کار ساده ای نیست.

Process جدید
دارای:

• Design Rule متفاوت،
• Standard Cell متفاوت،
• Timing Characteristics متفاوت،
• Power Characteristics متفاوت،
• و Physical Constraints متفاوت

است.

بنابراین Port کردن
یک Design
می تواند نیازمند
تغییرات قابل توجهی باشد.

Refresh در پردازنده چیست؟

گاهی سازنده
بدون ایجاد
یک Microarchitecture
کاملاً جدید،
خانواده ای جدید
یا به روزشده
عرضه می کند.

این نوع محصول
ممکن است با اصطلاح:

Refresh

توصیف شود.

تغییرات ممکن است
شامل:

• Frequency بالاتر،
• Core Configuration متفاوت،
• Power Optimization،
• Memory Support جدید،
• یا Platform Update

باشند.

Die و Codename چه ارتباطی دارند؟

گاهی یک Codename
به طراحی
یک Die مشخص
اشاره دارد.

اما یک Product
می تواند
چند Die
داشته باشد.

بنابراین ممکن است
برای بخش های مختلف
یک Package
نام های فنی
متفاوتی وجود داشته باشد.

CPU Package
=
One Die
or
Multiple Dies

SoC چه تاثیری بر مفهوم نسل CPU دارد؟

در بسیاری از پردازنده های مدرن،
محصول فقط شامل
CPU Core نیست.

ممکن است
در همان Package
یا SoC
اجزایی مانند:

• CPU،
• GPU،
• NPU،
• Memory Controller،
• Display Engine،
• Media Engine،
• I/O،
• Security Engine،
• و Interconnect

وجود داشته باشند.

بنابراین «نسل CPU»
در بعضی محصولات
عملاً بخشی از
یک SoC Generation
بزرگ تر است.

یک مثال مفهومی از نام گذاری پردازنده های Intel

فرض کنیم
درباره خانواده ای
با نام تجاری:

Intel Core

صحبت می کنیم.

در طول زمان
Product Generationهای مختلف
می توانند Codenameهای
متفاوتی داشته باشند.

برای مثال:

Alder Lake
→
Raptor Lake
→
Meteor Lake

اما این نام ها
را نباید
بدون بررسی دقیق
معادل مستقیم
یک Microarchitecture واحد
در نظر گرفت.

چرا تغییر نام تجاری می تواند تشخیص نسل را دشوار کند؟

سازندگان می توانند
Naming Scheme
محصولات خود را
تغییر دهند.

برای مثال
تغییر Branding
از یک ساختار نام گذاری
به ساختار دیگری
الزاماً به این معنی نیست
که تمام مفاهیم فنی
نیز از صفر
تغییر کرده اند.

بنابراین در محصولاتی
با نام هایی مانند:

Core
/
Core Ultra

باید Model،
Series،
Architecture
و مشخصات واقعی
بررسی شوند،
نه فقط Brand Name.

یک مثال مفهومی از نام گذاری پردازنده های AMD

در خانواده:

AMD Ryzen

ممکن است با نام هایی مانند:

Ryzen 5
/
Ryzen 7
/
Ryzen 9

روبه رو شویم.

این نام ها
بیشتر Positioning
محصول را نشان می دهند
و به تنهایی
Microarchitecture
یا Performance دقیق
را مشخص نمی کنند.

Zen چیست؟

Zen
نام خانواده ای
از Microarchitectureهای
CPU شرکت AMD است.

نسل های مختلف
این خانواده
با نام هایی مانند:

Zen
→
Zen 2
→
Zen 3
→
Zen 4
→
Zen 5

شناخته می شوند.

اما Product Name
مانند Ryzen
و Microarchitecture Name
مانند Zen
دو مفهوم
متفاوت هستند.

Ryzen
=
Product Brand / Family

Zen
=
Microarchitecture Family

آیا تمام پردازنده هایی که عدد سری مشابه دارند الزاماً معماری یکسانی دارند؟

نباید چنین فرضی کرد.

مخصوصاً در خانواده هایی
که محصولات Desktop
و Mobile
با Naming Scheme
گسترده عرضه می شوند،
یک شماره Series
ممکن است اطلاعات کافی
برای تعیین
Microarchitecture
نداشته باشد.

بنابراین برای تشخیص دقیق
باید Model Number
کامل بررسی شود.

Core i3، Core i5، Ryzen 5 و Ryzen 7 چه چیزی را نشان می دهند؟

این نوع نام ها
معمولاً Product Tier
یا رده تجاری
محصول را مشخص می کنند.

Tier
می تواند جایگاه
تقریبی محصول
در همان خانواده
را نشان دهد.

اما:

Product Tier
≠
CPU Generation

Product Tier
≠
Exact Performance

آیا Core i7 همیشه از Core i5 سریع تر است؟

خیر.

اگر دو پردازنده
متعلق به نسل ها،
Platformها
یا Power Classهای
متفاوت باشند،
Tier به تنهایی
برای مقایسه
کافی نیست.

یک Mid-Range CPU
جدید
می تواند در بعضی Workloadها
از High-End CPU
قدیمی تر
سریع تر باشد.

Newer Mid-Tier
Can Be Faster Than
Older High-Tier

چرا دو CPU با نام نزدیک می توانند Performance بسیار متفاوتی داشته باشند؟

CPUها برای
Power Envelopeهای
متفاوت طراحی می شوند.

یک Processor
مخصوص سیستم کم مصرف
و یک Processor
مخصوص Desktop
ممکن است نام تجاری
مشابهی داشته باشند،
اما محدودیت های:

• Power،
• Cooling،
• Frequency،
• Core Count،
• و Sustained Performance

آنها متفاوت باشد.

Market Segment چرا هنگام خواندن نام CPU مهم است؟

قبل از مقایسه
دو CPU
باید مشخص کنیم
برای چه نوع سیستمی
طراحی شده اند.

Segmentها می توانند شامل:

• Mobile،
• Desktop،
• Workstation،
• Server،
• Embedded،
• و Data Center

باشند.

مقایسه Model Number
بدون توجه
به Segment
می تواند نتیجه
اشتباهی ایجاد کند.

Binning چه ارتباطی با SKU دارد؟

همان طور که
در فصل ساخت CPU
بررسی کردیم،
Dieهای تولید شده
می توانند از نظر:

• Maximum Frequency،
• Voltage Requirement،
• Power Characteristics،
• Functional Units،
• و Defect

متفاوت باشند.

Binning
یکی از فرآیندهایی است
که می تواند
به تعیین
SKU نهایی
کمک کند.

آیا دو مدل CPU ممکن است از Die مشابه ساخته شده باشند؟

بله.

در بعضی طراحی ها،
چند SKU
می توانند از
یک Die Design
مشترک استفاده کنند.

برای ایجاد مدل های مختلف،
ممکن است بعضی:

• Coreها،
• Cache Sliceها،
• GPU Unitها،
• یا Featureها

غیرفعال شوند.

Same Physical Die Design
→
Different Enabled Configuration
→
Different SKU

Stepping چیست؟

حتی یک CPU
با Model Number یکسان
می تواند در طول
عمر تولید
Revisionهای مختلفی
از Silicon
داشته باشد.

این Revisionها
معمولاً با مفهوم:

Stepping

شناخته می شوند.

Stepping جدید
ممکن است شامل:

• Bug Fix،
• Errata Correction،
• Manufacturing Improvement،
• Power Optimization،
• یا Minor Silicon Revision

باشد.

Family، Model و Stepping در سطح فنی CPU چه معنایی دارند؟

علاوه بر نام تجاری،
CPU می تواند
شناسه های معماری
قابل خواندن توسط Software
نیز داشته باشد.

در برخی معماری ها
اطلاعاتی مانند:

Family
/
Model
/
Stepping

برای شناسایی
Processor Implementation
استفاده می شوند.

این شناسه ها
را نباید
الزاماً با
Product Family
تجاری
یکی دانست.

چرا از روی نام CPU نمی توان همه چیز را فهمید؟

نام تجاری
باید کوتاه
و قابل استفاده
برای بازار باشد.

اما یک CPU
ممکن است صدها
ویژگی فنی مهم
داشته باشد.

نام محصول
معمولاً نمی تواند
تمام اطلاعاتی مانند:

• Microarchitecture،
• Die Configuration،
• Cache Topology،
• Memory Controller،
• Process Node،
• Instruction Extensions،
• Power Limit،
• Package،
• و Platform Features

را منتقل کند.

برای شناسایی دقیق یک CPU چه مراحلی را طی کنیم؟

یک روش منطقی
این است که
از نام تجاری
شروع کنیم
و مرحله به مرحله
به مشخصات فنی
برسیم.

Exact Product Name
↓
Vendor
↓
Product Family
↓
Market Segment
↓
Series / Generation
↓
Exact Model
↓
Suffix
↓
Codename
↓
Core Microarchitecture
↓
ISA
↓
Process Technology
↓
Core / Thread / Cache / Frequency
↓
Power and Platform Characteristics

مرحله اول: نام کامل CPU را پیدا کنید

مقایسه عباراتی مانند:

Core i7
vs
Ryzen 7

تقریباً اطلاعات کافی
برای مقایسه دقیق
ارائه نمی دهد.

باید Model Number
کامل مشخص باشد.

مرحله دوم: Segment را مشخص کنید

بررسی کنید CPU
برای چه محیطی
طراحی شده است.

Mobile
/
Desktop
/
Workstation
/
Server
/
Embedded

این مرحله
از مقایسه اشتباه
محصولات با Power Class
متفاوت جلوگیری می کند.

مرحله سوم: Generation و Codename را پیدا کنید

Generation
جایگاه زمانی
و تجاری محصول
را بهتر مشخص می کند.

Codename
نیز می تواند
اطلاعات دقیق تری
درباره Design
یا Platform
در اختیار شما قرار دهد.

مرحله چهارم: Microarchitecture را بررسی کنید

این مرحله
برای فهمیدن
تفاوت واقعی
طراحی Core
بسیار مهم است.

در CPUهای Hybrid
باید Microarchitecture
هر نوع Core
جداگانه بررسی شود.

مرحله پنجم: مشخصات واقعی را بررسی کنید

در نهایت
باید مشخصات واقعی
مدل بررسی شوند.

• Core Count،
• Thread Count،
• Frequency،
• Cache،
• Memory Support،
• PCIe،
• Integrated Graphics،
• Power Limits،
• Instruction Extensions،
• و Platform Compatibility.

مرحله ششم: Performance واقعی را بررسی کنید

حتی پس از
شناخت کامل مشخصات،
برای تصمیم گیری نهایی
باید Performance
در Workload واقعی
بررسی شود.

مشخصات روی کاغذ
جای Benchmark
مناسب را نمی گیرند.

Specifications
+
Architecture Knowledge
+
Real Workload Benchmarks
=
Better CPU Comparison

مقایسه Generation، Architecture، Microarchitecture، Codename و SKU

هنگام خرید سیستم از روی نام CPU چگونه قضاوت نکنیم؟

یکی از اشتباهات رایج
این است که فقط
عبارت هایی مانند:

i5
/
i7
/
Ryzen 5
/
Ryzen 7

بررسی شوند.

این اطلاعات
بدون Model Number کامل
بسیار ناقص هستند.

هنگام خرید:

• مدل کامل CPU را بخوانید.
• نسل آن را مشخص کنید.
• Mobile یا Desktop بودن را بررسی کنید.
• Suffix را بررسی کنید.
• Core و Thread واقعی را ببینید.
• نوع Coreها را بررسی کنید.
• Cache و Memory Support را ببینید.
• Power Class را بررسی کنید.
• و در نهایت Benchmark مرتبط با کاربری خود را مقایسه کنید.

چرا دانستن نسل در خرید سیستم های جدید و استوک اهمیت دارد؟

دو سیستم
ممکن است هر دو
با عنوان تجاری
Core i7
فروخته شوند،
اما پردازنده های آنها
چندین نسل
با یکدیگر فاصله داشته باشند.

این فاصله می تواند
روی:

• IPC،
• Core Count،
• Efficiency،
• Instruction Support،
• Memory Technology،
• Integrated Graphics،
• Platform Features،
• و Software Compatibility

اثر داشته باشد.

به همین دلیل
عبارت «Core i7»
به تنهایی
برای ارزش گذاری
یک کامپیوتر،
لپ تاپ،
آل این وان
یا Workstation
کافی نیست.