آشنایی با معماری Polaris – بخش اول

آشنایی با معماری Polaris – بخش اول

شرف الشمس

آشنایی با معماری Polaris – بخش اول

معماری تازه‌نفس کمپانی قدرتمند مذکور Polaris (نام ستاره‌ای در آسمان و نزدیک به قطب شمال) نام داشته و به‌عنوان قلب تپنده تراشه‌های شتاب‌دهنده ...

آشنایی با معماری Polaris – بخش اول

همان‌طور که مستحضر هستید کمپانی قدرتمند AMD در سال گذشته با مشکلات بسیاری دست‌وپنجه نرم کرده و بخشی از منابع مالی خود را در مرتفع کردن مشکلات ایجادشده به‌صورت کامل ازدست‌داده است. گستردگی مشکلات به وجود آمده کمپانی قرمز پوش را وادار به تغییر رویه و سیاست‌های خود در طراحی و ساخت واحدهای پردازش مرکزی، واحدهای پردازش گرافیکی و واحدهای پردازشی شتاب‌یافته کرده و اکنون زیرمجموعه دیگری تحت عنوان Radeon Technologies Group به سرپرستی آقای Raja Koduri در کمپانی AMD شکل‌گرفته است تا تمامی تمرکز خود را معطوف طراحی و ساخت تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی کند. یکی از مهم‌ترین نکات مثبت شکل‌گیری گروه اختصاصی RTG همان‌طور که پیش‌تر گفته‌شده معطوف سازی تمرکز کارکنان و مهندسان بخش نامبرده به طراحی و ساخت تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی می‌باشد و ازآنجایی‌که حوزه‌های تازه‌نفسی همچون واقعیت مجازی، واقعیت افزوده و علاوه بر آن حوزه گیمینگ نیاز مبرمی به قدرت پردازش گرافیکی بسیار بالایی دارند، بنابراین شکل‌گیری گروهی که تمامی تمرکز خود را معطوف طراحی و ساخت واحدهای پردازشی مذکور کرده باشد کاملاً باعقل و منطق همخوانی دارد.

Radeon-Technologies-Group

کمپانی قدرتمند AMD در منتشر سازی اطلاعات مربوط به معماری تراشه‌های گرافیکی خود بسیار محتاط عمل کرده و در اجتناب از درز اطلاعات مربوطه به بیرون از کمپانی کارنامه درخشانی را از آن خود کرده است. گروه اختصاصی RTG برخلاف سیاست‌های گذشته کمپانی AMD مبنی بر عدم منتشر سازی اطلاعات مربوط به معماری تراشه‌های گرافیکی تا روز انتشار نهایی سخت‌افزار تصمیم به فراهم آوردن بسترهای لازمه جهت آماده‌سازی توسعه‌دهندگان و شریکان خود پیش از عرضه نهایی تراشه گرافیکی می‌باشد. اگرچه هم‌اکنون اطلاعات دقیقی از کارت‌های گرافیک آتی کمپانی AMD در دسترس نیست، اما اطلاعات رسمی منتشرشده توسط گروه RTG و رسانه‌های مختلف حاکی از آن‌اند که کمپانی AMD نقشه‌های بسیاری را به‌منظور مغلوب ساختن رقیب و کسب مجدد اعتبار خود در سر دارد. همان‌طور که پیش‌تر خاطرنشان شد چندی از مهم‌ترین برنامه‌های RTG در چشم‌انداز پیشرو به‌عنوان یک گروه اختصاصی سرمایه‌گذاری در بخش‌هایی نظیر فناوری‌های نمایشی (درگاه Display-Port، درگاه HDMI، فناوری Freesync و فناوری تصویربرداری با دامنه دینامیک بالا)، توسعه نرم‌افزار (افزایش راندمان درایورهای کارت گرافیک و بهبود کارایی درایورهای سیستم‌عامل لینوکس و ...)، توسعه سخت‌افزار و ... می‌باشد. اگرچه برنامه‌های گروه RTG در چشم‌انداز منتشره و توسعه فناوری‌های متن‌باز بسیار قابل‌ستایش است، اما همان‌طور که از نام مقاله پیداست سخن سخت‌افزار خوش‌تر است.

همان‌طور که مستحضر هستید اطلاعات رسمی و غیررسمی منتشره در خصوص کارت‌های گرافیک کمپانی قرمز پوش درگذشته بلااستثناء به برنامه‌های AMD در عرضه معماری جدیدی برای تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی نسل بعد خود منتهی می‌شدند. اکنون با سازمان یافتن گروه اختصاصی RTG و انتشار چشم‌انداز گروه مذکور تمامی اخبار و شایعات پیرامون طراحی و ساخت معماری جدید و تازه‌نفس جامه حقیقت به تن کرده و به‌صورت رسمی مورد تائید قرار گرفتند. معماری تازه‌نفس کمپانی قدرتمند مذکور Polaris (نام ستاره‌ای در آسمان و نزدیک به قطب شمال) نام داشته و به‌عنوان قلب تپنده تراشه‌های شتاب‌دهنده کارت‌های گرافیک نسل بعد کمپانی AMD مورداستفاده قرار می‌گیرند. معماری تازه‌نفس کمپانی AMD مبتنی بر فناوری ساخت ترانزیستورهای 14 و 16 نانومتری FinFET بوده و شامل فناوری هایی ازجمله طراحی نسل چهارم معماری GCN و تمامی فناوری‏های نمایشی پیش‌تر نامبرده می‌باشد. انتظار می‌رود تعدادی از نمونه‌های اولیه تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی مبتنی بر معماری Polaris در اواسط سال 2016 میلادی عرضه شوند.

amd-polaris-architecture

کمپانی AMD برخلاف رقیب خود در دمویی انتشاریافته از یک نمونه فیزیکی کارت گرافیک مبتنی بر معماری مذکور پرده برداشته و تنها به نمایش یک ماکت از تراشه گرافیکی یا تراشه گرافیکی به‌صورت لحیم نشده بر روی مدار چاپی بسنده نکرده است. این نشان‌دهنده آن است که معماری Polaris واقعی بوده و هم‌اکنون تراشه‌هایی مبتنی بر معماری نامبرده موجود می‌باشند. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های مثبت معماری تازه‌نفس مذکور که به‌دفعات مکرر موردبحث قرارگرفته است بهره‌وری انرژی و نسبت بالای درصد انرژی مصرفی به کارایی خروجی سخت‌افزار می‌باشد.

در دموی زنده انتشاریافته از جانب AMD مشاهده می‌شود که نمونه اولیه کارت گرافیک مبتنی بر معماری Polaris در مقابل یک کارت گرافیک GTX 950 کمپانی رقیب قرارگرفته و بازی Star Ward-Battlefront با تنظیمات متوسط و رزولوشن 1080p به اجرا درآمده است. هر دو سیستم موفق به دست‌یابی به 60 فریم بر ثانیه در تنظیمات مذکور شدند، اما سیستمی که کارت گرافیک کمپانی رقیب در دل آن قرارگرفته است مصرف انرژی بسیار بیشتری را از خود نشان داده است. متوسط انرژی مصرفی سیستم دارای کارت گرافیک مبتنی بر معماری Polaris تنها 88.1 وات گزارش‌شده است، درحالی‌که انرژی مصرفی سیستم میزبان کارت گرافیک رقیب به رقم 150 وات افزایش پیداکرده است. البته ذکر این نکته ضروری است که شرایط در تست انجام‌شده مساوی نبوده و کفه ترازو به دلیل فناوری ساخت 14 نانومتری کارت گرافیک AMD (برخلاف کارت گرافیک GTX 950 که از فناوری ساخت 28 نانومتر بهره می‌برد) کاملاً به سمت تیم قرمز سنگینی می‌کند. هدف اصلی کمپانی AMD از نمایش منتشره به قدرت کشیدن معماری یا سخت‌افزار نبوده است، بلکه هدف اصلی نمایش واقعی بودن تراشه گرافیکی مبتنی بر معماری Polaris و راندمان بالای انرژی فناوری ساخت 14 نانومتر در مقایسه با فناوری ساخت 28 نانومتر می‌باشد. مجدداً ذکر این نکته ضروری است که کارت گرافیک نمایش داده‌شده در دمو تنها یک نمونه اولیه بوده و نسخه نهایی ممکن است بهینه‌سازی‌های بیشتری را به خود ببیند.

amd-polaris-architecture2

طبق گفته RTG بخش اعظم راندمان بالا و کاهش چشم‌گیر انرژی مصرفی تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی به لطف کاهش فناوری ساخت (لیتوگرافی) 14 و 16 نانومتر و استفاده از ترانزیستورهای FinFET محقق شده است، اما نادیده گرفتن نقش اساسی بهینه‌سازی‌های انجام‌شده در معماری به‌منظور کاهش انرژی مصرفی کم‌لطفی می‌باشد. همان‌طور که مستحضر هستید صنعت تولید و ساخت تراشه‌های نیمه‌هادی در یک دهه گذشته دست‌خوش فراز و نشیب‌های قرارگرفته و با مشکلاتی بسیاری دست‌وپنجه نرم کرده است. چرخه طراحی و ساخت فرآیندهای تولید سالانه تراشه‌ها و ترانزیستورهای نیمه‌هادی پس از مشکلات ایجادشده تبدیل به چرخه‌ای دوسالانه گردیده و علاوه بر آن عدم بلوغ فناوری ساخت 20 نانومتر و مشکلاتی نظیر نشتی ترانزیستورهای مسطح و ... پیشرفت صنعت تولید تراشه‌های گرافیکی را متوقف کرده و کمپانی‌های فعال در این زمینه نظیر AMD و انویدیا را مجبور به استفاده از فناوری ساخت 28 نانومتر در محصولات خود برای پنج سال متوالی کردند. مشکلات فناوری ساخت 20 نانومتر برنامه‌های کمپانی‌های نامبرده را با تأخیر مواجه کرده و آن‌ها را وادار به بهینه‌سازی معماری فعلی محصولات خود به‌منظور کاهش انرژی مصرفی و کسب رضایت مصرف‌کنندگان کردند و بخش عظیمی از مشکلات ایجادشده برای کمپانی AMD نیز به تأخیر در فناوری ساخت نودهای مورداستفاده در تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی بازمی‌گردند.

اکنون با روی آوردن کمپانی‌های فعال درزمینهٔ طراحی و ساخت لیتوگرافی و فرآیندهای تولید نودهای نیمه‌هادی مورداستفاده در تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی به ترانزیستورهای FinFET مشکلاتی نظیر نشتی ترانزیستورها و عدم بلوغ در فناوری ساخت به‌طور کامل مرتفع گردیده‌اند. ترانزیستورهای FinFET برخلاف ترانزیستورهای مسطح که هم‌اکنون در فناوری ساخت 28 نانومتر مورداستفاده قرارگرفته‌اند از باله‌هایی به‌منظور سه‌بعدی سازی خود بهره می‌برند. باله‌های قرارگرفته بر روی ترانزیستورها و ساختار سه‌بعدی آن‌ها همان‌طور که پیش‌تر گفته شد مشکل نشتی را به‌طور کامل مرتفع کرده و علاوه بر آن کاهش میزان اتلاف انرژی تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی به‌منظور فعالسازی نیز به بهبود چشم‌گیر انرژی مصرفی و افزایش راندمان منتهی شده است.

14nm-manufacturingprocess

روی آوردن صنعت تراشه‌های نیمه‌های به ترانزیستورهای مبتنی بر فناوری ساخت 14 و 16 نانومتر بدون شک قدم بسیار بزرگی به شمار رفته و به کمپانی‌های فعال در عرصه نامبرده این اجازه را می‌دهد تا مجدداً بر روی پای خود بایستند. ترانزیستورهای FinFET بدون شک مشکلات موجود در مسیر ساخت نودهای کوچک‌تر نظیر 10 نانومتر و ... را هموار کرده اند، اما خسارت‌های وارده به کمپانی‌های سازنده تراشه‌های گرافیکی و به‌طورکلی صنعت تراشه‌های نیمه‌هادی غیرقابل‌جبران است. بازده انرژی و افزایش نسبت انرژی مصرفی به کارایی خروجی از مهم‌ترین فاکتورهای محدوده کننده قدرت تراشه‌های گرافیکی به شمار می‌رود. دست‌یابی به حداکثر کارایی و منفعت حاصله از آن تنها به‌وسیله بهبود و بهینه‌سازی کلی بازده انرژی امکان‌پذیر می‌باشد و اکنون کاهش فناوری ساخت و ترانزیستورهای مذکور مشکلات موجود در مسیر کمپانی‌های سازنده تراشه‌های گرافیکی را مرتفع کرده‌اند. فرآیند تولید نودهای تراشه‌های گرافیکی کمپانی AMD بر دوش کمپانی‌های معظم TSMC و GloFo (و همچنین کمپانی سامسونگ) گذاشته‌شده است و این خود بدان معنی است که کمپانی AMD در عرضه محصولات خود مشکلی نخواهد داشت.

finfet-transistor

معرفی ترانزیستورهای FinFET مبتنی بر فناوری ساخت 14 و 16 نانومتر و ویژگی‌های مثبتی که با خود به همراه دارد بدون شک نوید رقابت تنگاتنگ و جذابی را می‌دهد. در قسمت دوم مقاله به بررسی سخت‌افزاری معماری Polaris می‌پردازیم. متأسفانه در حال حاضر اطلاعات اندکی در مورد معماری نامبرده در دسترس بوده و همان‌طور که مستحضر هستید نقد و بررسی معماری پردازنده های گرافیکی نیازمند اطلاعات دقیق در مورد سخت‌افزارهای قرارگرفته در دل آن ها می‌باشد.

  • ۵ بهمن ۱۳۹۴
مطالب مشابه

کانال تلگرامی طومار

۰ دیدگاه
دیدگاه ها
دعا و طلسم
هاروس
×