پردازنده شما از کدام مسیر استفاده می‌کند

داستان گذرگاه دیجیتال 

مهندسی پردازنده‌های کامپیوتری با گذشت زمان دستخوش تغییرات زیادی شده است. این تغییرات متناسب با نوآوری‌های صورت گرفته در ساختار پردازنده‌ها بوده و باید شکل ارتباط پردازنده با سایر اجزای سیستم را نیز در نظر داشته باشد. مسیر (Bus)، پل ارتباطی پردازنده با تراشه پل شمالی مادربورد است که سرعت و کارآیی آن باید متناسب با حجم اطلاعات تبادل شده بین این دو قطعه باشد. با افزایش توان محاسباتی و پردازشی، حجم اطلاعات مبادله شده میان پردازنده و سایر قطعات سیستم بالا رفته و باید مسیرهای ارتباطی موجود را اصلاح یا از مسیرهای جدیدتری استفاده کرد. FSB، قدیمی‌ترین و معروف‌ترین این مسیرها بود که با معرفی مسیرهای جدیدتر، رفته رفته به فراموشی سپرده می‌شود. در ادامه شما را با این مسیرهای ارتباطی آشنا خواهیم کرد.

FSB

قدیمی‌ترین مسیر برای ارتباط پردازنده و تراشه پل شمالی (Front Side Bus) FSB نام دارد. FSB نخستین بار در پردازنده‌های پنتیوم به کار گرفته شد. استفاده از این مسیر تا زمان پردازنده‌های Core 2 ادامه داشت و در این مدت به‌روزآوری‌های فراوانی در این مسیر دیده شد. کارایی و پهنای باند این مسیر تابع فرکانس و تعداد انتقال در هر چرخه ساعتی (Clock Cycle) است. این دو پارامتر در طول زمان تغییرات زیادی داشته‌اند. فرکانس FSB از ۵۰ مگاهرتز در زمان پنتیوم‌ها به ۴۰۰ مگاهرتز در پردازنده‌های Extreme خانواده Core 2 ارتقا پیدا کرده است. تعداد انتقال‌ها در هر چرخه ساعت در ابتدا یک انتقال بود که در نهایت به چهار انتقال در هر چرخه رسید. Quad Pumpring، نامی است که اینتل برای چهار انتقال در ثانیه در نظر گرفته و آخرین پردازنده‌هایی که از FSB استفاده می‌کردند نیز از همین تکنیک بهره می‌برند. فرکانس مسیر موثر از ضرب تعداد انتقال‌ها در هر چرخه در فرکانس FSB به دست می‌آید. به همین دلیل به عنوان مثال گفته می‌شود فرکانس مسیر ۱۳۳ مگاهرتز، در فرکانس واقعی ۳۳۳  مگاهرتز کار می‌کند. محدودیت پهنای باند برای انتقال داده‌ها توسط FSB، باعث شد تا این مسیر، توسط مسیرهای سریع‌تر جایگزین شود.

Hyper Transport

AMD تا پیش از عرضه پردازنده‌های ۶۴ بیتی خود از مسیر FSB در پلتفرم خود استفاده می‌کرد. عرضه ۶۴ بیتی‌های اتلون، تغییرات چشمگیری در مهندسی پردازنده‌های AMD به دنبال داشت که جایگزینی FSB با هایپرترانسپورت یکی از مهم‌ترین آنها بود. مسیر هایپرترانسپورت، یک مسیر مستقیم و نقطه به نقطه است. این مسیر، یک ارتباط دو انتقالی است و هر سیگنال ساعتی، دو بسته اطلاعاتی را جابه‌جا می‌کند. در هایپرترانسپورت، پهنای باند مسیر به تعداد اتصالات داخلی نیز وابسته است. تعداد این اتصال‌ها انتخابی بوده و بین دو تا ۳۲ اتصال امکان‌پذیر است.

هم‌اکنون تمام پردازنده‌های AMD از مسیر هایپرترانسپورت در ساختار خود استفاده می‌کنند. نسخه سوم مسیر هایپرترانسپورت با فرکانس ۶/۲ گیگاهرتز، شکل سریع‌تر به کار گرفته شده آن در پردازنده‌های کنونی این شرکت است. پردازنده‌های فنوم۲ همگی از سرعت هایپرترانسپورت ۶/۲ گیگاهرتز بهره می‌برند. نسخه سوم مسیر هایپرترانسپورت، در استاندارد سوکت AM3 به کار رفته است. برای اینکه از تمام پتانسیل یک پردازنده استفاده شود، لازم است تا میان سرعت‌ هایپرترانسپورت آن و سرعت هایپرترانسپورت پشتیبانی شده توسط تراشه مادربورد هماهنگی وجود داشته باشد. اگر در سرعت هایپرترانسپورت پردازنده، بیشتر از سرعت هایپرترانسپورت تراشه مادربورد باشد، سرعت انتقال اطلاعات بین پردازنده و تراشه پل شمالی به اندازه سرعت تراشه مادربورد، کاهش خواهد یافت. البته بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهد که این موضوع روی کارایی پردازنده‌های کنونی AMD تاثیر محسوسی ندارد.

QPI

جوابی که اینتل برای هایپرترانسپورت داشت، مسیر جدید (QPI) QuickPath Interconnect بود. این مسیر در پردازنده‌های Core i7 با سوکت LGA 1366 و تراشه X58 به کار گرفته شد. QPI نیز یک مسیر نقطه به نقطه بوده و از فرکانس‌های عملیاتی مختلفی بهره می‌برد. Core i7های ویرایش Extreme از QPI با فرکانس ۲/۳گیگاهرتز و سایر مدل‌ها نیز از مسیر QPI با سرعت ۴/۲ گیگاهرتز بهره می‌برند. هر مسیر QPI از ۲۰ مسیر نقطه به نقطه استفاده می‌کند. یک مسیر QPI در فرکانس ۲/۳ گیگاهرتز، پهنای باندی معادل ۶/۲۵ گیگابایت برثانیه را در دو جهت دارد. در هر جهت نیز توانایی انتقال حداکثر ۸/۱۲ گیگابایت بر ثانیه اطلاعات را دارد. این در حالی است که فرکانس مسیر ۱۶۰۰ مگاهرتز در تراشه X48 و پردازنده‌های Core 2، توانایی انتقال حداکثر ۸/۱۲ گیگابایت برثانیه را دارد.

QPI سریع‌ترین رابط معرفی شده تا به امروز از سوی اینتل است. البته اینتل در تمام پردازنده‌های کنونی خود از این رابط استفاده نمی‌کند و در پردازنده‌های سوکت LGA 1156 رابط دیگری با نام DMI را به کار گرفته است.

DMI

رابط Direct Media Interface (DMI) یکی دیگر از روش‌های ارتباطی میان پردازنده‌های اینتل و تراشه مادربورد است. DMI نخستین بار در تراشه پل جنوبی ICH6 به کار گرفته شد. این رابط شامل چهار مسیر PCIe به صورت PCIe x4 است. شکل ابتدایی این مسیر، از نسخه ۱/۱ فناوری PCI Express استفاده می‌کرد که پهنای باند معادل هزار مگابایت بر ثانیه را داشت. این رابط در ابتدا برای ارتباط میان تراشه پل شمالی و پل جنوبی در پلتفرم اینتل استفاده می‌شد ولی با عرضه پردازنده‌های سوکت LGA 1156، اینتل شکل به‌روزآوری شده آن را برای ارتباط میان پردازنده و تراشه پل شمالی به کار گرفت. شکل جدید این رابط از مسیرهای نسل دوم PCIe بهره برده که سرعت DMI را به حداکثر دو گیگابایت برثانیه ارتقا می‌دهد.

در پلتفرم LGA 1156، مسیرهای PCI Express به داخل پردازنده انتقال پیدا کرده‌اند، بنابراین پردازنده نیازی نخواهد داشت که برای ارتباط با زیرمجموعه گرافیک سیستم، مسیر DMI را اشغال کند. ضمن اینکه کنترلر حافظه نیز به درون پردازنده منتقل شده و در نتیجه پهنای باند این مسیر برای نیازهای ارتباطی پردازنده کافی خواهد بود.