Die در پردازنده هسته اصلی سیستم‌های کامپیوتری است که تمام محاسبات و عملیات منطقی در آن انجام می‌شود. این بخش کوچک اما مهم، نقش قابلتوجهی در عملکرد پردازنده‌ها داشته و شناخت آن برای درک بهتر فناوری کامپیوتر ضروری است. در این مطلب با مفهوم Die و اهمیت آن در پردازنده‌های اینتل آشنا می‌شویم. اگر در حال بررسی و مقایسه مدل‌های مختلف CPU برای سیستم‌های حرفه‌ای یا سرور هستید، توجه به معماری و نوع Die می‌تواند به انتخاب بهتر کمک کند. به‌ویژه در زمان خرید cpu سرور hp، که نیاز به پردازش پایدار و طولانی‌مدت وجود دارد، شناخت ساختار داخلی و ویژگی‌های Die از اهمیت بالایی برخوردار است.
⏲ مدت زمان تخمینی مطالعه: 7 دقیقه
فهرست موضوعات
تعریف Die و نقش آن در CPU
Die در پردازنده به قطعه سیلیکونی اصلی اشاره دارد که ترانزیستورها و مدارهای الکترونیکی روی آن قرار گرفته‌اند. در ارتباط با این سوال که Die به چه معناست؟ باید بگوییم در واقع، Die همان تراشه مرکزی است که عملیات پردازشی را انجام می‌دهد.
این قطعه با دقت بسیار بالا طراحی و تولید می‌شود و میلیاردها ترانزیستور روی آن جای دارند. تراشه پردازنده با فناوری نانومتری ساخته می‌شود و هرچه اندازه این فناوری کوچک‌تر باشد، تعداد ترانزیستورهای بیشتری را می‌توان روی آن جای داد.
هر Die از چندین بخش مهم تشکیل شده است. هسته‌های پردازشی که عملیات محاسباتی را انجام می‌دهند، حافظه کش با سطوح مختلف (L1، L2 و L3) که داده‌های پرکاربرد را نگهداری می‌کنند، واحدهای کنترلی که جریان اطلاعات را مدیریت می‌کنند و مسیرهای ارتباطی که بخش‌های مختلف را به هم متصل می‌سازند، همگی روی Die در پردازنده قرار دارند.
تفاوت Die، Core و Thread
درک تفاوت میان Die، هسته و رشته برای شناخت دقیق ساختار پردازنده‌ها لازم است. Die در پردازنده اشاره به قطعه فیزیکی سیلیکونی دارد که کل مدار الکترونیکی روی آن ساخته شده است. هسته (Core) به واحدهای پردازشی مستقل درون Die گفته می‌شود که هر کدام توانایی اجرای دستورات را دارند.
رشته (Thread) نیز مسیرهای منطقی اجرای دستورات هستند که با فناوری هایپرتردینگ، دو رشته می‌توانند روی یک هسته اجرا شوند. تراشه پردازنده مدرن ممکن است چندین هسته و رشته داشته باشد.
پس از پاسخ به این پرسش که Die به چه معناست، باید به نقش آن در عملکرد پردازنده اشاره کنیم، Die نقش تعیین‌کننده‌ای در سرعت، مصرف انرژی و گرمای تولیدی پردازنده دارد. طراحی مناسب Die در پردازنده موجب افزایش کارایی و کاهش مصرف انرژی می‌شود.
اندازه Die، چیدمان هسته‌ها، حجم حافظه کش و کیفیت ارتباطات داخلی، همگی بر عملکرد نهایی CPU تأثیر می‌گذارند. شرکت‌های سازنده پردازنده همواره در تلاش هستند تا با بهبود طراحی Die، محصولات قدرتمندتر و کم‌مصرف‌تری تولید کنند.
چرا Die اهمیت دارد؟
اهمیت Die در پردازنده از چندین جنبه قابل بررسی است. نخست، اندازه و کیفیت Die است که مستقیماً بر عملکرد و سرعت پردازنده اثر می‌گذارد. دوم، مصرف انرژی و گرمای تولیدی پردازنده که به طراحی Die وابسته است. سوم، هزینه تولید پردازنده است که با پیچیدگی و اندازه Die ارتباط مستقیم دارد.
شرکت اینتل در هر نسل جدید پردازنده‌های خود، تغییراتی در طراحی تراشه پردازنده ایجاد می‌کند تا کارایی را افزایش دهد. این روند مداوم بهبود، موجب پیشرفت فناوری رایانه‌ها شده است.
Die در پردازنده تأثیر مستقیمی بر قیمت نهایی محصول دارد. تولید Dieهای بزرگ و پیچیده هزینه بیشتری داشته و احتمال نقص در آنها بالاتر است. Dieهای کوچک‌تر معمولاً انرژی کمتری مصرف کرده و گرمای کمتری تولید می‌کنند. این امر برای سیستم‌های موبایل و لپ‌تاپ که با باتری کار می‌کنند، بسیار مهم است. به همین دلیل، طراحان تراشه پردازنده همواره به دنبال کاهش اندازه Die و بهینه‌سازی مصرف انرژی هستند.
بیشتر بخوانید: هایبرید سرور چیست و چه تفاوتی با میکرو سرور دارد؟
تفاوت پردازنده تک Die و چند Die
یکی از مباحث مهم در دنیای پردازنده‌ها، تفاوت میان Multi-die vs Single-die است. پردازنده‌های تک Die، یک قطعه سیلیکونی یکپارچه دارند که تمام هسته‌ها و مدارها روی آن قرار گرفته‌اند. در مقابل، پردازنده‌های چند Die از چندین قطعه سیلیکونی کوچک‌تر استفاده می‌کنند که به هم متصل شده‌اند.
این ساختار Multi-die vs Single-die مزایای متعددی دارد. اول اینکه امکان ساخت پردازنده‌های با تعداد هسته بیشتر را فراهم می‌کند و دوم، نرخ نقص در تولید را کاهش می‌دهد، زیرا نقص در یک Die کوچک باعث خرابی کل پردازنده نمی‌شود.
ارتباط با عملکرد، مصرف برق و قیمت
معماری Multi-die vs Single-die تأثیر قابل توجهی بر عملکرد، مصرف برق و قیمت پردازنده دارد. پردازنده‌های چند Die معمولاً تعداد هسته بیشتری دارند، اما ارتباط بین Dieها ممکن است کندتر از ارتباطات داخلی یک Die واحد باشد.
از نظر مصرف برق، Die در پردازنده‌های چند Die امکان مدیریت بهتر انرژی را فراهم می‌کند، زیرا می‌توان بخش‌های غیرضروری را خاموش کرد. از نظر قیمت نیز، ساخت چندین Die کوچک‌تر ممکن است مقرون به صرفه‌تر از تولید یک Die بزرگ باشد.
معماری MCM در Xeon و EPYC
معماری MCM (Multi-Chip Module) یکی از روش‌های پیاده‌سازی Multi-die vs Single-die در پردازنده‌های سروری است. شرکت اینتل در پردازنده‌های سری Xeon خود از این معماری استفاده می‌کند. در این روش، چندین Die در پردازنده به صورت ماژولار به یکدیگر متصل می‌شوند.
رقیب اینتل، شرکت AMD، نیز در پردازنده‌های EPYC خود از معماری مشابهی به نام Chiplet استفاده می‌کند. این معماری Multi-die vs Single-die امکان ساخت پردازنده‌های قدرتمند با بیش از ۶۴ هسته را فراهم کرده است.
معماری Multi-die vs Single-die چندین مزیت مهم دارد. انعطاف‌پذیری در تولید، امکان استفاده از فناوری‌های متفاوت برای هر Die، کاهش هزینه‌های تولید و بهبود بازده محصول نهایی، از جمله این مزایا هستند. همچنین در این معماری، می‌توان Die در پردازنده را بسته به نیاز بازار و کاربرد نهایی، تغییر داد. به عنوان مثال، برای کاربردهای گرافیکی می‌توان از Dieهای مختص پردازش گرافیکی استفاده کرد. در واقع معماری چند Die امکان طراحی سفارشی‌تر برای بازارهای مختلف را فراهم می‌کند.
بیشتر بخوانید: مفهوم پسوند پردازنده‌ها در سرور
Die در پردازنده‌های سروری
Die در پردازنده‌های سروری از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این پردازنده‌ها معمولاً تعداد هسته بیشتری داشته و برای کارهای سنگین و طولانی‌مدت طراحی شده‌اند. سرورهای مدرن باید حجم عظیمی از داده‌ها را پردازش کرده و به درخواست‌های متعدد کاربران پاسخ دهند. به همین دلیل، تراشه پردازنده در سرورها پیچیده‌تر و بزرگ‌تر است.
انواع Die در پردازنده‌های اینتل Xeon
اینتل در پردازنده‌های سروری Xeon خود از سه نوع اصلی Die استفاده می‌کند:
- XCC (Extreme Core Count)،
- MCC (Medium Core Count)
- و LCC (Low Core Count)
Die در پردازنده‌های XCC بیشترین تعداد هسته (تا ۶۴ هسته) را دارند و برای سرورهای رده بالا مناسب هستند. Dieهای MCC تعداد هسته متوسط (معمولاً بین ۲۴ تا ۳۲ هسته) داشته و تعادل خوبی بین قدرت پردازشی و مصرف انرژی برقرار می‌کنند. Dieهای LCC برای سرورهای کوچک‌تر و لبه شبکه طراحی شده‌اند.
چرا در سرورها چندین Die استفاده می‌شود؟
استفاده از چندین Die در پردازنده‌های سروری دلایل متعددی دارد. نخست، ساخت یک Die بزرگ با تعداد هسته بسیار زیاد از نظر فنی دشوار بوده و احتمال نقص در آن بالا است. دوم، با استفاده از چندین Die کوچک‌تر، امکان مقیاس‌پذیری بهتری وجود داشته و می‌توان مدل‌های مختلف پردازنده را با تعداد هسته‌های متفاوت تولید کرد.
سوم، معماری چند Die امکان مدیریت بهتر گرما و انرژی را فراهم می‌کند که برای سرورها بسیار مهم است.
نتیجه‌گیری
Die در پردازنده نقش مهمی در عملکرد، مصرف انرژی و قیمت نهایی پردازنده دارد. با پیشرفت فناوری، طراحی و ساخت Die نیز پیچیده‌تر و پیشرفته‌تر شده است. معماری‌های چند Die امکان ساخت پردازنده‌های قدرتمندتر و مقیاس‌پذیرتر را فراهم کرده‌اند. در آینده، با کوچک‌تر شدن فناوری ساخت ترانزیستورها، طراحی و چیدمان Die در پردازنده اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد. شناخت این مفاهیم برای درک بهتر تحولات فناوری کامپیوتر ضروری است.