درست 50 سال پیش، دنیای پردازش با تراشه‌ای ساده به نام Intel 4004 متولد شد، پردازنده‌ای 4 بیتی با فرکانسی کمتر از یک مگاهرتز و حافظه‌ای که حتی از ماشین حساب‌های امروزی هم ضعیف‌تر بود. حالا اما دنیای پردازش پس از نیم قرن جهش بزرگی تجربه کرده و غول‌های انویدیا 217 میلیون برابر قوی‌تر از اولین نسل پردازنده‌ها هستند. در این گزارش مروری می‌کنیم بر جهشی حیرت انگیز که فقط در 50 سال رخ داد.
پیشرفت حیرت انگیز پردازنده‌ها فقط در نیم قرن
زمانی که از پیشرفت تکنولوژی صحبت می‌کنیم، احتمالا اولین چیزی که به ذهنتان می‌رسد گوشی‌های هوشمند، اینترنت، ربات‌های هوش مصنوعی و گجت‌های حرفه‌ای امروزی است. اما همه این دستگاه‌ها یک چیز مشترک دارند، پردازنده. پردازنده‌هایی که آن‌ها را مغز هر وسیله هوشمندی می‌دانیم.
ماجرا از سال 1971 با تراشه کوچک Intel 4004 شروع شد، اولین میکروپروسسور تجاری جهان. تراشه‌ای که تنها می‌توانست عملیات‌های پایه را انجام دهد و 4 بیت قدرت با فرکانس 740 کیلوهرتز داشت. با این مشخصات می‌توانست حدود 92 هزار دستور را در ثانیه اجرا کند. حدس می‌زنید مقدار رم آن چقدر بود؟ تنها 640 بایت! با این مشخصات شاید حتی یک ماشین حساب ساده امروزی هم به راحتی روشن نشود.
اما این شروع ساده منجر به اتفاقات بسیار بزرگی شد که در دنیای امروز به خوبی شاهد آن هستیم. به مرور مفاهیم جدیدی مانند قانون مور دنیای پردازش را به طرز شگفت‌انگیزی متحول کردند و به چند هسته‌ای شدن پردازنده‌ها، اجرای همزمان چند رشته‌ای، محاسبات موازی و حالا هم شتاب‌دهنده‌های هوش مصنوعی منجر شدند.
حالا در سال 2025، انویدیا از غول پردازشی خود رونمایی کرده، پردازنده‌های بلک ول که می‌توانند در هر ثانیه میلیاردها عملیات پیچیده را انجام دهند و مانند یک مرکز داده کوچک روی سیلیکون قرار می‌گیرند. این پردازنده‌ها نقش مهمی در نسل بعدی محاسبات ابری، هوش مصنوعی و رباتیک خواهند داشت. با این تراشه‌ها فناوری به جایی رسیده که می‌توانیم مدل‌های زبانی، شبیه‌سازی‌های ژنتیکی، طراحی دارو و حتی تولید موسیقی را به هوش مصنوعی بسپاریم و همه این اتفاقات به لطف رشد حیرت انگیز قدرت پردازشی بوده است.
چه چیزی ما را به جهش 217 میلیون برابری رساند؟
اگر علاقه‌مند هستید که جزئیات بیشتری در خصوص این 50 سال بدانید، بد نیست مروری کنیم بر مهم‌ترین اتفاقاتی که طی این مدت در دنیای پردازش افتاد. سال 1965 بود که گوردن مور (یکی از موسس‌های اینتل) مقاله‌ای نوشت و پیش بینی کرد که تعداد ترانزیستورها در هر چیپ، هر 18 تا 24 ماه دو برابر می‌شود. این قانون مسیر توسعه پردازنده‌ها را مشخص کرد و از آن زمان شرکت‌ها هرسال مجبور بودند تراشه‌های کوچک‌تر، سریع‌تر و بهینه‌تری تولید کنند.
در اوایل دهه 2000، تراشه‌ها با فناوری 90 نانومتری ساخته می‌شدند. یعنی فاصله بین هر دو ترانزیستور 90 نانومتر بود. اما دو چیز بود که این عدد را کمتر و کمتر کرد. شرکت‌هایی مانند ASML موفق شدند دستگاه‌هایی تولید کنند که به کمک نور فرابنفش، ترانزیستورها را در ابعاد کوچک‌تری جا می‌دادند. از طرفی افزایش تقاضا برای موبایل‌ها، لپ‌تاپ‌ها و دیتاسنترهای بزرگ، شرکت‌ها را مجبور به ساخت پردازنده‌های کوچک‌تر و متراکم‌تر کرد. این دو اتفاق باعث شد که حالا در مورد لیتوگرافی‌های 3 نانومتری TSMC صحبت کنیم. یعنی بین ترانزیستورها کمتر از 20 اتم وجود دارد!
برای سال‌ها پردازنده‌ها تک هسته‌ای بودند، اما در سال 2005، زمانی که AMD و اینتل اولین پردازنده‌های دو هسته‌ای را معرفی کردند مسیر تغییر کرد. بعدها اپل با معماری big.LITTLE در موبایل و بعد در سری M نشان داد که اهمیت بهره‌وری تا چه حد است و شرکت‌ها مسیر جدیدی برای توسعه فناوری‌های خود پیدا کردند.
اما برویم سراغ GPUها که اولین سری از آن‌ها تنها برای رندر استفاده می‌شد، اما دهه 2010 به بعد با ظهور CUDA و انویدیا، استفاده از GPU برای پردازش‌های علمی، یادگیری ماشین و هوش مصنوعی توسعه پیدا کرد. بعدها گوگل، TPU و شرکت‌هایی مانند AMD با NPU وارد بازی شدند و حالا هر نوع پردازش، تراشه خاص خودش را دارد.
در همین رابطه بخوانید:
– سامسونگ با یک قرارداد 16.5 میلیارد دلاری تراشه ساز رسمی تسلا شد
– قدرت نمایی AMD با Threadripper 9000؛ پایان سلطه اینتل در دسکتاپ حرفه‌ای؟
زمانی بود که رم DDR3 برای اکثر پردازش‌ها کافی بود، اما حالا DDR5، HBM3 و Unified Memory باعث شدند پردازنده‌ها با سرعت بیشتری به داده‌ها دسترسی پیدا کنند. گام آخر خنک کردن تراشه‌ها بود. تراشه‌هایی که با پیشرفته‌تر شدن، حالا به فناوری خنک سازی هم احتیاج داشتند، برای همین اواخر دهه 2010 شرکت‌ها شروع به طراحی سیستم‌های خنک کننده پیشرفته کردند تا مسیر برای تولید پردازنده‌های قدرتمند همچنان باز باشد.
اما شاید جالب‌ترین بخش ماجرا این باشد که همه این‌ها فقط در 50 سال اتفاق افتاده است. اگر در طی 50 سال به 217 میلیون برابر قدرت پردازشی رسیده‌ایم، 50 سال آینده چه چیزی در انتظارمان خواهد بود. پردازنده‌هایی که با مغز انسان رقابت می‌کنند یا حتی چیزی که به ذهنمان هم نمی‌رسد.
source