عالم المعالجات المركزية كبير للغاية ولا يمكن أن نختصره بمقال واحد, ففي مختلف المجالات يتم الاعتماد على المعالج المركزي أو ما يعرف بـ CPU لمعالجة كل البيانات وحوسبتها سواء كان للحاسوب أو للهواتف أو أي منتج أخر. حديثنا اليوم يدور حول نقطة تتشعب الى العديد من النقاط الأخرى في حالة دخلنا فيها بعمق وهي أي يكمن الفرق بين معالجات الحاسوب والهواتف وأجهزة الماك؟

للجواب على هذا السؤال يجب أن نعرف بعض الأساسيات, هناك عدة نقاط مشتركه بين معالجات هذه الأجهزة سواء للحواسب أو الهواتف أو الماك. المشترك هو انها جميعاً تستخدم معالج مركزي, وجميعها تعتمد على أنظمة تشغيل معينة, وكل منها يأتي من معمارية مختلفة وبشكل واضح, فمعمارية المعالجات المركزية الموجهة للحاسوب المكتبي أو المحمول مختلفة عن معمارية المعالجات المستخدمة مع الهواتف ونفس الامر بالنسبة للماك. لكن اليوم أصبحت المعالجات المركزية للحاسوب وأجهزة الماك تعتمد على نفس المعمارية وهي إنتل x86, بينما الهواتف كانت تعتمد وما زالت على معالجات من معمارية ARM أو إنتل X86, لكن تتشارك كل تلك المعماريات بما يطلق عليه بمعمارية البيئة والتي كانت في الماضي 32bit ثم تطور الأمر لتنتقل الى معمارية 64bit.

كيف يتم قياس سرعة المعالجات بين بعضها البعض؟

المعالج، أو وحدة المعالج المركزي، هو العقل المدبر لعمل أي جهاز سواء كان جهاز حاسوب أو هاتف, أو جهاز ماك. مهمته بالتحديد تكمن في عملية إجراء الأوامر الموجودة في البرنامج، أو التطبيق. فكل المعالجات يتم قياس سرعتها بوحدة الهيرتز أو Hz، وهي تعني عدد العمليات التي يمكن إجراؤها من قبل المعالج في الثانية الواحدة. ففي الماضي وفي عام 1986 كانت المعالجات تقدم سرعة تردد تصل الى 16MHz مثل معالج Motorola 68020 الذي استخدم مع أجهزة الماك ولأنها أصبحت سريعة جداً كما نرى اليوم، فتقريباً جميع المعالجات يتم قياسها بوحدة GigaHertz (GHz). فاليوم أصبحنا نرى معالجات تصل لتردد 4GHz على صعيد معالجات الحواسب والماك, بينما على صعيد معالجات الهواتف فهي تصل الى تردد 2.0GHz وأعلى من ذلك.

ماذا يعني ذلك؟ وهل يعتبر تردد المعالج مقياس على قوته؟

على سبيل المثال لو كان لدينا معالج لحاسوب, أو ماك أو هاتف بتردد 2.8GHz فهذا التردد يعني انه قادر على إكمال 2.8 مليار عملية في ثانية واحدة. لكن التردد لا يعتبر على الإطلاق المقياس الحقيقي لاداء المعالج, فلا عدد الأنوية يعتبر مقياس ولا تردد المعالج يعتبر مقياس فيمكن أن تجد الكثير من المعالجات التي تأتي بتردد 1.8GHz التي تتفوق فيها على معالج بتردد 2.8GHz.

المقياس الحقيقي يعود الى المعمارية التي أتى منها المعالج ودقة التصنيع التي تم تصنيعه بها بالإضافة الى استهلاكه للطاقة أو ما يعرف بـ TDP. فمثلاً لدينا معالج مركزي مع 4 أنوية من معمارية جديدة عام 2016 بتردد 3GHz ومعالج مع 6 انوية من معمارية قديمة 2012 بتردد 2.2GHz..من منهم الأقوى والأفضل؟ سوف يكون الاختيار عائد الى المعالج الجديد القادم بتصميم جديد مع معمارية أفضل ودقة تصنيع جديدة, فالفكرة انه عليك عدم الاكتفاء بمعرفة المواصفات الخارجية للمعالج لكن عليك مشاهدة نتائج البينشمارك للمعالج من عدة نواحي لتعرف ماهو مستوى الأداء لهذا المعالج. لكن تذكر أن العوامل الأساسية التي تحدد قوة المعالج هي بمعماريته, دقة تصنيعه, استهلاكه للطاقة.

المعالج دائماً ما يتمتع بعدد أنوية مختلفة منها نواة ومنها نواتين أو 4 انوية بالإضافة الى 6 انوية ومؤخراً وصلنا الى اكثر من 22 نواة لمعالجات السيرفرات بينما في معالجات الهواتف وصلنا الى 10 انوية. عدد الانوية كما ذكرنا ونعيد ونكرر ليست المقياس لقوة المعالج, وأكبر دليل ما قدمه معالج AMD ثماني الانوية وكيف استطاع معالج رباعي النواة من إنتل أن يهزمه. الفكرة دائماً وضعهاً في رأسك في قوة تصميم المعمارية من ناحية تمتعها بعدد ترانزستور أعلى وحجم ذاكرة من المستوى الثاني والثالث أكبر, مع توزيع مثالي بين هيكيلة النواة بالإضافة الى دقة التصنيع التي تم استخدامها والتي وصلنا فيها اليوم الى 14nm ونحن مقبلين بعد فترة بسيطة على 10nm.

ماهو الفرق بين معالجات الحاسوب ومعالجات الماك؟

في الماضي كانت معالجات أجهزة الماك تختلف بشكل كبير عن معالجات الحاسوب, ففي عام 1983 وصل أول معالج لجهاز الماك وهو Motorola 68000 الذي كان يعمل بتردد 5MHz بينما إنتل كانت قد قدمت أول معالج مركزي 32bit في عام 1981 وكان يعمل بنفس التردد. الاختلاف بين هذه المعالجات كان واضح في طريقة معالجتها للأوامر وبعد فترة طويله تم الانتقال الى معالجات PowerPC في عام 1994 وكانت تعمل بترددات تصل الى 60MHz.

[caption id="attachment_141261" align="aligncenter" width="1200"] على اليسار معالج IBM PowerPC601 على اليمين معالج Motorola 68020[/caption]

لكن بسبب قوة ما تقدمه إنتل وضعف معمارية معالجات PowerPC من IBM قررت أبل الانتقال الى معالجات إنتل x86 في عام 2006 لتستعمل بذلك نفس معالجات الحاسوب فهي لا تختلف عنها بشيء سوى بنظام التشغيل التي تستخدمه عدى ذلك لا تختلف بشيء, طبعاً نحن هنا نتحدث عن المعالج المركزي. إذا يمكنك أن تقول أنه مر زمن كانت فيه أجهزة الماك والحواسب مختلفة جداً من ناحية المعالج المركزي والمعمارية المستخدمة، لكنها الآن وبشكل واضح متشابهة وهي تستخدم نفس الانواع. فاليوم ستكون متفاجئ لمن لا يعلم أنك لو قمت بفتح جهاز ماك فسوف ترى نفس الهاردوير الموجود في الحواسب والاجهزة المحمولة من ناحية المعالج المركزي.

لندخل على المقارنة معالجات الهواتف...بماذا تختلف عن المعالجات الحاسوب؟

[caption id="attachment_141264" align="aligncenter" width="1200"] معالج كوالكوم MSM7627[/caption]

عليك أن تعلم أولاً أن تصميم المعالج المركزي المستخدم مع الحواسب يختلف عن معالجات الهواتف المعروفة بإسم SoC من ناحية طريقة معالجة الاوامر وتصميم معماريتها فهي تحمل بداخلها المعالج المركزي, المعالج الرسومي, الذاكرة, متحكمات USB, الاسلكي وغيرها من المكونات المهمة. تعتمد على معمارية ARM الاكثر شعبية ذات تصميم RISC فهذا التصميم بشكل واضح يعتمد على حزمة تحتوي على عدد قليل من التعليمات الأساسية المصنفة كتعليمات بسيطة, وهو مستخدم بشكل واسع وكبير وتعتمد عليها الشركات المصنعة مثل: كوالكم وميدياتيك، هواوي بالإضافة الى سامسونج وانفيديا وغيرها.

بينما معمارية إنتل X86 الأقوى على صعيد الحاسوب تعتبر ضعيفة نوعاً ما على صعيد الهواتف, وهي تعتمد على تصميم CISC فالحزمة الخاصة بها تعتمد على تعليمات كثيرة مما يعني أنها معقدة في عملية ترجمة تلك التعليمات, ومن الشركات التي تستخدم هذه المعمارية مع منتجاتها ASUS, لينوفو وغيرها.

[caption id="attachment_141265" align="aligncenter" width="1200"] تصميم قالب معالج SoC[/caption]

من ناحية القوة تعتبر المعالجات المركزية للحاسوب أقوى بكثير من معالجات SoC للهواتف, رغم ذلك معالجات SoC تتطور بشكل كبير فمن خلال مقارنة بسيطة ستجد أن على سبيل المثال معالج MSM7225 ثنائي النواة من كوالكم في عام 2008 كان يعمل بتردد 528MHz ومصنوع بدقة تصنيع 65nm, بينما معالج إنتل Pentium Dual-Core E2200 ثنائي النواة الذي طرح في عام 2007 كان يعمل بتردد 2.2GHz ومصنوع بدقة تصنيع 65nm. بينما اليوم لدينا معالج Snapdragon 820 رباعي النواة من كوالكم الذي اطلق في عام 2015 وهو يعمل بتردد 2.2GHz ومصنوع بدقة تصنيع 14nm FinFET ويتمتع بقوة هائلة من ناحية المعالج الرسومي المدمج.  فصحيح أن المسافة بعيدة بين قوة المعالج المركزي للحاسوب و قوة معالج SoC للهواتف إلا أن التطور الذي يشهده SoC مثير للاهتمام خاصة عندما نشاهد كل هذه القوة بمعدل استهلاك طاقة منخفض.

ماذا نستلخص من كل ما قمنا بذكره؟

نستلخص عدة النقاط أولاً المعالجات المركزية بين الحواسب وأجهزة الماك لم تعد تختلف بشيء فهي تستخدم نفس المعمارية ونفس النوعية, والاختلاف الوحيد هو في قطع الهاردوير الإضافية التي تتضمن مع الحاسوب أو جهاز الماك, بالإضافة طبعاً لنظام التشغيل. ثانياً قوة المعالج لا يتم تحديدها بسرعة ترددها أو بعدد انويتها, بل بنوعية المعمارية التي اتى منها المعالج بالإضافة الى دقة التصنيع المستخدم. ثالثاً الاختلاف بين المعالجات المركزية و معالجات SoC واضح سواء من ناحية تصميم المعمارية, أو من ناحية القوة, والتعليمات وطريقة عمل ومعالجة البيانات, فرغم أن كلاهما يعتمدان نفس النظرية وهي معالجة البيانات لحوسبتها إلا أن الطريقة تختلف بالنهاية. وتبقى المعالجات المركزية أقوى بكل تأكيد من معالجات SoC للهواتف ولكن لا ننسى أن التطور الذي نشهده لهذا النوع من الرقاقات مثير للاهتمام خاصة عندما نشاهد ما تقدمه مثلاً رقاقات تيغرا من انفيديا التي تم استخدامها في عدد من الاجهزة اللوحية, بالإضافة الى تطوير المعالج الرسومي المدمج مع تلك الرقاقات التي أصبحت اليوم توفر قدرة رسومية ممتازة.

ربما ما يجعل معالجات SoC للهواتف محدودة في قدرتها هو عامل الحرارة الذي يجعلها في الكثير من الاحيان تخفض بشكل تلقائي من سرعة التردد المحددة لها. وهو ما يعني انخفاض في قدرتها على تقديم أداء أفضل نفس الامر بالنسبة للحجم, ولكن هذا الامر محتوم لانها بالأساس موجهة لتتناسب مع احجام الهواتف لكن بنظرنا تبقى مشكلة الحرارة عائق في إطلاق كل القوة التي يمكن أن تصل لها معالجات SoC للهواتف خاصة بعد ما رأينا حدوثه من أخر معالجات كوالكم التي عانت من حرارة عالية والتي أثر بذلك على سرعة تردد المعالج, فكما نعلم هناك نظرية تقول أداء أفضل يعني حرارة أكبر يعني استهلاك طاقة أكبر, فحتى لو تطورت دقة التصنيع فهي ستقوم بدور المساعد ولكن إن كانت المعمارية قوية فهي بالنهاية ستكون بحاجة الى طاقة, وإن فتحنا كامل الطاقة للمعالج هذا يعني ارتفاع الحرارة, مما سيؤثر على حرارة مكونات الهواتف بشكل عام, ليكون الحل بتوفير نظام تبريد فعال لتحقيق حرارة منخفضة وبنفس الوقت اكتساب الاداء الكامل من تلك المعالجات.