Processor Evolution: mula 4004 mula sa Intel hanggang sa Kasalukuyang Chip sa loob lamang ng 50 Taon

Ang Rebolusyon na nagsimula sa Intel 4004

Noong Nobyembre 10, 1971, inilabas ng Intel ang 4004 processor, isang chip na magpapabago sa kasaysayan ng computing magpakailanman. Sa 2,300 transistors lamang at bilis na 108 kilohertz, ang 10-micrometer processor na ito ay primitive kumpara sa kasalukuyang mga pamantayan, ngunit kumakatawan sa isang napakalaking tagumpay: ang unang komersyal na microprocessor sa mundo.

Ang 4004 ay binuo para sa mga calculator at desktop computer, kumukuha ng malaking espasyo at kumonsumo ng maraming enerhiya. Ang 4 na piraso ng pagproseso nito ay tila limitado, ngunit nagbukas ng pinto sa isang teknolohikal na rebolusyon na tatagal ng mga dekada. Ang makina na gumamit ng chip na ito ay nagkakahalaga ng libu-libong dolyar at naa-access lamang sa malalaking kumpanya at institusyon.

Ang epekto ay agarang: sa unang pagkakataon, computational katalinuhan ay hindi na eksklusibo sa dambuhalang at mahal mainframes.4004 pinatunayan na computing ay maaaring desentralisado, miniaturized at democratized.This pilosopiya patuloy hanggang sa araw na ito at gumagabay sa patuloy na ebolusyon ng processor market.

Ang Mga Pagsulong ng 1970s at 1980s: Pagsabog ng Kapangyarihan

Matapos ang tagumpay ng 4004, hindi huminto ang Intel sa pagbabago. Noong 1978, dumating ang 8086, 16-bit na processor na magiging batayan ng arkitektura ng x86, na ginagamit hanggang ngayon sa mga personal na computer at server. Ang 8086 ay mayroong 29 libong transistor at pinaandar sa 5 MHz 46 beses na mas mabilis kaysa sa hinalinhan nito.

Ang 1980s ay higit pang pinabilis ang karera na ito.Ang Intel 386, na inilunsad noong 1985, ay nagdala ng 32 bits ng pagproseso at higit sa 275 libong transistors, na nagpapagana ng mga multitasking operating system tulad ng Windows at OS/2. Ang 486, na inilabas noong 1989, isinama ang mathematical coprocessor sa chip, inaalis ang pangangailangan para sa mga karagdagang bahagi at pagpaparami ng pagganap ng mga pang-agham at graphic na aplikasyon.

Pinagsama-sama ng panahong ito ang isang mahalagang pamantayan sa industriya: ang matinding kumpetisyon.AMD, Motorola at iba pang mga tagagawa ay naghanap ng espasyo sa merkado, na pinipilit ang Intel na patuloy na magbago. Ang kumpetisyon na ito ay mahalaga upang mapabilis ang teknolohikal na ebolusyon at mabawasan ang mga gastos.

Pentium Processors at ang Internet Age

Noong 1993, minarkahan ng Pentium ang simula ng isang bagong panahon. Sa 3.1 milyong transistor at hanggang 66 MHz ng bilis, ang Pentium ang unang processor na malawakang ibinebenta sa publiko ng consumer sa isang pandaigdigang saklaw. Ang mga Pentium PC ay naging accessible sa mga middle class, na nagtutulak sa komersyal na internet at ang paglitaw ng web tulad ng alam natin.

Pinalawak ng Pentium II (1997) at Pentium III (1999) ang pangingibabaw na ito sa pamamagitan ng pagpapakilala ng mas malaking L2 cache at mga tagubilin para sa pagproseso ng multimedia (MMX). Sa oras na iyon, dumoble ang bilis ng orasan tuwing 18-24 na buwan, na nagpapatunay sa Batas ni Moore: ang bilang ng mga transistor sa isang chip ay dumoble humigit-kumulang bawat dalawang taon.

Ang paglipat mula sa Pentium III sa Pentium 4 (2000) ay mas agresibo: orasan hanggang sa 2 GHz, arkitektura ng Netburst at 42 milyong transistors. Ang mga processor na ito ay nagpasigla sa boom sa personal na computing, mga advanced na video game at mga web server na sumabog sa dami noong unang bahagi ng 2000s.

Multi-core at Paradigm Shift (2005 sa Ahead)

Sa pamamagitan ng 2005, ang industriya ay nahaharap sa isang problema: ang pagtaas ng bilis ng orasan ay naging hindi epektibo sa mga tuntunin ng pagkonsumo ng kuryente at pagwawaldas ng init. Ang solusyon ay rebolusyonaryo: isama ang maraming mga core (kulay) sa isang chip. Ang Pentium D at Core Duo ay minarkahan ang paglipat na ito.

Ang mga programa na dati ay tumatakbo nang sunud-sunod sa isang mabilis na core ay maaari na ngayong magpatakbo ng iba't ibang mga gawain nang magkatulad. Ang Intel Core 2 Duo (2006), na may 291 milyong transistor at na-optimize na pagkonsumo ng kuryente, ay nangibabaw sa merkado sa loob ng maraming taon. Pinatunayan ng arkitektura nito na mas maraming core ang maaaring mag-alok ng mas mahusay na pagganap sa bawat watt ng kapangyarihan.

Noong 2008, ang Core i series (i3, i5, i7) ay nag-standardize ng diskarteng ito. Isinama ng mga processor ang matalinong pag-cache, awtomatikong thermal management, at dynamic na frequency (turbo). Ang mobile market ay nangangailangan ng mga inobasyong ito: ang mga nascent na smartphone at tablet ay nangangailangan ng malakas ngunit mahusay sa baterya na mga processor.

Mobile Processor at ang Pagtaas ng ARM

Habang pinangungunahan ng Intel ang desktop at server market, ang arkitektura ng ARM (Advanced RISC Machine), na lisensyado sa ilang mga tagagawa, ay nasakop ang mobile market. Ang ARM ay idinisenyo mula sa simula upang maging mahusay sa enerhiya at mahalaga para sa mga portable na device. Ang Qualcomm, Samsung at Apple ay bumuo ng kanilang sariling ARM-based chips.

Noong 2010, ang ARM Cortex A9 dual-core processor ay nakikipagkumpitensya na sa mga device noong panahong iyon. Ngunit ang tunay na game changer ay ang Apple A4 (2010) at, higit sa lahat, ang A7 (2013), ang unang mobile processor na may 64-bit architecture. Pinatunayan ng Apple na ang mga customized na chip ay maaaring higitan ang mga generic na processor na may higit na kapangyarihan sa pagkonsumo.

Ngayon, ang mga smartphone ay may mga processor na may 8 o higit pang mga core, bilyun-bilyong transistor at bilis na karibal sa mga laptop mula sa ilang taon na ang nakakaraan. Ang Qualcomm Snapdragon 8 Gen 3 (2024) ay mayroong 13 bilyong transistor. Ang Apple M4, na nagmula sa linya ng mga mobile processor, ay direktang nakikipagkumpitensya sa mga tradisyonal na desktop CPU sa mga laptop at tablet.

Mga Kamakailang Inobasyon: Artificial Intelligence at Extreme Efficiency

Sa nakalipas na limang taon, dalawang pangunahing driver ang humubog sa ebolusyon: artificial intelligence at energy efficiency. Kasama na ngayon sa mga processor ang mga espesyal na core para sa machine learning at AI operations. Kinakatawan ng Apple Neural Engine, Google TPU, at Snapdragon AI core ang trend na ito.

Ang Intel, TSMC at Samsung ay nakikipagkumpitensya sa paggawa ng mga chips sa 3 nanometer (maliit na distansya na maaaring makapinsala sa produksyon ng atomic contamination. Ang mga kasalukuyang processor ay may sampu-sampung bilyong transistor. Ang Apple M4 Pro (2024) ay mayroong 14 bilyong transistor; ang hinalinhan nito, ang M3 Max, ay mayroong 16 bilyon sa isang mas maliit na lugar ng silikon.

Pinagsama-sama rin ang heterogenous computing: ang paghahalo ng mga high-performance core (P-colors) na may mahusay na mga core (E-colors) ay nagbibigay-daan sa mga system na balansehin ang kapangyarihan sa pagpoproseso sa pagkonsumo ng baterya. Ginagamit ng Intel, ARM at Apple ang diskarteng ito sa halos lahat ng kanilang modernong chips.

Mula sa 2,300 Transistors sa Billions: Ang Malapit na Hinaharap

Sa 50 taon, ang industriya ay lumago exponentially: mula sa 2,300 transistors sa 4004 sa higit sa 100 bilyon sa kasalukuyang punong barko processors.This ay kumakatawan sa isang pagtaas ng humigit-kumulang 40 milyong beses.Kung ang mga kotse ay nagbago proportionally, ang isang Ferrari ay gastos pennies.

Kasama sa mga hamon sa hinaharap ang mga pisikal na limitasyon ng pagmamanupaktura (may hangganan ang laki ng mga atom), thermal dissipation sa ultra-dense chips, at ang pangangailangan para sa espesyalisasyon (ang mga generic na processor ay nagbibigay-daan sa AI-optimized chips, simulated quantum computing, at mga partikular na workload).

Ang ebolusyon ng mga processor ay sumasalamin hindi lamang sa mga pagsulong sa engineering kundi pati na rin sa mga pagbabago sa mga pangangailangan ng lipunan. Mula sa personal na computer hanggang sa lahat ng dako ng smartphone, mula sa internet hanggang sa mga AI data center, ang bawat panahon ay nangangailangan ng mga partikular na inobasyon. Ang susunod na 50 taon ay tiyak na magiging mas kaakit-akit, na may mga processor na nag-e-explore ng quantum, photonic at lampas sa mga hangganan.