پروسیسر ارتقاء: 4004 سے انٹیل سے موجودہ چپس تک صرف 50 سالوں میں۔

انقلاب جو انٹیل 4004 سے شروع ہوا تھا۔

10 نومبر 1971 کو، انٹیل نے 4004 پروسیسر جاری کیا، ایک چپ جو کمپیوٹنگ کی تاریخ کو ہمیشہ کے لیے بدل دے گی۔ صرف 2،300 ٹرانزسٹروں اور 108 کلو ہرٹز کی رفتار کے ساتھ، یہ 10 مائکرو میٹر پروسیسر موجودہ معیارات کے مقابلے میں قدیم تھا، لیکن ایک یادگار کامیابی کی نمائندگی کرتا ہے: دنیا کا پہلا تجارتی مائکرو پروسیسر۔.

4004 کیلکولیٹر اور ڈیسک ٹاپ کمپیوٹرز کے لئے تیار کیا گیا تھا، کافی جگہ لے کر اور بہت زیادہ توانائی استعمال کرتے ہوئے. اس کی پروسیسنگ کے 4 بٹس محدود لگ رہے تھے، لیکن ایک تکنیکی انقلاب کے دروازے کھول دیا جو دہائیوں تک جاری رہے گا. اس چپ کا استعمال کرنے والی مشین کی قیمت ہزاروں ڈالر تھی اور صرف بڑی کمپنیوں اور اداروں کے لئے قابل رسائی تھی.

اثر فوری تھا: پہلی بار، کمپیوٹیشنل انٹیلی جنس اب بہت بڑے اور مہنگے مین فریمز کے لیے مخصوص نہیں تھی۔ 4004 نے ثابت کیا کہ کمپیوٹنگ کو وکندریقرت، چھوٹے اور جمہوری بنایا جا سکتا ہے۔ یہ فلسفہ آج تک برقرار ہے اور پروسیسر مارکیٹ کے مسلسل ارتقاء کی رہنمائی کرتا ہے۔.

1970 اور 1980 کی دہائی کی پیشرفت: طاقت کا دھماکہ۔

4004 کی کامیابی کے بعد، انٹیل نے جدت کو روکا نہیں. 1978 میں، 8086 پہنچے، 16 بٹ پروسیسر جو x86 فن تعمیر کی بنیاد بن جائے گا، آج تک ذاتی کمپیوٹرز اور سرورز میں استعمال کیا جاتا ہے. 8086 میں 29 ہزار ٹرانجسٹر تھے اور اپنے پیشرو سے 46 گنا زیادہ تیزی سے 5 MHz پر کام کرتے تھے.

1980 کی دہائی نے اس دوڑ کو مزید تیز کیا۔ انٹیل 386، جو 1985 میں شروع ہوا، 32 بٹس پروسیسنگ اور 275 ہزار سے زیادہ ٹرانجسٹر لے کر آیا، جس سے ملٹی ٹاسکنگ آپریٹنگ سسٹم جیسے ونڈوز اور OS/2 کو فعال کیا گیا۔ 1989 میں جاری ہونے والے 486 نے چپ پر ریاضیاتی کاپروسیسر کو مربوط کیا، اضافی اجزاء کی ضرورت کو ختم کیا اور سائنسی اور گرافک ایپلی کیشنز کی کارکردگی کو ضرب دیا۔.

اس دور نے صنعت کے ایک اہم معیار کو مستحکم کیا: سخت مقابلہ.AMD، Motorola اور دیگر مینوفیکچررز نے مارکیٹ کی جگہ تلاش کی، انٹیل پر مسلسل جدت لانے کے لیے دباؤ ڈالا۔ یہ مقابلہ تکنیکی ارتقاء کو تیز کرنے اور لاگت کو کم کرنے کے لیے بہت اہم تھا۔.

پینٹیم پروسیسرز اور انٹرنیٹ کا دور۔

1993 میں، پینٹیم نے ایک نئے دور کا آغاز کیا۔ 3.1 ملین ٹرانجسٹروں اور 66 میگاہرٹز تک کی رفتار کے ساتھ، پینٹیم پہلا پروسیسر تھا جسے بڑے پیمانے پر عالمی سطح پر صارفین کے لیے بڑے پیمانے پر فروخت کیا گیا۔ پینٹیم پی سی متوسط طبقے کے لیے قابل رسائی ہو گئے ہیں، تجارتی انٹرنیٹ اور ویب کا ظہور جیسا کہ ہم جانتے ہیں۔.

پینٹیم II (1997) اور پینٹیم III (1999) نے ملٹی میڈیا پروسیسنگ (MMX) کے لیے بڑے L2 کیشے اور ہدایات متعارف کروا کر اس غلبہ کو بڑھایا۔ اس وقت، گھڑی کی رفتار ہر 18-24 ماہ بعد دوگنی ہو جاتی ہے، جو مور کے قانون کی تصدیق کرتی ہے: ایک چپ پر ٹرانزسٹروں کی تعداد تقریباً ہر دو سال بعد دوگنی ہو جاتی ہے۔.

پینٹیم III سے پینٹیم 4 (2000) میں منتقلی زیادہ جارحانہ تھی: 2 گیگا ہرٹز تک کی گھڑی، نیٹ برسٹ فن تعمیر اور 42 ملین ٹرانجسٹر۔ ان پروسیسرز نے پرسنل کمپیوٹنگ، جدید ویڈیو گیمز اور ویب سرورز میں تیزی کو ہوا دی جو کہ ابتدائی دور میں مقدار میں پھٹ گئے۔ 2000 کی دہائی.

ملٹی کور اور پیراڈیم شفٹ (2005 آگے)۔

2005 تک، صنعت کو ایک مسئلہ کا سامنا کرنا پڑا: بجلی کی کھپت اور گرمی کی کھپت کے لحاظ سے گھڑی کی رفتار میں اضافہ غیر موثر ہو گیا تھا۔ حل انقلابی تھا: ایک چپ پر متعدد کور (رنگ) شامل کریں۔ پینٹیم ڈی اور کور جوڑی نے اس منتقلی کو نشان زد کیا۔.

وہ پروگرام جو پہلے ایک فاسٹ کور پر ترتیب وار چلتے تھے اب متوازی طور پر مختلف کام چلا سکتے ہیں۔ Intel Core 2 Duo (2006)، 291 ملین ٹرانجسٹروں اور بجلی کی بہتر کھپت کے ساتھ، برسوں تک مارکیٹ پر حاوی رہا۔ اس کے فن تعمیر نے ثابت کیا کہ زیادہ کور فی واٹ پاور بہتر کارکردگی پیش کر سکتے ہیں۔.

2008 تک، کور i سیریز (i3، i5، i7) نے اس نقطہ نظر کو معیاری بنایا۔ پروسیسرز نے ذہین کیشنگ، خودکار تھرمل مینجمنٹ، اور ڈائنامک فریکوئنسی (ٹربو) کو شامل کیا۔ موبائل مارکیٹ کو ان اختراعات کی ضرورت تھی: نوزائیدہ اسمارٹ فونز اور ٹیبلٹس کو طاقتور لیکن بیٹری کے موثر پروسیسرز کی ضرورت تھی۔.

موبائل پروسیسرز اور اے آر ایم کا عروج۔

جبکہ انٹیل نے ڈیسک ٹاپ اور سرور مارکیٹ پر غلبہ حاصل کیا، ARM (ایڈوانسڈ RISC مشین) فن تعمیر، جو کئی مینوفیکچررز کو لائسنس یافتہ ہے، نے موبائل مارکیٹ کو فتح کیا۔ ARM کو شروع سے ہی توانائی کی بچت اور پورٹیبل ڈیوائسز کے لیے اہم بنانے کے لیے ڈیزائن کیا گیا تھا۔ Qualcomm، Samsung اور Apple نے اپنی ARM پر مبنی چپس تیار کیں۔.

2010 میں، ARM Cortex A9 ڈوئل کور پروسیسر پہلے ہی اس وقت کے آلات کے ساتھ مقابلہ کر رہا تھا۔ لیکن اصل گیم چینجر Apple A4 (2010) تھا اور سب سے اہم بات یہ ہے کہ A7 (2013)، 64 بٹ فن تعمیر والا پہلا موبائل پروسیسر۔ ایپل نے ثابت کیا کہ حسب ضرورت چپس زیادہ استعمال کی طاقت کے ساتھ عام پروسیسرز کو پیچھے چھوڑ سکتی ہیں۔.

آج، اسمارٹ فونز میں 8 یا اس سے زیادہ کور، اربوں ٹرانجسٹر اور رفتار کے ساتھ پروسیسر ہیں جو چند سال پہلے کے لیپ ٹاپ کا مقابلہ کرتے ہیں۔ Qualcomm Snapdragon 8 Gen 3 (2024) میں 13 بلین ٹرانجسٹر ہیں۔ Apple M4، موبائل پروسیسرز کے نسب سے ماخوذ، پہلے ہی لیپ ٹاپ اور ٹیبلٹس پر روایتی ڈیسک ٹاپ CPUs کے ساتھ براہ راست مقابلہ کرتا ہے۔.

حالیہ اختراعات: مصنوعی ذہانت اور انتہائی کارکردگی۔

پچھلے پانچ سالوں میں، دو بڑے ڈرائیوروں نے ارتقاء کو شکل دی ہے: مصنوعی ذہانت اور توانائی کی کارکردگی۔ پروسیسرز میں اب مشین لرننگ اور AI آپریشنز کے لیے خصوصی کور شامل ہیں۔ Apple Neural Engine، Google TPU، اور Snapdragon AI کور اس رجحان کی نمائندگی کرتے ہیں۔.

انٹیل، ٹی ایس ایم سی اور سیمسنگ چپس کی پیداوار میں 3 نینو میٹر میں مقابلہ کرتے ہیں (تھوڑے فاصلے پر جوہری آلودگی پیداوار کو نقصان پہنچا سکتی ہے۔ موجودہ پروسیسرز میں دسیوں ارب ٹرانجسٹر ہیں۔ ایپل ایم 4 پرو (2024) میں 14 بلین ٹرانجسٹر ہیں۔ اس کے پیشرو، ایم 3 میکس کے پاس ایک چھوٹے سلیکون ایریا میں 16 بلین تھے۔.

متضاد کمپیوٹنگ نے بھی مضبوط کیا ہے: اعلی کارکردگی والے کور (P-colors) کو موثر کور (E-colors) کے ساتھ ملانا سسٹمز کو بیٹری کی کھپت کے ساتھ پروسیسنگ پاور کو متوازن کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ انٹیل، اے آر ایم اور ایپل اس نقطہ نظر کو عملی طور پر اپنے تمام جدید چپس میں استعمال کرتے ہیں۔.

2،300 ٹرانزسٹروں سے اربوں تک: مستقبل قریب۔

50 سالوں میں، صنعت نے تیزی سے ترقی کی ہے: 4004 میں 2،300 ٹرانجسٹروں سے موجودہ فلیگ شپ پروسیسرز میں 100 بلین سے زیادہ. یہ تقریبا 40 ملین گنا کے اضافے کی نمائندگی کرتا ہے. اگر کاریں متناسب طور پر تیار ہوتی ہیں تو، ایک فیراری کو پیسے خرچ ہوں گے.

مستقبل کے چیلنجوں میں مینوفیکچرنگ کی جسمانی حدود (ایٹموں کا سائز محدود ہوتا ہے)، انتہائی گھنے چپس میں تھرمل کھپت، اور تخصص کی ضرورت شامل ہیں (عام پروسیسرز AI-آپٹمائزڈ چپس، نقلی کوانٹم کمپیوٹنگ، اور مخصوص کام کے بوجھ کو راستہ دیتے ہیں)۔.

پروسیسرز کا ارتقاء نہ صرف انجینئرنگ میں ترقی بلکہ سماجی تقاضوں میں بھی تبدیلیوں کی عکاسی کرتا ہے۔ پرسنل کمپیوٹر سے لے کر ہر جگہ اسمارٹ فون تک، انٹرنیٹ سے لے کر AI ڈیٹا سینٹرز تک، ہر دور میں مخصوص اختراعات کی ضرورت ہوتی ہے۔ اگلے 50 سال یقیناً اور بھی زیادہ دلکش ہوں گے، پروسیسر کوانٹم، فوٹوونک اور حدود سے باہر کی تلاش کے ساتھ۔.