درست ۵۰ سال پیش، دنیای پردازش با تراشه‌ای ساده به نام Intel 4004 متولد شد؛ پردازنده‌ای ۴ بیتی با فرکانسی کمتر از یک مگاهرتز و حافظه‌ای ضعیف‌تر از ماشین‌حساب‌های امروزی. اما امروز، پس از نیم‌قرن، تراشه‌های پیشرفته‌ای مانند محصولات انویدیا ۲۱۷ میلیون برابر قوی‌تر از اولین نسل پردازنده‌ها شده‌اند. این گزارش مروری بر جهش حیرت‌انگیزی است که در تنها ۵۰ سال رخ داده است.
پیشرفت شگفت‌انگیز پردازنده‌ها در نیم‌قرن اخیر
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، مغز هر وسیله هوشمند.
ماجرا از سال ۱۹۷۱ با تراشه کوچک Intel ۴۰۰۴ شروع شد، اولین میکروپروسسور تجاری جهان. تراشه‌ای که تنها می‌توانست عملیات‌های پایه را انجام دهد و ۴ بیت قدرت با فرکانس ۷۴۰ کیلوهرتز داشت. با این مشخصات می‌توانست حدود ۹۲ هزار دستور را در ثانیه اجرا کند. حدس می‌زنید مقدار رم آن چقدر بود؟ تنها ۶۴۰ بایت! با این مشخصات شاید حتی یک ماشین حساب ساده امروزی هم به راحتی روشن نشود.
اما این شروع ساده، آغاز اتفاقات بزرگی بود که دنیای امروز را شکل داده‌اند. با گذر زمان و رشد فناوری، مفاهیمی چون قانون مور باعث تحول عمیق در صنعت پردازنده‌ها شد؛ تحولی که به تولد پردازنده‌های چند هسته‌ای، قابلیت پردازش چندرشته‌ای همزمان، محاسبات موازی و در نهایت شتاب‌دهنده‌های هوش مصنوعی منجر شد.
اکنون در سال ۲۰۲۵، شرکت انویدیا از نسل جدیدی از پردازنده‌های فوق‌پیشرفته خود با نام بلک‌ول (Blackwell) رونمایی کرده که قادر است در هر ثانیه میلیاردها عملیات پیچیده را اجرا کند؛ تراشه‌هایی که عملاً نقش یک مرکز داده کامل را روی یک قطعه سیلیکونی ایفا می‌کنند.
این تراشه‌ها زیربنای نسل آینده‌ی هوش مصنوعی، محاسبات ابری و رباتیک خواهند بود. با اتکای به این قدرت پردازشی حیرت‌انگیز، امروز قادر هستیم وظایف سنگینی چون اجرای مدل‌های زبانی پیشرفته، شبیه‌سازی‌های ژنتیکی، طراحی دارو، مدل‌سازی اقلیمی و حتی تولید موسیقی و هنر توسط هوش مصنوعی را انجام دهیم.
تمام این پیشرفت‌ها طی تنها پنج دهه اتفاق افتاده و از تراشه‌ای ساده مانند Intel 4004 به عصر پردازنده‌هایی رسیده‌ایم که آینده‌ی فناوری را دگرگون می‌کنند — مسیری که نشان می‌دهد رشد پردازنده‌ها نه‌تنها متوقف نشده، بلکه با شتابی سرسام‌آور در حال ادامه است.
راز جهش ۲۱۷ میلیون برابری پردازنده‌ها در ۵۰ سال
اگر دوست دارید بدانید چطور فقط در ۵۰ سال، پردازنده‌ها به جهشی ۲۱۷ میلیون برابری رسیدند، بد نیست نگاهی بیندازیم به مهم‌ترین تحولاتی که این مسیر را هموار کردند.
در سال ۱۹۶۵، «گوردن مور» (هم‌بنیان‌گذار اینتل) قانون معروفش را مطرح کرد: تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه هر ۱۸ تا ۲۴ ماه دو برابر می‌شود. همین قانون نانوشته، تبدیل به قطب‌نمای صنعت پردازنده‌ها شد و شرکت‌ها را وادار کرد تا هر سال، تراشه‌هایی سریع‌تر، کوچک‌تر و بهینه‌تر تولید کنند.
در دهه ۲۰۰۰، پردازنده‌ها با لیتوگرافی ۹۰ نانومتری ساخته می‌شدند؛ اما تقاضای شدید برای گوشی‌ها، لپ‌تاپ‌ها و دیتاسنترها از یک‌سو، و پیشرفت فناوری ساخت تراشه از سوی دیگر، همه‌چیز را متحول کرد. شرکت‌هایی مثل ASML با تولید ماشین‌های لیتوگرافی EUV (با استفاده از نور فرابنفش شدید)، موفق شدند ابعاد ترانزیستورها را به حد نهایی برسانند.
حالا به جایی رسیده‌ایم که در لیتوگرافی ۳ نانومتری TSMC، فاصله بین ترانزیستورها کمتر از ۲۰ اتم است؛ تحولی که تا همین چند سال پیش غیرممکن به نظر می‌رسید.
برای سال‌ها، پردازنده‌ها فقط یک هسته داشتند و توان پردازشی آن‌ها محدود به اجرای یک کار در هر لحظه بود. اما در سال ۲۰۰۵، با معرفی نخستین CPUهای دو‌هسته‌ای از سوی AMD و اینتل، ورق برگشت و مفهوم پردازش موازی وارد دنیای مصرف‌کننده شد. بعدتر اپل با معماری big.LITTLE در گوشی‌ها و سپس در تراشه‌های سری M نشان داد که بهره‌وری انرژی به اندازه قدرت خام اهمیت دارد و همین موضوع باعث شد شرکت‌ها به سمت طراحی‌های ترکیبی و بهینه‌سازی دقیق‌تر بروند.
در همین زمان، پردازنده‌های گرافیکی (GPU) هم مسیر تحول عمیقی را آغاز کردند. در ابتدا تنها برای رندر گرافیک و بازی‌ها طراحی شده بودند، اما از دهه ۲۰۱۰ به بعد و با معرفی پلتفرم CUDA توسط انویدیا، GPUها به ابزاری کلیدی برای محاسبات علمی، یادگیری ماشین و هوش مصنوعی تبدیل شدند. به‌دنبال آن، گوگل با تراشه‌های TPU، و AMD با NPU وارد رقابت شدند تا حالا برای هر نوع پردازشی، یک شتاب‌دهنده‌ی تخصصی در دسترس باشد. این یعنی دنیایی از تراشه‌های هدفمند که هرکدام بهینه‌شده برای یک وظیفه خاص هستند.
روزی بود که رم‌های DDR3 پاسخ‌گوی بیشتر نیازهای پردازشی بودند؛ اما امروز، فناوری‌هایی مانند DDR5، HBM3 و حافظه یکپارچه (Unified Memory) انقلابی در سرعت دسترسی پردازنده‌ها به داده ایجاد کرده‌اند. این جهش در پهنای باند و کاهش تاخیر، امکان اجرای مدل‌های پیچیده هوش مصنوعی و پردازش‌های سنگین را فراهم کرده است.
در کنار این پیشرفت‌ها، چالش بزرگ دیگری هم وجود داشت: خنک‌سازی. با افزایش توان پردازنده‌ها، گرمای تولیدی آن‌ها هم به شکل چشم‌گیری بالا رفت. از اواخر دهه ۲۰۱۰، شرکت‌ها شروع به توسعه سیستم‌های خنک‌کننده پیشرفته کردند؛ از پایپ‌های حرارتی و کولرهای مایع گرفته تا سیستم‌های تبخیری و حتی خنک‌سازی مستقیم تراشه با فلز مایع.
و شاید شگفت‌انگیزترین نکته این باشد که تمام این اتفاقات تنها در ۵۰ سال رخ داده‌اند. اگر توانسته‌ایم در نیم قرن، قدرت پردازشی را ۲۱۷ میلیون برابر کنیم، آینده ۵۰ سال بعد چطور خواهد بود؟ آیا پردازنده‌هایی خواهیم داشت که با مغز انسان رقابت می‌کنند؟ یا حتی چیزی فراتر از تصور امروزی ما؟
منبع: شهر سخت افزار
