در اوایل دهه 2010، آینده شرکت ایامدی (AMD) در یک ابهام بزرگ فرو رفته بود. شکست استراتژیک ریزمعماری «بولدوزر» (Bulldozer)، این شرکت را در رقابت با اینتل برای تصاحب بازار پردازندههای ردهبالای کامپیوترهای شخصی و سرورها به حاشیه رانده بود. وضعیت مالی ناپایدار و سقوط اعتبار مهندسی، بقای ایامدی را به شدت تهدید میکرد؛ تا جایی که بسیاری از تحلیلگران صنعت نیمهرساناها، او را دیگر رقیب جدی اینتل نمیدانستند.
اما این شرکت در سکوت در حال آمادهسازی یکی از خارقالعادهترین بازگشتهای تاریخ فناوری بود. این تحول شگرف با فلسفه مهندسی خاص و بازگشت مردی آغاز شد که پیشتر مسیر تکامل پردازندهها را تغییر داده بود: جیم کلر (Jim Keller). زمانی که او در اوت 2012 به ایامدی پیوست تا توسعه ریزمعماریهای جدید «زِن» (Zen) و K12 را رهبری کند، روشی را به ارمغان آورد که حاصل سه دهه تجربه در طراحی پردازنده بود. او معتقد بود ترانزیستورها در اتمسفر مهندسی بهای کمی دارند، اما گلوگاههای پردازشی بهای سنگینی به حساب میآیند.
معماری که مسیر پردازش دادهها را تغییر داد
جیمز بی. کلر که در سال 1958 در نیوجرسی متولد شد، در سال 1980 موفق به اخذ مدرک کارشناسی مهندسی برق از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا شد. رزومه کاری او در طول چهار دهه، یکی از شگفتانگیزترین مسیرهای حرفهای در تاریخ سختافزار به شمار میرود. میراث او تنها به یک تراشه محدود نمیشود، بلکه طراحی پردازندههای تعیینکنندهای را در شرکتهایی رقیب بر عهده داشته است.
کلر کار خود را در شرکت DEC آغاز کرد و بر روی سریعترین ریزپردازندههای آن روزگار یعنی خانواده Alpha نظارت داشت. در سال 1998 به ایامدی پیوست و نقش کلیدی در طراحی پردازنده آتلون (K7) و ریزمعماری موفق K8 ایفا کرد. در K8 بود که او با تدوین مجموعه دستورالعمل x86-64 (AMD64)، معماری پردازندهها را به 64 بیت گسترش داد. این استاندارد به زبان اصلی صنعت کامپیوتر تبدیل شد و امروزه تمام سرورها، کامپیوترهای شخصی و حتی رقیب اصلی او، یعنی اینتل، بر پایه همین معماری فعالیت میکنند.
طراحی مغز هوشمند اپل و تسلا
پس از موفقیتهایش در DEC و ایامدی، کلر مسیر کاری پرفراز و نشیبی را در پیش گرفت. در سال 2008 با پیوستن به اپل، رهبری طراحی سیستمهای روی تراشه (SoC) سری A4 و A5 را بر عهده گرفت. این تراشهها پایه و اساس قدرت آیفون 4، آیپد نسخه اول و نقطه آغازی برای استقلال اپل در تولید سیلیکون شدند؛ مسیری که در نهایت به خلق خانواده اپل سیلیکون (Apple Silicon) منتهی شد.
او سپس در سال 2016 به عنوان معاون ارشد مهندسی سختافزار به تسلا پیوست و رایانه مربوط به سیستم خودران کامل (FSD) را به همراه پیت بنون طراحی کرد. حضور در جایگاه معاون ارشد مهندسی سیلیکون اینتل بین سالهای 2018 تا 2020 و همکاری با شرکتهای پیشرو، نشاندهنده انعطافپذیری خیرهکننده روش کاری اوست. از اواخر سال 2020 نیز به عنوان مدیرعامل شرکت «تِنستورنت» (Tenstorrent)، تمرکز خود را بر ساخت شتابدهندههای هوش مصنوعی بر پایه معماری باز RISC-V معطوف کرده است.
فرمول طلایی: ترانزیستورها رایگان هستند!
بازگشت باشکوه ایامدی به رقابت با اینتل ویرانگر، ریشه در یک قاعده مهندسی خاص دارد که در ادبیات سختافزار به جمله «ترانزیستورها رایگان هستند» (Transistors are free) شناخته میشود. هرچند در دنیای واقعی تولید سیلیکون و مصرف انرژی هزینه دارد، اما نگاه کلر به مقوله بهینهسازی کاملاً متفاوت بود.
بیشتر مهندسان سختافزار، طراحی یک تراشه را مانند مدیریت یک بودجه ثابت مالی میبینند. آنها یک تعداد مشخص ترانزیستور، یک سقف مشخص برای توان مصرفی و یک گره (Node) پردازشی دریافت میکنند و تلاششان بر این است که با فدا کردن بخشی از امکانات، تراشه را در این محدوده محدود نگه دارند. اما کلر این فرمول را معکوس کرد.
او معتقد بود از آنجایی که زمان مهندسان و حاشیه طراحی (Design Margin) کمیابترین منابع در توسعه یک پردازنده هستند، باید از منابع فراوانی مانند فضای سیلیکونی برای بهینهسازی این زمان استفاده کرد. استفاده هوشمندانه از ترانزیستورهای اضافی برای حذف گلوگاههای پردازشی و سادهسازی مسیر دادهها، باعث شد معماری زِن به جای تلاش برای بهینهسازیهای ریز و پیچیده، روی پتانسیل عملیاتی تمرکز کند. این رویکرد جسورانه، زیرساخت لازم برای عرضه پردازندههای سری رایزن (Ryzen) و اپی (EPYC) را فراهم کرد و معادلات بازار پردازنده را برای همیشه تغییر داد.
جیم کلر با کنار گذاشتن روشهای سنتی، نشان داد که در دنیای پرشتاب فناوری، گاهی برای کاهش هزینهها و افزایش بهرهوری، باید جسارت استفاده از منابعی را داشت که دیگران از بهکارگیری آنها هراس دارند. این دیانای مهندشی اکنون در نهاد تمام استارتاپهای فناوری تزریق شده و استانداردهای جدیدی را برای آینده پردازش دادهها رقم خواهد زد.
