خرافة الميغاهرتز

تشير أسطورة الميغاهرتز ، أو أسطورة الغيغاهرتز في الآونة الأخيرة ، إلى الاعتقاد الخاطئ باستخدام معدل الساعة فقط (مقاسًا بالميغاهرتز أو الغيغاهرتز) لمقارنة أداء المعالجات الدقيقة المختلفة . مع أن معدلات الساعة تُعدّ طريقةً صحيحةً لمقارنة أداء السرعات المختلفة لنفس طراز ونوع المعالج، إلا أن عوامل أخرى، مثل عدد وحدات التنفيذ ، وعمق خط الأنابيب ، وهيكلية ذاكرة التخزين المؤقت ، وتوقع التفرعات ، ومجموعات التعليمات ، يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الأداء عند مقارنة معالجات مختلفة. على سبيل المثال، قد يستغرق معالج دورتين ساعة لجمع عددين ودورة ساعة أخرى للضرب في عدد ثالث، بينما قد يُجري معالج آخر نفس العملية الحسابية في دورتين ساعة فقط. يصعب إجراء مقارنات بين أنواع مختلفة من المعالجات لأن الأداء يختلف باختلاف نوع المهمة. يُعدّ اختبار الأداء المعياري طريقةً أكثر شمولًا لقياس ومقارنة أداء الحاسوب .

بدأت هذه الخرافة حوالي عام 1984 عند مقارنة جهاز Apple II بجهاز IBM PC . كانت الحجة أن جهاز IBM أسرع بخمس مرات من Apple II، لأن معالج Intel 8088 فيه كان يعمل بسرعة ساعة تبلغ حوالي 4.7 أضعاف سرعة ساعة معالج MOS Technology 6502 المستخدم في الأخير. لكن الأهم ليس دقة تقسيم تعليمات الجهاز، بل المدة الزمنية اللازمة لإنجاز مهمة معينة. لنأخذ على سبيل المثال تعليمة LDA# (تحميل القيمة الفورية للمراكم). في معالج 6502، تتطلب هذه التعليمة دورتين ساعة، أي 2 ميكروثانية عند تردد 1 ميجاهرتز. مع أن دورات ساعة معالج 8088 بتردد 4.77 ميجاهرتز أقصر، إلا أن تعليمة LDA# تحتاج إلى 4 دورات ساعة على الأقل ^{، أي 4} / 4.77 ميجاهرتز = 0.84 ميكروثانية على الأقل. لذا، في أفضل الأحوال، تعمل هذه التعليمة بسرعة تزيد قليلاً عن ضعفي السرعة على جهاز IBM PC الأصلي مقارنةً بجهاز Apple II.     

استُخدمت بنية المعالج x86 CISC، التي طرحتها إنتل عام 1978، في جهاز IBM PC عام 1981 ، ولا يزال إرثها مهيمناً على سوق ويندوز . واستُخدمت بنية IBM RISC في معالج PowerPC الذي طُرح عام 1992. وفي عام 1994، طرحت شركة آبل أجهزة ماكنتوش مزودة بمعالجات PowerPC هذه. في البداية، حققت هذه البنية أداءً مُرضياً، وطُوّرت فئات مختلفة من معالجات PowerPC، غالباً ما تُقدم أداءً متفاوتاً عند نفس تردد الساعة. وبالمثل، في ذلك الوقت، كان معالج إنتل 80486 يُباع جنباً إلى جنب مع معالج بنتيوم الذي كان يُقدم أداءً يُقارب ضعف أداء 80486 عند نفس تردد الساعة. ^{[ 2 ]}

نشأت هذه الخرافة لأن سرعة الساعة كانت تُعتبر عادةً مقياسًا بسيطًا لأداء المعالج، وتم الترويج لها في الإعلانات ومن قِبل المتحمسين دون مراعاة العوامل الأخرى. شاع استخدام هذا المصطلح عند مقارنة أجهزة كمبيوتر Apple Macintosh المزودة بمعالجات PowerPC بأجهزة الكمبيوتر الشخصية المزودة بمعالجات Intel. أدى التسويق القائم على هذه الخرافة إلى إعطاء سرعة الساعة أولوية أعلى من الأداء الفعلي، ما دفع شركة AMD إلى طرح أرقام طرازات تُشير إلى سرعة ساعة افتراضية بناءً على الأداء المقارن للتغلب على ما اعتُبر نقصًا في سرعة الساعة الفعلية. ^{[ 3 ]}

أصبحت المقارنات بين معالجات PowerPC و Pentium جزءًا أساسيًا من عروض شركة آبل. ففي معرض Macworld Expo بمدينة نيويورك في 18 يوليو 2001، وصف ستيف جوبز في محاضرته الشهيرة " Stevenote " معالج PowerPC G4  بسرعة 867 ميجاهرتز بأنه يُنجز مهمةً ما في 45 ثانية، بينما استغرق معالج Pentium 4 بسرعة 1.7 جيجاهرتز 82 ثانية لإنجاز المهمة نفسها، قائلاً: "إن الاسم الذي أطلقناه عليه هو أسطورة الميجاهرتز". ^{[ 4 ]} ثم قدّم نائب رئيس قسم الأجهزة جون روبنشتاين ، الذي قدّم شرحًا توضيحيًا يشرح كيف تُحسّن خطوط الأنابيب الأقصر الأداء بنصف سرعة الساعة. بعد ذلك، قدّمت سلسلة الرسوم المتحركة على الإنترنت " The Joy of Tech " سلسلةً من الرسوم الكاريكاتورية المستوحاة من شرح روبنشتاين. ^{[ 5 ]}   

منذ حوالي عام 1995 وحتى عام 2005، ركزت شركة إنتل في تسويق معالجاتها الرئيسية من طراز بنتيوم على سرعة الساعة فقط، مقارنةً بمنتجات شركة AMD المنافسة. وكانت المقالات الصحفية قد توقعت أن تصل سرعة معالجات الكمبيوتر في نهاية المطاف إلى 10 أو 20 جيجاهرتز خلال العقود القليلة القادمة.

استمر هذا الوضع حتى عام 2005 تقريبًا، عندما وصل معالج بنتيوم إكستريم إيديشن إلى حدود تبديد الحرارة القصوى عند تشغيله بسرعات تقارب 4 جيجاهرتز. لم يكن بالإمكان زيادة سرعة المعالج دون إجراء تغييرات معقدة على تصميم التبريد، مثل قنوات التبريد الميكروفلويدية المدمجة داخل الشريحة نفسها لإزالة الحرارة بسرعة.

تبع ذلك طرح معالج Core 2 المكتبي في عام 2006، والذي كان بمثابة تغيير كبير عن معالجات Intel المكتبية السابقة، مما سمح بانخفاض تردد المعالج بنسبة 50٪ تقريبًا مع الحفاظ على نفس الأداء.

بدأت معالجات Core 2 في معالج Pentium M المحمول، حيث كانت كفاءة الطاقة أكثر أهمية من القوة الخام، وقدمت في البداية خيارات لتوفير الطاقة غير متوفرة في معالجات Pentium 4 و Pentium D.

في السنوات اللاحقة لتوقف إنتاج معمارية NetBurst الدقيقة ومعالجاتها التي تتجاوز سرعتها 3 جيجاهرتز، استمرت سرعات معالجات Intel الدقيقة في الارتفاع تدريجيًا بعد انخفاضها الأولي بحوالي 1  جيجاهرتز. وقد أتاحت التطورات التي تحققت على مدى سنوات في عمليات التصنيع وإدارة الطاقة (وتحديدًا القدرة على ضبط سرعات المعالجات لكل نواة على حدة) سرعات معالجة تضاهي أو تتجاوز سرعات معالجات Pentium 4 و Pentium D القديمة من معمارية NetBurst، ولكن بكفاءة وأداء أعلى بكثير. وبحلول عام 2018، أصبح بإمكان العديد من معالجات Intel الدقيقة تجاوز سرعة معالجة أساسية تبلغ 4 جيجاهرتز ( على سبيل المثال،  تبلغ سرعة المعالجة الأساسية لمعالجي Intel Core i7-7700K و i3-7350K 4.20 جيجاهرتز). 

في عام 2011، تمكنت AMD لأول مرة من تجاوز  حاجز 4 جيجاهرتز لمعالجات x86 الدقيقة مع إطلاق معالجات AMD FX الأولية المبنية على معمارية Bulldozer . وفي يونيو 2013، أصدرت AMD معالج FX-9590 الذي تصل سرعته إلى 5.0 جيجاهرتز، إلا أن مشاكل استهلاك الطاقة وانبعاث الحرارة عادت للظهور. 

لم تُنتج شركتا إنتل أو إيه إم دي أول معالج دقيق في الصناعة يتجاوز حاجز 4  جيجاهرتز و5  جيجاهرتز. فقد حقق معالج IBM z10 سرعة 4.4  جيجاهرتز في عام 2008، وحقق معالج IBM z196 سرعة 5.2  جيجاهرتز في عام 2010، تلاه معالج z12 الذي حقق سرعة 5.5  جيجاهرتز في خريف عام 2012.

• بوغوميبس
• التعليمات لكل دورة (IPC)
• قانون مور
• تقييم الأداء

• تحليل: x86 مقابل PPC – OSNews.com
• تعتزم شركة إنتل التخلي عن معالج بنتيوم 4 بعد مقال بريسكوت الإخباري لعام 2004