دنیای پردازنده های موبایل را بهتر بشناسیم

youphone

قصد داریم در این مقاله شما را بشتر با پردازنده‌های موبایل، اجزای هر پردازنده، اصطلاحات، معماری‌ و فناوری‌های ساخت آن ها آشنا کنیم .

با ما همراه باشید:

 

با افزایش استفاده از کامپیوتر های پرتابل (قابل حمل)و موبایل های هوشمند نیاز به قطعاتی با ابعاد کوچکتر و توان مصرفی کمتر رو به افزایش است . به همین منظور شرکت های تولید کننده ی این محصولات در تلاشند قطعاتی بسازند که علاوه بر انجام تمام پردازشهای مورد نیاز دارای ابعاد بسیار کوچک (گاهی کوچکتر از یک سکه) باشند. ما در این مقاله شما را با انواع این پردازنده ها آشنا خواهیم کرد.

 

بخش‌هایی مثل هسته‌های پردازنده‌ی مرکزی یا CPU، پردازنده‌ی گرافیکی یا GPU، مودم، تراشه‌ی پردازنده سیگنال تصویری (دوربین)، تراشه‌ی پردازش عصبی، واحد امنیتی، کنترلر حافظه، واحد پردازش صوتی، وای‌فای، NFC، بلوتوث و… همگی برای روی یک تراشه ی کوچک قرار می گیرند که به مجموعه ی آن «سیستم روی یک تراشه» یا SOC گفته می شود.

 

نوع و شیوه ی چیدمان اجزای مختلف SOC، نحوه‌ی مرتبط سازی اجزای مختلف، میزان و نوع حافظه‌ی مشترک میان اجزا و روش دستیابی به این حافظه، نحوه‌ی تعامل سیستم‌عامل با اجزای مختلف پردازنده‌ی موبایل و معماری هسته‌های پردازند در مجموع باید به گونه ای باشند که در عین آمادگی برای اجرای محاسبات سنگین کمنرین توان مصرفی زا به کار گیرند. در این محاسبات تنها در نظر گرفتن از روی تعداد هسته‌ها و سرعت کلاک یک پردازنده نمیتواند کمک اثربخشی داشته باشد.

پردازنده‌ی مرکزی و هسته‌های آن

cpu یا پردازنده ی مرکزی اصلی ترین بخش soc می باشد .المان های تشکیل دهنده ی cpu هسته ها هستند که توانایی عملکرد مستقل و هماهنگ با یکدیگر را دارند . هر کدام از این هسته ها دارای وظایف جداگانه ای هستند که با توجه به هدف اصلی سیستم عمل خواند کرد . اگز نیاز به پردازش های سنگینی باشد به طور هماهنگ هر کدام بخشی از کار را که مطابق به عملکرد خود است بر عهده میگیرد . در غیر این صورت به وظایف تعبیه شده ی خود عمل خواهند کرد . معمولا برای انجام اعمالی که به طور معمول توسط اکثر کاربران مد نظر است همه ی هسته ها درگیر نخواهند شد و در حالت آماده به کار می مانند.

 

معماری هسته ها

پردازنده های چند هسته ای داراری هسته هایی با اندازه و معماری متفاوت هستند. هسته های کوچک با بازده توانی مناسب و کم به انجام کارهای معمول و سبک پرداخنه و هسته های بزدگ که دازای توان مصرفی بالایی هستند مختص کارهای سنگین درنظر گرفته می شوند.زمانی که اجرای بازی ها و یا انجام کارهای گرافیکی سنگین نیاز می شود از ترکیب هسته های کوچک بزرگ بهره گرفته می شود تا بتوان علاوه بر کارایی مناسب تعادل خوبی برای میزان توان مصرفی ایجاد شود.نوع چینش هسته‌ها، معماری و فناوری ساخت و سرعت کلاک تعیی کننده ی نحوه ی عملکرد هسته ها است.

 

معماری ARM

ARM شرکتی ست که امروزه محصولاتش از معماری ۳۲ بیتی و ۶۴ بیتی تا طراحی هسته‌های خاص برای پردازنده‌ها، پردازنده‌های گرافیکی، تراشه‌های پردازش تصویری و… مورد استفاده ی بزرگترین شرکت ها بوده است. این شرکت دارای ایده ی خاص خود بوده که برای وی مانند یک ip در نظر گرفته شده و از آن نفع می برد . سایر شرکت ها مانند اپل، سامسونگ و کوالکام از محصول معماری این شرکت استفاده کرده و پردازنده ی مورد نیاز خود را با روش طراحی مختص خود می سازند.این ترکیب تراشه ها  شامل نحوه‌ی چینش هسته‌ها، سرعت کلاک، نوع و میزان حافظه‌ی در دسترس و چیدمان و فرم اتصالات داخلی اجزا می باشد.تراشه های اسپندراگون شرکت  کوالکام ، پردازنده های اگزینوس سامسونگ و پردازنده های سریAبیونیک همه از معماری ARM برگرفته شده اند.

 

فناوری ساخت تراشه

کارخانه‌های ریخته‌گر سیلیکون (فاندریز) با فناوری ساخت ویژه و اصول طراحی مرتبط سازنده ی تراشه ها هستن. فناوری ساخت تراشه ها با اعدادی برحسب نانومتر بیان می شود.برای مثال فناوری ۱۴ نانومتری،۱۰نانومتری، ۷ نانو متری و ۵نانو متری از جدیدترین ها هستند. هرچه فناوری ساخت کوچکتر باشد با این معنی است که ابعاد تراشه کوچکتر شده و تعداد ترانزیستورها در واحد سطح افزایش می یابد. برای تلفن های همراه از تراشه های کوچکتر و فشرده تر که سریعتر و کم مصرف تر هستند استفاده میشود زیرا یک بلاتری محدود باید بتواند نیروی مصرفی آن را تامین کرده و علاوه بر آن پردازنده بر اساس افزایش فعالیت ها داغ نکند.

 

پردازنده‌های گرافیکی

نیاز به پردازنده های گرافیکی قوی با پیشرفت فناوری‌های گرافیکی و بهبود شگفت انگیز جلوه‌های گرافیکی روز به روز بیشتر می شود .به همین منظور شرکتهای سازنده ی پردازنده های گرافیکی کهاز جمله ی آن ها پردازنده‌ی گرافیکی Mali متعلق به ARM، آدرنو که در انحصار کوالکام است و معماری گرافیکی PowerVR از محصولات شرکت Imagination Technology از جمله معروف‌ترین معماری پردازنده‌های گرافیکی محسوب می‌شود تلاش موثری بزای بهبود آنها صورت داده اند.

 

پردازنده‌ی گرافیکی Mali

هسته‌های گرافیکی Mali یک موتور پردازش سه‌بعدی خالص بدون کنترلر نمایشگر است که تصاویر گرافیکی را پس از رندر به حافظه ارسال کرده و اجزای دیگر SOC تصاویر دریافتی را به خروجی نمایشگر ارسال می‌کنند. ازمدلMali G76 می توان به عنوان نمونه ای از پردازنده های گرافیکی Arm نام برد. جدید ترین محصول Mali G77 است که دارای فناوری ساخت ۷ نانومتری می باشد که در آن بهره وری انرژی و عملکرد ۳۰ درصد بهبود یافته است.

 

پردازنده‌ی گرافیکی Adreno

آدرنو، نام پردازنده‌ی گرافیکی اختصاصی شرکت کوالکام است که در SOCهای موبایل این شرکت با نام اسنپدراگون مورد استفاده قرار می‌گیرد.پردازنده‌های گرافیکی آدرنو ۶۳۰ و ۶۴۰ از جمله قدرتمندترین پردازنده‌های گرافیکی موبایل است که تا به امروز توسعه یافته و در گوشی‌های هوشمند پرچم‌دار مورد استفاده قرار گرفته است.آدرنو ۶۳۰ با فناوری ساخت ۱۰ نانومتری و آدرنو ۶۴۰ با فرایند ساخت ۷ نانومتری تولید می‌شود.

 

پردازنده‌ی گرافیکی PowerVR

معماری تراشه‌های گرافیکی PowerVR نیز به‌مانند تراشه‌های Mali توسط شرکت توسعه‌دهنده‌ی معماری طراحی شده است و به شرکت‌های دیگری نظیر اینتل، اپل، سامسونگ و مدیاتک فروخته می‌شود. بسیاری از تراشه‌های سری A اپل، تراشه‌های MT6 و Hellio مدیاتک، برخی از تراشه‌های اینتل Atom و… میزبان پردازند‌ه‌های گرافیکی PowerVR هستند.

 

کوالکام و پردازنده های اسپندراگون

پردازنده‌های موبایل این شرکت با نام اسنپدراگون، مشهورترین تراشه‌های مورد استفاده در گوشی‌های هوشمند است که سطوح عملکرد و بازدهی توانی قابل‌توجهی به بار می‌آورد. این پردازنده‌ها به‌خوبی از پس اجرای مالتی تسکینگ برمی‌آیند.

 

youphone

 

تراشه های اسپندراگون کوالکام قدرت تطبیق پذیری خوبی با soc  دارند و به جز جواردی استثنا باوجود قابلیت های عالی بازدهی مطلوبی داشته و دمای کمی تولید می کنند و البته دارای قیمت بالایی نیز هستند.تراشه های اسپندراگون برحسب عملکردشان در سری های عددی گوناگونی جای می گیرند مانند سری های ۶۰۰ ،۷۰۰ و ۸۰۰ و… که تا کنون توسعه داده شده هست . گوشی های پرچم دار کنونی دارای سری ۸۰۰ هستند.

 

اپل و پردازنده‌های سری A

شرکت اپل ، هسته‌های پردازنده‌ای بر پایه‌ی معماری ARM، پردازنده‌ی گرافیکی با طراحی اختصاصی خود و سایر اجزای مورد نیاز را به کار برده و پردازنه های موبایل خود را عرضه می کند که از سری A به عنوان معروفترین و جدیدترین می توان نام برد.

 

 

گوشی های آیفون XS max و آیفون XS دارای به روزترین soc تولید شده توسط آیفون یعنی A12 با ۶هسته هستند . پردازه ی A12 توانسته ۵۰ درصد سریعتر از هسته های مشابه در تراشه ی A11 عمل کند . در اواخر سال ۲۰۱۸ اپل نسخه ی قدرنمندتری از A12 را که تراشه ی A12X می باشد را معرفی نمود.A12X دارای چهار هسته‌ی Vortex با سطح عملکرد بالا و چهار هسته‌ی پربازده Tempest است.پردازنده‌ی گرافیکی A12X با داشتن هفت هسته‌ی محاسباتی سطح عملکردی تا دو برابر بهتر ازA10X دارد. همچنین قدرت بیشتری نسبت به پردازنده‌ی گرافیکی A12 دارداما واحد پردازش عصبی آن دارای تفاوت نیست.

 

سامسونگ و تراشه‌های اگزینوس

سامسونگ شرکتی شناخته شده در زمینه ی طراحی و ساخت تراشه ها است که پردازنده های خود را با نام اگزینوس (Exynos) منتشر می کند که بر پایه ی معماری Armاست.با طراحی وتولید این تراشه ها و بهره گیری از فناوری پیشرفته شرکت سامسونگ هرساله موبایل هایی با جدیدترین امکانات و کیفیت مطلوب روانه ی بازار میکند.

 

محتوای گرافیکی در این تراشه‌ها با تکیه بر پردازنده‌های گرافیکی Mali ساخت شده است. سری‌های مختلف تراشه‌های اگزینوس از۲ تا ۹ جای می‌گیرند که با بالا رفتن شماره سری‌ها، قدرت و کیفیت این تراشه‌ها نیز بیشتر می‌شود.یکی از جدیدترین پردازنده‌های موبایل ساخت سامسونگ، تراشه پرچم‌دار اگزینوس ۹۸۱۰ است. این تراشه که در گوشی‌های  ۲۰۱۸ نظیر گلکسی اس ۹، گلکسی اس ۹ پلاس و گلکسی نوت ۹ به کار رفته است، با فناوری ساخت ۱۰ نانومتری ویژه‌ی سامسونگ تولید می‌شود.اگزینوس ۹۸۲۰ پیشرفته‌ترین پردازنده‌ی موبایل سامسونگ است که در گوشی‌های پرچم‌دار سال جاری سامسونگ نظیر گلکسی اس ۱۰ و اس ۱۰ پلاس استفاده شده است. این تراشه‌ی قدرتمند با فناوری ساخت ۸ نانومتری سامسونگ ساخته شده و نسبت به تراشه‌ی نسل قبل خود چگالی ترانزیستور بیشتر و بهره‌وری توانی بالاتری دارد. همچنین گفته شده است تا ۴۰ درصد بهره‌وری توانی بالاتری داشته‌ و بدین ترتیب انرژی کمتری مصرف می‌کند.

 

های‌سیلیکون و پردازنده‌های Kirin

شرکتی چینی است که  پردازنده های موبایل در سطح های مختلفی با نام kirin تولیت کرده و کاملا تحت مالکیت هواوی می باشد. Kirin 980 و پردازنده‌های میان‌رده‌ی Kirin 650 و Kirin 710 از شناخته شده ترین تراشه‌های سیلیکون است.

 

youphone

 

محصول Kirin 980 ، آخری تراشه ی موبایل سیلیکون است که اولین تراشه ی دارای فناوری ۷ نانومتری شرکت  TSMC به شمار می رود. از سه کلاستر متفاوت در چینش هسته‌های پردازنده استفاده شده است.تقسیم هسته ها به کلاستر های مجزا با فرکانس های متفاوت در این معماری به منظور حفظ عملکرد و کاهش انرژی مصرفی بوده است.با این نوع دید و شیوه ی چیدمان، فالیت های نسبتا سختی که به بهترین هسته ها واگذار نخواهد شد، به آخرین هسته‌های ممکن نیز واگذار نمی شود و گزینه‌ای برای پردازش این وظایف با سطح عملکرد متعادل و سرعت بسیار بیشتر نسبت به هسته‌های کوچک در دسترس خواهد بود. بدین شکل سرعت اجرای اپلیکیشن‌ها با افت محسوسی رو‌به‌رو نخواهد شد. واحد پردازش عصبی دوگانه و نسبتا حجیم تراشه‌ی kirin 980، سطح عملکردی تا ۱۳۶ درصد بهتر از نسل قبلی خود دارد و مصرف توان تراشه را تا ۸۸ درصد کاهش می‌دهد.

 

مدیاتک و پردازنده‌های Helio

مدیاتک شرکتیست تایوانی که به تولید تراشه ها در حوزه های مختلف از جمله گوشی های هوشمند می پردازد.Helio X که از سری پرچمدار محصولات مدیاتک اسj و همچنین سری میان رده و پایین رده ی Helio P و Helio A از جمله محصولات این شرکت می باشد.محصولات این شرکت عموما چند هسته ای و بر پایه ی معماری ARM هستند. هرچند امروزه کمتر از تراشه های مدیاتک در میان گوشی های هوشمند موجود در بازار دیده می شود با این حال ۱۴ درصد از مویایل های عرضه شده در سال ۲۰۱۷ دارای این تراشه ها بوده اند.Helio X30 در مقایسه با پرچم‌داران جدید سایر شرکت های گفته شده حرف چندانی برای گفتن ندارد. این تراشه حداکثر سطح عملکردی در حد و اندازه‌ی محصول ۱۰ نانومتری اسنپدراگون ۸۳۵ دارد. در مقایسه این دو محصول، تراشه‌ی مدیاتک از برخی جهات نظیر سرعت کلاک و تعداد هسته‌های پردازنده‌ی مرکزی بهتر از پردازنده‌ی کوالکام عمل می‌کند، اما از نظر پردازش محتوای گرافیکی از محصول شرکت آمریکایی عقب می‌ماند.

مقایسه بهترین پردازنده‌های موبایل شرکت‌های مختلف

بخش پایانی این مقاله به مقایسه پردازنده‌های موبایل پرچم‌دار ساخته‌شده توسط تراشه‌سازان مختلف اختصاص یافته است. بدیهی ست که باتوجه به تفاوت در معماری هسته‌ها، پیکربندی هسته‌ها، فناوری ساخت، نوع پردازنده‌های گرافیکی، نوع و سرعت حافظه‌ی قابل پشتیبانی، نحوه‌ی برقرای ارتباطات داخلی در تراشه و بسیاری پارامترهای دیگر با هم تفاوت‌ها یا شباهت‌هایی دارند، طبفه بندی آ؛ن ها کاریست که به آسانی صورت نمی پذیرد.وب‌سایت Techcenturion با درنظرگرفتن نتایج نزم افزارهای قدرتمند بنچمارک‌ و همچنین بادرنظرگرفتن سطوح عملکرد پردازنده‌های موبایل مختلف در دنیای واقعی و گیمینگ، رنبه بندی مناسبی را برای این تراشه ها لحاظ کرده است:

 

رتبهنام پردازندهشرکت سازندهگوشی هوشمند میزباننمره‌ی اکتسابی
۱A12 BionicاپلIphone XS Max۱۴۶
۲Snapdragon 855کوالکامSamsung Galaxy S10 (US)۱۴۴
۳Exynos 9820سامسونگSamsung Galaxy S10 (Global)۱۴۰
۴Kirin 980های‌سیلیکونHuawei Mate 20 Pro۱۳۷
۵Apple A11 BionicاپلiPhone X۱۳۰
۶Snapdragon 845کوالکامOnePlus 6T۱۲۷
۷Exynos 9810سامسونگSamsung Galaxy Note 9۱۲۵
۸Snapdragon 730Gکوالکام۱۲۴
۹Snapdragon 730کوالکام۱۲۳
۱۰Kirin 970های‌سیلیکونHuawei Mate 10 Pro۱۲۱