نگاهي عميق به دنياي پردازندههاي موبايل
امروزه با گسترش كامپيوترهاي قابل حمل (پرتابل) و موبايل‌هاي هوشمند، نياز به تأمين قطعاتي متناسب و درخور براي اين دستگاه‌ها به‌وجود آمده‌است؛ قطعاتي كه با كمترين توان مصرفي كار كنند و كوچك‌ترين ابعاد ممكن را داشته باشند. شركت‌هاي مختلفي در سراسر جهان دست به كار ساخت پردازنده‌هايي براي دستگاه‌هاي پرتابل، به‌ويژه موبايل‌هاي همراه هوشمند شده‌اند تا همه‌ي نيازهاي پردازشي اين سيستم‌ها را با حداقل ابعاد و روي تراشه‌اي بسيار كوچك (گاه با ابعادي كوچكتر از يك سكه) گردآوري كنند. به اين تراشه‌هاي كوچك، پربازده و قابل حمل، اصطلاح پردازنده‌ي موبايل اطلاق مي‌شود. اين پردازنده‌ها ممكن است در لپ‌تاپ‌ها، تبلت‌ها، موبايل‌هاي هوشمند و ديگر دستگاه‌هاي محاسباتي قابل حمل استفاده شوند؛ اما در اين مقاله مقصود ما از پردازنده‌ي موبايل، مدل‌هايي از اين پردازنده‌ها است كه در موبايل‌هاي هوشمند همراه مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
با پيشرفت پردازندههاي موبايل و افزايش توانايي موبايل‌هاي همراه هوشمند در اجراي وظايف سنگين محاسباتي و گرافيكي، مي‌توان آن‌ها را كامپيوترهاي قابل حملي دانست كه قابليت تجزيه‌ي سيگنال صوتي و برقراري تماس تلفني را نيز هم‌زمان دارند. پردازنده‌ي موبايل شامل اجزاي مختلفي است كه همگي در يك تراشهي كوچك قرار گرفته است. بخش‌هايي مثل هسته‌هاي پردازنده‌ي مركزي يا CPU، پردازنده‌ي گرافيكي يا GPU، مودم، تراشهي پردازنده سيگنال تصويري (دوربين)، تراشهي پردازش عصبي، واحد امنيتي، كنترلر حافظه، واحد پردازش صوتي، واي‌فاي، NFC، بلوتوث و... همگي در يك تراشه مستقر شده و اين مجموعه با نام «سيستم روي يك تراشه» يا SOC شناخته مي‌شود.
اين مجموعه بايد آماده‌ي اجراي محاسبات سنگين با كمترين ولتاژ مصرفي ممكن باشد. نوع و روش چينش اجزاي مختلف SOC، نحوه‌ي برقراري ارتباط ميان اجزاي مختلف، ميزان و نوع حافظه‌ي مشترك ميان اجزا و روش دسترسي به اين حافظه، نحوه‌ي تعامل سيستم‌عامل با اجزاي مختلف پردازنده‌ي موبايل و معماري هسته‌هاي پردازنده همه و همه بر قدرت و سرعت اجراي وظايف در پردازنده‌ي موبايل تأثير دارد. بر اين اساس از روي تعداد هسته‌ها و سرعت كلاك يك پردازنده نمي‌توان پيش‌بيني چنداني در مورد سرعت بارگذاري و اجراي اپليكيشن‌هاي مختلف در آن در مقايسه با پردازندههاي ديگر داشت. براي مثال نمي‌توان يك پردازنده‌ي ۸ هسته‌اي را سريع‌تر از يك مدل ۶ هسته‌اي دانست يا نمي‌توان تصور كرد كه پردازنده‌اي با سرعت كلاك ۲.۳ گيگاهرتز در اجراي بازي‌هاي سنگين گرافيكي بهتر از پردازنده‌ي ديگري با سرعت كلاك ۲ گيگاهرتز عمل مي‌كند.
پردازنده‌ي مركزي و هسته‌هاي آن
مهم‌ترين جزء SOC پردازنده‌ي مركزي يا CPU است. اين پردازنده متشكل از المان‌هايي با نام هسته است كه به‌طور مستقل يا با همراهي يكديگر به اجراي وظايف محاسباتي سنگين و سبك مي‌پردازند. اگر هدف، اجراي چند وظيفه‌ي جداگانه باشد، هر كدام از هسته‌ها قسمتي از وظايف را بر عهده مي‌گيرد كه به اين حالت پردازش چند وظيفه‌اي يا مالتي تسكينگ اطلاق مي‌شود. اگر بنا بر اجراي وظيفه‌ي محاسباتي سنگيني باشد، در صورت كدنويسي بهينه متناسب با پردازش چند هسته‌اي، آن وظيفه به پاره‌هاي كوچكتر تقسيم شده و هر پاره توسط هسته‌اي اجرا مي‌شود. براي اجراي وظايف عادي و سبك روزمره عموما بسياري از هسته‌ها در وضعيت آماده به كار (Standby) مي‌مانند و وارد فرايند پردازش نمي‌شوند. اكثر وظايفي كه متخصصان عادي از موبايل هوشمند خود انتظار اجراي آن را دارند، در اين محدوده قرار مي‌گيرد.
از روي تعداد هسته‌هاي پردازنده يا فركانس هسته‌ها نمي‌توان برآورد دقيقي در مورد قدرت پردازنده نسبت‌به رقبايش داشت
با وجود چند هسته‌ي جداگانه، امكان گرفتن عكس و فيلم با كيفيت بسيار بالا و پيمايش گالري بدون توقف وجود دارد. فيلم و انيميشن با رزولوشن‌هاي حيرت‌انگيز بدون پرش و كندي به نمايش درآمده و بازي‌هاي سنگين گرافيكي با نرخ فريم بالا و بدون لگ و تأخير قابل اجرا است. اگرچه گاه پردازش تك هسته‌اي نتايج بهتري به بار مي‌آورد، اما در غالب موارد، سرعت اجراي وظايف با چند هسته‌ي پردازشي جداگانه بيشتر است.
بنا بر آنچه گفته شد، تنها در شرايطي يك پردازنده‌ي ۸ هسته‌اي بهتر از مدل ۴ هسته‌اي عمل مي‌كند كه برنامه‌ي در حال اجرا براي بهره‌گيري از مزاياي پردازش چند هسته‌اي بهينه‌سازي شده باشد يا متخصص در حال اجراي چند وظيفه به‌طور هم‌زمان باشد. براي مثال يكي از هسته‌ها در حال پردازش محتواي صفحات وبي است كه متخصص در حال مرور آن است و هسته‌هاي ديگر در حالت آماده به كار به سر مي‌برند. در اين هنگام، تماس ورودي به دستگاه مي‌رسد و هسته‌ي دوم وارد فرايند پردازش آن تماس مي‌شود. در اين بين، هر دو وظيفه مرور وب و ادامه‌ي تماس بدون مانع و با تقسيم وظايف ميان هسته‌ها اجرا مي‌شود؛ اما لاخبار تخصصيا روند اجرا همان سرعت قبلي را ندارد.
معماري هسته‌ها
پردازندههاي چند هسته‌اي موبايل عموما تركيبي از هسته‌هاي بزرگ و كوچك با معماري متفاوت دارند. هسته‌هاي بزرگتر قدرتمندتر و سريع‌تر هستند و در عين حال توان مصرفي بيشتر و دماي كاري بالاتري دارند. هسته‌هاي كوچكتر دراين‌ميان، بازدهي تواني بيشتري دارند؛ يعني با كمترين توان مصرفي به اجراي وظايف معمولي نظير مرور صفحات وب يا پخش فايل‌هاي موسيقي و مولتي مديا مي پردازند. براي اجراي اكثر وظايف و در بيشتر مواقع، موبايل‌هاي هوشمند از هسته‌هاي پردازنده‌ي كوچك استفاده مي‌كنند؛ اما در مواردي كه وظيفه‌ي در حال اجرا منابع بيشتري را از سيستم تقاضا كند، كار به هسته‌هاي بزرگتر با سطح كارايي بيشتر سپرده مي‌شود. براي اجراي بازي‌ها و اپليكيشن‌هاي گرافيكي سنگين، از تركيب هسته‌هاي پردازنده‌ي مركزي و پردازنده‌ي گرافيكي استفاده مي‌شود تا تعادلي ميان سطح عملكرد مورد نياز و ملاحظات گرمايي سيستم نيز برقرار شود. هسته‌هاي بزرگتر را براي مدت‌هاي خيلي طولاني نمي‌توان به كار بست؛ چراكه اين كار باعث ايجاد گرماي زياد و به اصطلاح Overheat مي‌شود و از سويي در اكثر موارد نيازي به اين كار نيست.
اما چه چيزي باعث مي‌شود كه هسته‌هاي بزرگتر عملكرد بهتري نسبت به هسته‌هاي كوچكتر داشته باشند؟ پاسخ تركيبي از نوع چينش هسته‌ها، معماري و فناوري ساخت و سرعت كلاك است. معماري‌هاي مدرن‌تر و فشرده‌تر سطح عملكردي بهتر دارند و از توان مصرفي پردازنده مي‌كاهد.
معماري ARM
قدرت پردازنده‌ي موبايل را تركيبي از نوع چينش هسته‌ها، معماري و فناوري ساخت هسته و سرعت كلاك تعيين مي‌كند
امروزه در ساخت بيشتر پردازندههاي مدرن موبايل از معماري ARM استفاده مي‌شود. ARM شركتي صاحب ايده است كه امتياز معماري انحصاري خود را شامل معماري ۳۲ بيتي و ۶۴ بيتي تا طراحي هسته‌هاي خاص براي پردازنده‌ها، پردازندههاي گرافيكي، تراشه‌هاي پردازش تصويري و... به شركاي تجاري خود نظير اپل، كوالكام، سامسونگ و ديگر تراشه‌سازان مي‌فروشد. اين شركت درواقع مالك دارايي فكري يا IP خود است و از فروش آن منتفع مي‌شود. تراشه‌سازان از اين معماري براي ساخت هسته‌هاي پردازنده‌ي موبايل انحصاري خود استفاده مي‌كنند. كوالكام با معماري ARM تراشه‌هاي اسنپدراگون را توليد مي‌كند و سامسونگ با همين معماري پردازندههاي اگزينوس را مي‌سازد و اپل با تكيه بر معماري ARM پردازندههاي سري A بيونيك را براي استفاده در محصولات آيفون عرضه مي‌كند. آن‌ها هسته‌هاي ARM را با روش طراحي ويژه‌ي خود مطابقت مي‌دهند و با يكديگر تركيب مي‌كنند و براي اين كار رويكردهاي متفاوتي را شامل نحوه‌ي چينش هسته‌ها، سرعت كلاك، نوع و ميزان حافظه‌ي دردسترس و چيدمان و فرم اتصالات داخلي اجزا در پيش مي‌گيرند. نتيجه‌ي تلاش آن‌ها منجر به ايجاد توازن ميان سطح عملكرد، الزامات تواني، ابعاد تراشه و هزينه‌هاي ساخت خواهد شد.
براي مثال در حال حاضر تراشه‌سازان براي ساخت هسته‌هاي بزرگ از معماري Cortex A75 ،Cortex A76 و Cortex A73 با سطح عملكرد بالاي شركت ARM و براي ساخت هسته‌هاي كوچكتر از معماري پربازده‌ي Cortex A55 و Cortex A53 استفاده مي‌كنند. در موبايل‌هاي رده‌بالاي امروزي، معمولاً هسته هاي بزرگ و كوچكي با چينش ۴+۴ ديده مي‌شود كه درنهايت يك پردازنده‌ي مركزي ۸ هسته‌اي را تشكيل مي‌دهد. باوجوداين، برخي تراشه‌سازان از راهكارهاي ديگر و تعداد هسته‌هاي متفاوتي در ساخت پردازندههاي انحصاري خود استفاده مي‌كنند. در بخش ديگري از اين مقاله به مطالعه رويكردهاي متفاوت شركت‌هاي تراشه‌ساز در ساخت پردازندههاي موبايل خواهيم پرداخت. شركت ARM به‌تازگي و در جريان رويداد كامپيوتكس ۲۰۱۹، از معماري جديد Cortex A77 رونمايي كرده كه در آن تعداد دستور‌العمل قابل اجرا در هر سيكل كلاك پردازنده (IPC) نسبت به نسل قبل (Cortex A76) تا ۲۰ درصد بهبود يافته و از قابليت يادگيري ماشين بهتري برخوردار است.
فناوري ساخت تراشه
تراشه‌هاي پردازنده‌ي طراحي‌شده توسط شركت‌هاي كوالكام، سامسونگ، اپل و ديگر تراشه‌سازان توسط كارخانه‌هاي ريخته‌گر سيليكون (فاندريز) با فناوري ساخت خاص و قواعد طراحي مرتبط با آن توليد مي‌شود. امروزه انواع فناوري‌هاي ساخت با اعدادي بر حسب نانومتر بيان مي‌شوند. براي مثال فناوري ساخت ۱۴ نانومتري، ۱۰ نانومتري، ۷ نانومتري و فرايند ساخت ۵ نانومتري كه به‌تازگي معرفي شده است، جزو آخرين فناوري‌هاي ساخت تراشه در جهان به شمار مي‌رود. هرچه فناوري ساخت يك تراشهي پردازنده كوچكتر باشد، تعداد ترانزيستورهاي آن تراشه در واحد سطح افزايش يافته و ابعاد تراشه كاهش مي‌يابد. تراشه‌هاي فشرده‌تر و كوچكتر معمولاً سريع‌تر و كم‌مصرف‌تر از نمونه‌هاي بزرگتر هستند و براي استفاده در متخصصدهاي موبايل مناسب‌تر خواهند بود. يك پردازنده‌ي ۱۰ نانومتري نسبت به يك مدل ۱۴ نانومتري براي استفاده در دستگاهي كه تأمين انرژي آن به يك باتري محدود متكي است، گزينه‌ي بهتري محسوب مي‌شود؛ چراكه اين دستگاه بايد زير فشار پردازش وظايف مختلف، اتصال به شبكه‌ي اينترنت، تماشاي محتواي چند رسانه‌اي و گيمينگ ساعت‌ها دوام آورده، گرما و حرارت كمي توليد كند.
در گذشته، نام‌گذاري فرايند ساخت تراشه اشاره به ابعاد خاص ترانزيستور نظير طول گيت يا Half Pitch داشت، اما امروزه با توجه به رقابت تنگاتنگ كارخانه‌هاي ريخته‌گر سيليكون و تراشه‌سازان، نام‌گذاري‌ها معناي حقيقي خود را از دست داده و بيشتر بر جنبه‌هاي بازاريابي متمركز است.
درواقع اكنون ارتباط خاصي ميان نام‌گذاري و ابعاد ترانزيستورها وجود ندارد و نام‌گذاري فرايند كوچكتر لاخبار تخصصيا به‌معناي تعداد ترانزيستورهاي بيشتر در واحد سطح نيست. شركت‌هاي ريخته‌گر مختلف با با فرايندهاي ساختي با نام‌هاي گوناگون، تراشه‌هايي با ابعاد، چگالي و كارايي ترانزيستور مختلف ارائه مي‌دهند. فرايند ساخت ۱۰ نانومتري اينتل و ۷ نانومتري شركت‌هاي ديگر يا فرايند ساخت ۷ نانومتري اينتل و فرايند ۳ نانومتري ديگر تراشه‌سازان به‌طور تقريبي قابل تطبيق است.
براساس قانون مور، فرايند ساخت تراشه‌ها به نحوي پيشروي مي‌كند كه تعداد ترانزيستورها در يك مدار مجتمع چگال هر ۱۸ تا ۲۴ ماه دو برابر شود. اين قانون برگرفته از اسناد نوشته‌شده به دست گوردون مور، بنيانگذار اينتل در سال ۱۹۶۵ است.
پردازندههاي گرافيكي
با پيشرفت فناوري‌هاي گرافيكي و بهبود حيرت‌آور جلوه‌هاي گرافيكي بازي‌هاي موبايل، تراشه‌سازان مختلف پردازندههاي گرافيكي متفاوت و سريعي را توسعه مي‌دهند. روند طراحي و ساخت پردازندههاي گرافيكي موبايل نيز مشابه هسته‌هاي پردازنده‌ي مركزي است. اين بار نيز شركت‌هاي صاحب ايده، معماري انحصاري خود را طراحي مي‌كنند و آن را دراختيار شركاي تراشه‌ساز خود قرار مي‌دهند. تراشه‌سازان پردازندههاي گرافيكي مورد نياز خود را بر پايه‌ي معماري خريداري‌شده توليد مي‌كنند. پردازنده‌ي گرافيكي Mali متعلق به ARM، آدرنو كه در انحصار كوالكام است و معماري گرافيكي PowerVR از محصولات شركت Imagination Technology از جمله معروف‌ترين معماري پردازندههاي گرافيكي محسوب مي‌شود كه تراشه‌هاي متعدد و قدرتمندي تاكنون با به‌كارگيري آن‌ها ساخته شده است.
پردازنده‌ي گرافيكي Mali
هسته‌هاي گرافيكي Mali يك موتور پردازش سه‌بعدي خالص بدون كنترلر نمايشگر است كه تصاوير گرافيكي را پس از رندر به حافظه ارسال كرده و اجزاي ديگر SOC تصاوير دريافتي را به خروجي نمايشگر ارسال مي‌كنند. البته ARM كنترلر نمايشگر انحصاري خود را نيز توسعه داده كه امتياز آن را به‌صورت جداگانه به فروش مي‌رساند. نمونه مشهور پردازنده‌ي گرافيكي ARM مدل Mali G72 است كه با فناوري ساخت ۱۰ نانومتري توليدشده و در پردازنده‌هايي مثل Kirin 970 هواوي و اگزينوس 9810 سامسونگ به‌كار رفته است.
نمونه‌ي پردازنده گرافيكي ديگر بر پايه‌ي معماري ARM مدل Mali G76 است كه اجراي محاسبات گرافيكي در تراشه‌هاي پرچم‌دار ۲۰۱۹ مثل Kirin 980 و اگزينوس 9820 را به عهده دارد. اين پردازنده ۴ تا ۲۰ هسته‌ي سايه‌زن داشته و با فناوري ساخت ۸ يا ۷ نانومتري توليد مي‌شود. هسته‌هاي سايه‌زن در فركانس كاري ۷۲۰ مگاهرتز فعاليت مي‌كنند. هر دو مدل پردازنده‌ي گرافيكي Mali G72 و G76 از API-هاي ولكان ۱.۱، Open GL ES نسخه‌ي ۳.۲ و Open CL نسخه‌ي ۲ همراهي مي‌كند.
آخرين معماري پردازندههاي گرافيكي ARM كه در جريان رويداد كامپيوتكس ۲۰۱۹ معرفي شد، Mali G77 است كه با فناوري ساخت ۷ نانومتري توليد شده، و دربرگيرنده ۷ تا ۱۶ هسته‌ي سايه‌زن با فركانس كاري ۸۵۰ مگاهرتز است. در طراحي اين پردازنده‌ي گرافيكي، از معماري جديد Vallhall استفاده شده است كه شامل موتور جديد Superscalar مي‌شود و تا ۶۰ درصد قابليت‌هاي يادگيري تراشه را بهبود مي‌بخشد. بنا به‌گفته‌ي شركت طراح، Mali G77 تا ۳۰ درصد بهره‌وري انرژي بيشتر و تا ۳۰ درصد سطح عملكرد بهتري در مقايسه با نسل قبل از آن دارد.
پردازنده‌ي گرافيكي Adreno
آدرنو، نام پردازنده‌ي گرافيكي اختصاصي شركت كوالكام است كه در SOCهاي موبايل اين شركت با نام اسنپدراگون مورد استفاده قرار مي‌گيرد. هسته‌ي اين برند ابتدا با نام Imageon در تصاحب شركت ATI Technologies بود كه در سال ۲۰۰۶ توسط AMD خريداري شد. AMD زيرمجموعه‌ي Imageon را در ژانويه ۲۰۰۹ طي قراردادي به كوالكام واگذار كرد و كوالكام آن را به آدرنو تغيير نام داد كه درواقع واروواژه‌ي كلمه‌ي رادئون است.
پردازندههاي گرافيكي آدرنو 630 و 640 از جمله قدرتمندترين پردازندههاي گرافيكي موبايل است كه تا به امروز توسعه يافته و در موبايل‌هاي هوشمند پرچم‌دار مورد استفاده قرار گرفته است. آدرنو 630 و 640 به ترتيب داراي ۵۱۲ و ۷۶۸ واحد محاسباتي ALU بوده، از حافظه‌هاي چهار كاناله LPDDR4X (مجموع پهناي باس ۶۴ بيت) با فركانس به ترتيب ۱۸۶۶ مگاهرتز و ۲۱۳۳ مگاهرتز همراهي مي‌كند. فركانس كلاك هسته‌هاي پردازنده در اين دو مدل به ترتيب ۷۱۰ و ۵۸۵ مگاهرتز است. آدرنو 630 با فناوري ساخت ۱۰ نانومتري و آدرنو 640 با فرايند ساخت ۷ نانومتري توليد مي‌شود. هر دو مدل از API-هاي ولكان 1.1، Open GL ES نسخه‌ي ۳.۲ و Open CL نسخه‌ي ۲ همراهي مي‌كنند. توان محاسباتي پردازنده‌ي گرافيكي آدرنو 630 و 640 در اجراي محاسبات اعشاري FP32 به ترتيب ۳۶۳ و ۴۴۹ گيگافلاپس است.
جديدترين تراشهي گرافيكي آدرنو كه توسط كوالكام در جريان رويداد كامپيوتكس ۲۰۱۹ معرفي شد، پردازنده‌ي گرافيكي Adreno 680 است.اين تراشه با فناوري ساخت ۷ نانومتري توليد شده و از حافظه‌هاي هشت كاناله‌ي LPDDR4X (با مجموع پهناي باس ۱۲۸ بيت) با فركانس ۲۱۳۳ مگاهرتز همراهي مي‌كند و بدين ترتيب مجموع پهناي باند حافظه‌ي گرافيكي تا دو برابر نسل قبل (آدرنو 640) افزايش يافته است. پردازنده‌ي گرافيكي آدرنو 680 نسبت به نسل قبلي دو برابر ترانزيستور بيشتر دارد و حداكثر از دو نمايشگر 4K HDR همراهي مي‌كند. قرار است از اين پردازنده‌ي گرافيكي قدرتمند در آخرين تراشهي پردازنده كوالكام با نام اسنپدراگون 8cx استفاده شود. بنا به‌گفته كوالكام، اين پردازنده گرافيكي تا سه‌ونيم برابر سريع‌تر از پردازنده‌ي گرافيكي به‌كاررفته در تراشهي اسنپدراگون 835 عمل مي‌كند و نسبت به تراشهي اسنپدراگون 850 تا ۶۰ درصد بهره‌وري انرژي بيشتري دارد.
پردازنده‌ي گرافيكي PowerVR
PowerVR يكي از زيرمجموعه‌هاي شركت Imagination Technologies است كه كار خود را با ساخت راهكارهاي گرافيكي براي كامپيوترهاي دسكتاپ آغاز كرد. اما در خلال سال‌هاي بعد PowerVR اين كار را رها كرد و دست به طراحي تراشه‌هاي گرافيكي كم‌مصرف براي تجهيزات پرتابل زد. معماري تراشه‌هاي گرافيكي PowerVR نيز به‌مانند تراشه‌هاي Mali توسط شركت توسعه‌دهنده‌ي معماري طراحي شده است و به شركت‌هاي ديگري نظير اينتل، اپل، سامسونگ و مدياتك فروخته مي‌شود. بسياري از تراشه‌هاي سري A اپل، تراشه‌هاي MT6 و Hellio مدياتك، برخي از تراشه‌هاي اينتل Atom و… ميزبان پردازندههاي گرافيكي PowerVR هستند.
كوالكام و پردازندههاي اسنپدراگون
كوالكام يك شركت نيمه‌هادي‌ساز چندمليتي است كه مقر آن در آمريكا است. اين شركت علاوه‌بر تراشه‌هاي نيمه‌هادي، به توليد تجهيزات ارتباطي و مخابراتي نيز مي‌پردازد. اما ناگفته پيدا است كه بيشتر منابع درآمد اين شركت از فروش تراشه‌هاي موبايل تأمين مي‌شود. پردازندههاي موبايل اين شركت با نام اسنپدراگون، مشهورترين تراشه‌هاي مورد استفاده در موبايل‌هاي هوشمند است كه سطوح عملكرد و بازدهي تواني قابل‌توجهي به بار مي‌آورد. اين پردازنده‌ها به‌خوبي از پس اجراي مالتي تسكينگ برمي‌آيند.
كوالكام نيز به‌مانند شركت‌هاي ديگر در تراشه‌هاي اسنپدراگون خود از هسته‌هاي پردازنده‌اي بر پايه‌ي معماري ARM استفاده مي‌كند. همان‌طور كه گفته شد، اين شركت از پردازندههاي گرافيكي اختصاصي خود با نام آدرنو در تراشه‌هاي Snapdragon استفاده مي‌كند. اين پردازندههاي گرافيكي كه طراحي و توليد آن به دست خود كوالكام انجام مي‌پذيرد، به‌خوبي با ساير اجزاي SOC تطبيق مي‌يابد و عملكردي درخشان را دركنار ساير اعضا از خود به نمايش در مي‌آورد. به‌جز مواردي معدود، تراشه‌هاي اسنپدراگون در مقايسه با تراشه‌هاي ساير شركت‌ها با دماي كمتري كاركرده، بازدهي توان مطلوبي دارند. اين تراشه‌ها نسبت به پردازندههاي ساير شركت‌ها ارزش‌هاي بالاتري دارند.
اسنپدراگون تراشه‌هاي خود را برحسب سطح عملكرد در سري‌هاي عددي مختلفي جاي مي‌دهد. اين شركت تاكنون تراشه‌هاي اسنپدراگون سري ۸۰۰، ۷۰۰، ۶۰۰، ۴۰۰ و ۲۰۰ را توسعه داده است. هرچه اعداد بزرگتر مي‌شود، عموما با بهبود كارايي تراشه مواجه هستيم. تراشه‌هاي پرچم‌دار كوالكام كه در موبايل‌هاي پرچم‌دار مورد استفاده قرار مي‌گيرند، متعلق به اسنپدراگون سري ۸۰۰ هستند. تراشه‌هايي كه در سري ۷۰۰ جاي مي‌گيرند، سطح عملكرد بسيار مطلوبي را از خود به نمايش مي‌گذارند و گاه حتي بهتر از پرچم‌داران نسل‌هاي قبلي عمل مي‌كنند. سري ۷۰۰ تراشه‌هاي اسنپدراگون جديدترين سري توسعه‌يافته توسط كوالكام است و تاكنون تعداد انگشت‌شماري از تراشه‌هاي ساخت اين شركت نظير اسنپدراگون ۷۱۰ و ۷۱۲ و اخيراً اسنپدراگون ۷۳۰ وارد اين رده‌بندي شده‌اند. پردازندههاي سري ۶۰۰ به‌عنوان پردازندههاي ميان‌رده در موبايل‌هاي هوشمند ميان‌رده موجود در بازار به‌وفور يافت مي‌شود و سطح عملكردي خوب و بدون لگ و تأخير دارد. پردازندههاي اسنپدراگون ۶۳۰ و ۶۶۰ از معروف‌ترين تراشه‌هاي سري ۶۰۰ است. پردازندههاي معمولي و پايين‌رده اسنپدراگون هم در سري‌هاي ۴۰۰ و ۲۰۰ جاي مي‌گيرند.
معروف‌ترين تراشهي پرچم‌دار شركت كوالكام در حال حاضر، اسنپدراگون ۸۵۵ است. از اين تراشه در موبايل‌هاي رده‌بالايي نظير وان‌پلاس ۷، ذن‌فون ۶، اوپو رينو ۱۰ ايكس اخبار تخصصي، سامسونگ گلكسي فولد، ال‌جي G8 و V50 تينكيو استفاده شده است. اسنپدراگون ۸۵۵ با فناوري ساخت ۷ نانومتري شركت تايواني TSMC توليد مي‌شود و درواقع اولين تراشهي كوالكام است كه در آن از فناوري ساخت يادشده استفاده شده است. كوالكام تاكنون صحبتي در مورد تعداد ترانزيستورهاي به‌كاررفته در اين تراشه نكرده است، اما قطعاً بهبود فرايند ساخت باعث قرارگيري تعداد بيشتري ترانزيستور در فضايي فشرده‌تر مي‌شود. سطح مقطع تراشهي پرچم‌دار اسنپدراگون معادل ۷۳ ميلي‌متر مربع است.
كوالكام در اين تراشه، هشت هسته‌ي پردازشي از سه نوع به‌كار برده است. يك هسته‌ي Kyro 485 Gold Prime با فركانس ۲.۸۴ گيگاهرتز و ۵۱۲ كيلوبايت كش سطح ۲ مبتني بر معماري Cortex A76، دو هسته با سطح عملكرد بالاي Kyro 485 Gold با فركانس ۲.۴۲ گيگاهرتز و ۲۵۶ كيلوبايت كش سطح ۲ به ازاي هر هسته، مبتني بر همان معماري و بالاخره ۴ هسته‌ي پربازده‌ي Kyro 485 Silver با فركانس ۱.۸ گيگاهرتز و مبتني بر معماري Cortex A55، مجموعه‌ي پرقدرت پردازش اين تراشه را تشكيل داده‌اند. دركنار هسته‌هاي پردازنده‌ي اصلي از پردازنده‌ي گرافيكي سه هسته‌اي Adreno 640 استفاده شده است كه در مورد آن صحبت شد. اين تراشهي گرافيكي با قابليت‌هاي متنوعي نظير گيمينگ HDR (با عمق رنگ ۱۰ بيت و فضاي رنگي Rec. ۲۰۲۰)، امكان بازي با خروجي ۱۲۰ فريم‌بر‌ثانيه، امكان رمزگشايي سخت‌افزاري ويدئوهاي H.265 و VP9، پخش ويدئوهايي با فرمت HDR10+ و HDR10 و همراهي از پخش ويدئوي واقعيت مجازي با وضوح 8K قابليت‌هاي تراشهي اسنپدراگون ۸۵۵ را كامل مي‌كند.
تراشهي پردازش شبكه‌ي عصبي Hexagon 690 كه نسل چهارم «موتور هوش مصنوعي» تراشه‌هاي اسنپدراگون است امكان اجراي بيش از ۷ تريليون عمليات را در هر ثانيه دارا است كه در مقايسه با عدد ۲ تريليون عمليات در هر ثانيه‌ي تراشهي A12 بيونيك اپل به مراتب بيشتر است. يك شتاب‌دهنده‌ي برداري (Hexagon Vector Accelerator)، يك شتاب‌دهنده‌ي تانسوري جديد ( Hexagon Tensor Accelerator) و دستيار صوتي Hexagon بخش‌هاي مختلف اين موتور هوش مصنوعي را تشكيل مي‌دهد.
مودم ارتباطي شبكه‌ي 4G مورد استفاده در اين تراشه LTEX24 كوالكام است كه سرعت دانلود آن بالغ بر ۲ گيگابيت‌برثانيه و حداكثر سرعت آپلود آن ۳۱۶ مگابيت بر ثانيه است. اسنپدراگون ۸۵۵ اولين تراشهي تجاري موبايل است كه با تجهيز به مودم X50 5G امكان اتصالي پرسرعت به شبكه 5G را دارد. در اين حالت سرعت دانلود به ۵ گيگابيت‌برثانيه مي‌رسد.
اين تراشه از استاندارد جديد Wi-Fi 802.11ax كه با عنوان واي‌فاي ۶ شناخته مي‌شود نيز همراهي مي‌كند. اين استاندارد را مي‌توان يك ارتباط بي‌سيم پربازده در انديشه متخصصين گرفت كه در دو باند طيفي ۲.۴ و ۵ گيگاهرتز عمل مي‌كند. تجهيزات بي‌سيم تحت اين استاندارد كه در رويداد CES 2019 به نمايش درآمد، حداكثر سرعت ۱۱ گيگابيت‌برثانيه داشتند.
كنترلر حافظه در اسنپدراگون ۸۵۵ حداكثر از ۱۶ گيگابايت حافظه‌ي رم هشت كاناله‌ي LPDDR4X با فركانس ۲۱۳۳ مگاهرتز و با مجموع پهناي باند ۳۴.۱۳ گيگابايت بر ثانيه همراهي مي‌كند.
پردازنده‌ي سيگنال تصوير (دوربين) اسنپدراگون ۸۵۵ با نام Spectra 380 با داشتن دو CV-ISP چهارده بيتي قابليت همراهي از دوربين واحدي با لنز ۴۸ مگاپيكسلي يا دو دوربين با لنز ۲۴ مگاپيكسلي، فيلم‌برداري 4K HDR با نرخ فريم ۶۰ و با همراهي از استانداردهاي HDR10 ،HDR10+ و HLG را دارد. عمق رنگ ۱۰ بيتي و فضاي رنگي Rec. ۲۰۲۰ در اين حالت همراهي مي‌شود. اين تراشه با سگمنتيشن هم‌زمان اشيا امكان تصويربرداري پرتره حرفه‌اي و مات كردن زمينه تصوير را فراهم مي‌كند.
تراشهي پرچم‌دار كوالكام از نسخه‌ي ۵ بلوتوث، NFC، كانال‌هاي متعدد ماهواره‌ي مكان‌يابي، USB 3.1 نوع C و آخرين نسخه‌ي شارژ سريع كوالكام با نام Quick Charge 4 Plus همراهي مي‌كند. بنا به‌گفته‌ي كوالكام، با تجهيز به اين استاندارد امكان شارژ دستگاه هوشمند تا ۵۰ درصد در مدت ۱۵ دقيقه وجود دارد.
تراشه اسنپدراگون ۸۵۵ در آزمون‌هاي Geecbench در بخش پردازش تك‌هسته‌اي تا ۴۵ درصد و در بخش چندهسته‌اي تا ۲۹ درصد سريع‌تر از تراشهي ۱۰ نانومتري اسنپدراگون ۸۴۵ عمل مي‌كند. اسنپدراگون ۸۵۵ به‌لطف استفاده از سه كلاستر در هسته‌هاي پردازنده (چينش ۴+۳+۱) به‌جاي چينش مرسوم ۴+۴ و با به‌كارگيري يك هسته‌ي Prime مبتني بر Cortex A76 با حداكثر سرعت كلاك بالاتر، سه هسته‌ي بزرگ ديگر با اتكا بر همين معماري و همچنين تجهيز به حافظه‌ي كش بيشتر، سطح عملكرد بسيار بهتري نسبت به اسنپدراگون ۸۴۵ دارد. از سوي ديگر پردازنده‌ي گرافيكي آدرنو 640 نيز تا ۲۰ درصد سريع‌تر از آدرنو 630 عمل مي‌كند. امتياز Antutu موبايل Mi 9 شيائومي مجهز به اسنپدراگون ۸۵۵ معادل ۳۷۴۹۲۸ است كه در مقايسه با موبايل Mi 8 با پردازنده‌ي اسنپدراگون ۸۴۵ با امتياز ۲۸۷۸۸۲ بسيار بهتر است. در تصوير زير، رتبه‌ي Antutu برخي از موبايل‌هاي پرچم‌دار مجهز به اين دو تراشه مقايسه شده است.
در جدول زير مشخصات آخرين پردازندههاي موبايل پرچم‌دار اسنپدراگون با يكديگر مقايسه شده است.
Snapdragon 855 | |||
|---|---|---|---|
نوع هسته‌هاي پردازنده‌ي مركزي | Kryo 485 | Kryo 385 | Kryo 280 |
چينش هسته‌ها | 1x 2.84GHz (Cortex A76) 3x 2.42GHz (Cortex A76) 4x 1.8GHz (Cortex-A55) | 4x 2.8GHz (Cortex-A75) 4x 1.7GHz (Cortex-A55) | 4x 2.45GHz (Cortex-A73) 4x 1.9GHz (Cortex-A53) |
پردازنده‌ي گرافيكي | Adreno 640 | Adreno 630 | Adreno 540 |
تراشهي DSP | Hexagon 690 | Hexagon 685 | Hexagon 682 |
فناوري ساخت | 7nm FinFET | 10nm LPP FinFET | 10nm LPE FinFET |
دوربين | 48MP single / 24MP dual | 32MP single / 16MP dual | 32MP single / 16MP dual |
مودم | X24 LTE, 2000 Mbps download | x20 LTE, 1200 Mbps down | X16 LTE, 1000 Mbps down |
كوالكام در جريان رويداد كامپيوتكس ۲۰۱۹ از تراشهي اسنپدراگون جديدي با نام 8cx رونمايي كرد كه مجهز به ۴+۴ هسته‌ي Kyro 495 و پردازنده‌ي گرافيكي آدرنو 680 است. اين تراشه از ۱۰ مگابايت حافظه‌ي كش برخوردار بوده و از ۸ كانال حافظه‌ي LPDDR4X با حداكثر پهناي باند ۶۸.۲۶ گيگابايت بر ثانيه همراهي مي‌كند كه اين ميزان دو برابر پهناي باند حافظه‌ي اسنپدراگون ۸۵۵ از همين نوع است. اسنپدراگون 8cx در ساير موارد مشابه پرچم‌دار نسل قبل خود است.
اسنپدراگون ۸۵۵ در پردازش تك هسته‌اي تا ۴۵ درصد و در پردازش چندهسته‌اي تا ۲۹ درصد بهتر از پرچم‌دار نسل قبل خود اسنپدراگون ۸۴۵ عمل مي‌كند
اپل و پردازندههاي سري A
اپل هم به نوبه‌ي خود SOC-هايي را براي استفاده در دستگاه‌هاي قابل حمل برند خود از قبيل آيفون، آيپد، آيپاد تاچ و حتي تلويزيون‌هاي اپل طراحي كرده و ساخت اين تراشه‌ها را به شركت‌هايي نظير TSMC و سامسونگ واگذار مي‌كند. اپل در ساخت جديدترين پردازندههاي موبايل خود از هسته‌هاي پردازنده‌اي بر پايه‌ي معماري ARM، پردازنده‌ي گرافيكي با طراحي اختصاصي خود و ساير اجزاي مورد نياز استفاده مي‌كند. معروف‌ترين و به‌روزترين پردازندههاي ساخت اپل تراشه‌هاي SOC سري A اين شركت است كه در اكثر محصولات اخير اين شركت به كار مي‌رود.
اپل A11 بيونيك يكي از جديدترين و مشهورترين SOC-هاي طراحي‌شده توسط اپل است كه با فناوري ساخت ۱۰ نانومتري TSMC از سال ۲۰۱۷ تاكنون در تايوان توليد مي‌شود. ۶ هسته‌ي پردازنده‌ي مركزي اين تراشه مبتني بر معماري ۶۴ بيتي ARM بوده و در موبايل‌هاي مشهوري نظير آيفون ۸ و ۸ پلاس و آيفون X انجام وظايف سنگين و سبك پردازش را عهده‌دار هستند. اين پردازنده‌ي ۶ هسته‌اي از دو هسته‌ي پردازشي با سطح عملكرد بالا با نام Monsoon برخوردار است كه به‌گفته‌ي اپل تا ۲۵ درصد سريع‌تر از هسته‌هاي مشابه در تراشهي A10 اين شركت است. چهار هسته‌ي كوچكتر Mistral با بهره‌وري تواني بالا اين دو هسته را همراهي مي‌كنند كه ميزان بهره‌وري تواني آن‌ها نسبت به هسته‌هاي مشابه تراشهي A10 تا ۷۰ درصد بالاتر است (گفتني است از تراشهي A10 در موبايل‌هاي هوشمندي نظير آيفون ۷ و ۷ پلاس استفاده شده است).
حداكثر فركانس كلاك هسته‌هاي پردازنده‌ي A11 روي عدد ۲.۳۹ گيگاهرتز تنظيم شده است. تراشهي A11 از كنترلر سطح عملكرد جديدي بهره‌مند است كه در شرايط نياز تمام هسته‌ها را هم‌زمان و با حداكثر ظرفيت به‌كار مي‌گيرد؛ در طراحي تراشهي A10 چنين حالتي پيش‌بيني نشده بود و همين امر باعث مي‌شود اين تراشه در محاسبات سنگين چندرشته‌اي تا ۷۰ درصد سريع‌تر عمل كند. پردازنده‌ي گرافيكي اين تراشه با طراحي اختصاصي اپل سه هسته دارد كه تا ۳۰ درصد بهتر از پردازنده‌ي گرافيكي نسل قبل خود عمل مي‌كند. اپل در پردازندههاي پيشين خود بيشتر تمايل به استفاده از تراشه‌هاي گرافيكي PowerVR داشت.
در اين تراشه ۴.۳ ميليارد ترانزيستور در سطحي به كوچكي ۸۷.۶۶ ميلي‌متر مربع گردآوري شده است كه تا ۳۰ درصد ابعاد كمتري نسبت به تراشهي A10 اپل دارد. مقدار ۲ يا ۳ گيگابايت حافظه‌ي رم از نوع LPDDR4X با طراحي پكيج روي پكيج (POP) تراشهي اصلي را همراهي مي‌كند و اين ميزان حافظه ميان اجزاي SOC به اشتراك گذارده شده است. واحد پردازش عصبي اختصاصي اين تراشه با نام «موتور عصبي» قابليت اجراي ۶۰۰ ميليارد عمليات را در هر ثانيه دارد و در انجام كارهايي مانند تشخيص چهره، Animoji و ساير وظايف يادگيري ماشين به كار بسته مي‌شود.
جديدترين پردازنده‌ي موبايل اپل تراشهي A12 بيونيك است كه از سال ۲۰۱۸ تاكنون در رده‌بالاترين دستگاه‌هاي قابل حمل اين شركت به‌كار گرفته مي‌شود. هسته‌هاي پردازنده‌ي مركزي اين تراشه نيز بر پايه‌ي معماري ۶۴ بيتي ARM طراحي و توليد شده است و كار پردازش را در موبايل‌هاي رده‌بالايي نظير آيفون XS، آيفون XS مكس و محصول به‌روز آيفون XR برعهده دارد. اين تراشه نيز به ۶ هسته‌ي پردازنده مجهز شده است كه دو هسته‌ي بزرگ Vortex با سطح كارايي بالا تا ۱۵ درصد سريع‌تر از هسته‌هاي مشابه در تراشهي A11 بوده و چهار هسته‌ي كوچك پر بازدهي Tempest تا ۵۰ درصد مصرف توان كمتري نسبت به هسته‌هاي مشابه A11 دارد. سرعت كلاك هسته‌هاي اين پردازنده ۲.۴۹ گيگاهرتز است. اين تراشه براي اولين‌بار با فناوري ساخت ۷ نانومتري توسط شريك تايواني اپل، TSMC توليد مي‌شود.
پردازنده‌ي گرافيكي اين تراشه نيز به‌طور اختصاصي توسط اپل طراحي شده است و تا ۵۰ درصد سريع‌تر از تراشهي گرافيكي A11 عمل مي‌كند. تراشهي پردازنده‌ي A12 دربرگيرنده‌ي تراشهي شبكه‌ي عصبي قدرتمندي است كه اپل آن را «موتور عصبي نسل بعد» مي‌نامد. اين تراشه ۸ هسته دارد و قادر است ۵ ميليارد عمليات ۸ بيتي را در هر ثانيه اجرا كند. تراشهي A12 اپل دربرگيرنده‌ي ۶.۹ ميليارد ترانزيستور است و در فضايي به مساحت ۸۳.۲۷ ميلي‌متر مربع جاي مي‌گيرد كه ۵ درصد كوچكتر از A11 است.
البته اپل نسخه‌ي قدرتمندتري از تراشهي A12 بيونيك را با نام A12X بيونيك در اكتبر ۲۰۱۸ به‌عنوان قلب تپنده‌ي محصولات جديدش يعني آيپد پرو ۱۱ اينچي و آيپد پرو نسل سومي ۱۲.۹ اينچي معرفي كرد. اپل در معرفي آيپدهاي جديد آن‌ها را از ۹۲ درصد كامپيوترهاي قابل حمل فروخته شده در دوازده ماه منتهي به اكتبر ۲۰۱۸؛ شامل لپ‌تاپ‌هاي Core i7 مصارف عام اينتل سريع‌تر دانست. اين سرعت حيرت‌انگيز به كمك تراشهي جديد اپل A12X معني مي‌يافت؛ تراشهي A12X كه اولين پردازنده‌ي موبايل ۸ هسته‌اي اين شركت صاحب نام است. اپل مي‌گويد A12X بيونيك در پردازش تك هسته‌اي ۳۵ درصد سريع‌تر از تراشهي پيشين خود A10X بوده و در پردازش چند هسته‌اي تا ۹۰ درصد بهتر از آن عمل مي‌كند. اين تراشه نيز با فناوري ۷ نانومتري TSMC ساخته شده و هسته‌هاي پردازنده مبتني بر معماري ۶۴ بيتي ARM توسعه يافته است. در اين تراشه ۱۰ ميليارد ترانزيستور تعبيه شده كه در مقايسه با ۶.۹ ميليارد ترانزيستور A12 بيونيك پيشرفت چشمگيري به شمار مي‌رود. البته سطح مقطع Die در نسخه‌ي پيشرفته‌تر كمي بزرگتر از نسخه‌ي پايه است.
اين پردازنده، ۴ هسته‌ي Vortex با سطح عملكرد بالا و چهار هسته‌ي پربازده Tempest دارد و حداكثر سرعت كلاك هسته‌ها در آن ۲.۴۹ گيگاهرتز است. هسته‌هاي Tempest سطح عملكردي مشابه هسته‌هاي Cortex A73 دارد و بر پايه‌ي هسته‌هاي Swift در تراشهي A6 اپل توسعه يافته است. پردازنده‌ي گرافيكي A12X با داشتن هفت هسته‌ي محاسباتي سطح عملكردي تا دو برابر بهتر ازA10X دارد. همچنين اين GPU قدرت بيشتري نسبت به پردازنده‌ي گرافيكي A12 دارد. واحد پردازش عصبي به كار رفته در اين تراشه تفاوتي با پردازنده‌ي A12 بيونيك ندارد.
سامسونگ و تراشه‌هاي اگزينوس
سامسونگ شركتي كه طراح و سازنده تراشه‌هاي گوناگون است، دستي در بازار پردازندههاي موبايل نيز دارد و پردازندههاي اختصاصي خود را با نام اگزينوس (Exynos) توسعه مي‌دهد. اگزينوس SOCهايي بر پايه‌ي معماري ARM است كه سامسونگ خود طراحي و توليد تراشهي آن را (به‌جاي تكيه بر شركت‌هاي ريخته‌گر تراشه) برعهده دارد. از اين تراشه در طيف گسترده‌اي از موبايل‌هاي هوشمند ميان‌رده و رده‌بالاي سامسونگ استفاده مي‌شود. سامسونگ از سال ۲۰۱۰ اقدام به طراحي و توليد اين تراشه‌ها كرده و با پيشرفت فناوري هر سال پردازندههاي موبايل قوي‌تري را معرفي و روانه‌ي بازار كرده است. اين شركت در ساخت هسته‌هاي پردازنده‌ي مركزي اگزينوس هم‌زمان از هسته‌هاي سفارشي با طراحي اختصاصي خود و همچنين هسته‌هاي ديگري با معماري ARM استفاده مي‌كند. سامسونگ براي پردازش محتواي گرافيكي در اين تراشه‌ها بر پردازندههاي گرافيكي Mali متكي است. تراشه‌هاي اگزينوس در سري‌هاي مختلفي شامل سري‌هاي ۲ تا ۹ جاي مي‌گيرند كه با بالا رفتن شماره سري‌ها، قدرت و كيفيت اين تراشه‌ها نيز بيشتر مي‌شود.
يكي از جديدترين پردازندههاي موبايل ساخت سامسونگ، تراشه پرچم‌دار اگزينوس ۹۸۱۰ است. اين تراشه كه در موبايل‌هاي پرچم‌دار ۲۰۱۸ نظير گلكسي اس ۹، گلكسي اس ۹ پلاس و گلكسي نوت ۹ به كار رفته است، با فناوري ساخت ۱۰ نانومتري ويژه‌ي سامسونگ توليد مي‌شود. در اين پردازنده از ۴ هسته‌ي بزرگ اختصاصي با نام اگزينوس M3 با فركانس ۲.۹ گيگاهرتز و ۴ هسته‌ي كوچك بر پايه‌ي معماري Cortex A55 با فركانس ۱.۹ گيگاهرتز استفاده شده است. پردازنده‌ي گرافيكي اين تراشه Mali G72 استفاده شده كه سرعت كلاك آن روي عدد ۵۷۲ مگاهرتز تنظيم شده و توان محاسبات FP32 آن بالغ بر ۳۷۰ گيگافلاپس است. اين پردازنده از چهار كانال حافظه‌ي LPDDR4X با حداكثر فركانس ۱۷۹۴ مگاهرتز و حداكثر پهناي باند ۲۸.۷ گيگابايت بر ثانيه همراهي مي‌كند. مساحت Die اين تراشه ۱۱۸.۹۴ ميلي‌متر مربع است.
اگزينوس ۹۸۲۰ پيشرفته‌ترين پردازنده‌ي موبايل سامسونگ است كه در موبايل‌هاي پرچم‌دار سال جاري سامسونگ نظير گلكسي اس ۱۰ و اس ۱۰ پلاس استفاده شده است. اين تراشهي قدرتمند با فناوري ساخت ۸ نانومتري سامسونگ ساخته شده و نسبت به تراشهي نسل قبل خود چگالي ترانزيستور بيشتر و بهره‌وري تواني بالاتري دارد. باوجوداين، سطح مقطع Die اگزينوس ۹۸۲۰ معادل ۱۲۷ ميلي‌متر مربع بوده و بزرگتر از تراشهي پرچم‌دار نسل قبل سامسونگ است. اين پردازنده ۸ هسته‌اي قدرتمند براي اجراي بهينه‌ي پردازش‌هاي سنگين و مالتي تسكينگ از يك چينش هسته‌ي ۳ كلاستري شبيه به پردازندههاي اسنپدراگون ۸۵۵ كوالكام و Kirin 980 هواوي بهره‌مند است. دو هسته‌ي بسيار بزرگ اين تراشه درواقع نسل چهارم هسته‌هاي پردازنده اختصاصي سامسونگ با نام اگزينوس M4 است كه سرعت كلاك آن روي ۲.۳ گيگاهرتز تنظيم شده و حداكثر توان پردازشي اين تراشه را به بار مي‌آورد. دركنار هسته‌هاي اختصاصي سامسونگ، دو هسته‌ي بزرگ با سطح عملكرد بالا مبتني بر معماري Cortex A75 قرار گرفته كه سرعت كلاك آن ۱.۹ گيگاهرتز است. ۴ هسته‌ي كوچك از نوع Cortex A55 براي افزايش حداكثري بهره‌وري انرژي به اين مجموعه افزوده شده است. چنين پيكربندي هسته‌هاي پردازنده‌اي به ابزار هوشمند زمانبندي اجراي وظيفه نيز مجهز شده كه سطح عملكرد چند هسته‌اي (مالتي تسكينگ) اين پردازنده را در مقايسه با اگزينوس ۹۸۱۰ تا ۱۵ درصد بهبود مي‌بخشد. اين پردازنده در زمان اجراي وظايف سنگين تك‌هسته‌اي، به‌دليل بهره‌مندي از هسته‌هاي ممتاز سفارشي نسل چهارم سامسونگ با دسترسي بهينه به حافظه، تا ۲۰ درصد سريع‌تر از نسل قبل خود عمل مي‌كند. بنا به‌گفته‌ي سامسونگ تراشهي اگزينوس ۹۸۲۰ نسبت به ۹۸۱۰ تا ۴۰ درصد بهره‌وري تواني بالاتري داشته و بدين ترتيب انرژي كمتري مصرف مي‌كند.
سامسونگ در SOC اگزينوس ۹۸۲۰ واحد پردازش عصبي يا NPU قدرتمندي را براي اجراي پردازش مبتني بر هوش مصنوعي به كار گرفته است. اين واحد پردازش عصبي، پردازنده‌ي مركزي را قادر مي‌سازد عمليات‌هاي مرتبط با هوش مصنوعي را تا ۷ برابر سريع‌تر از تراشه ۹۸۱۰ كه فاقد اين ويژگي است، به اجرا درآورد. بهبود كيفيت تصاوير گرفته‌شده با دوربين، ايجاد جلوه‌هاي واقعيت افزوده‌ي پيشرفته و ديگر قابليت‌هاي هوش مصنوعي به‌واسطه‌ي وجود اين تراشهي پيشرفته بيش از گذشته دست‌يافتني است.
سامسونگ دركنار پردازنده‌ي اصلي اين SOC، از پردازنده‌ي گرافيكي Mali G76 استفاده مي‌كند. بنا به گفته‌ي سامسونگ، پردازنده موبايل پرچم‌دار اگزينوس ۹۸۲۰ در پردازش محتواي گرافيكي و گيمينگ تا ۴۰ درصد سريع‌تر از تراشهي ۹۸۱۰ عمل مي‌كند. از سويي، بهره‌وري تواني اين پردازنده‌ي گرافيكي تا ۳۵ درصد بالاتر از Mali G72 است و اين مسئله باعث كاهش چشمگير مصرف باتري در زمان اجراي بازي يا پخش محتواي گرافيكي با وضوح بالا مي‌شود.
پردازنده‌ي سيگنال تصويري (ISP) پيشرفته‌ي اين تراشه كه دربرگيرنده يك حسگر مادون قرمز است، با راهكار آرايه‌ي چندگانه‌ي دوربين به‌خوبي هماهنگ مي‌شود و باعث بهبود كيفيت تصاوير گرفته‌شده با دوربين و اخبار تخصصي خودكار سريع‌تر مي‌شود. نمره‌ي DXOMark دوربين گلكسي اس ۱۰ (۱۰۹) حاكي از كيفيت بسيار بالاي تصاوير گرفته‌شده به‌كمك اين تراشهي دوربين قدرتمند است. به اين موارد، امكان فيلم‌برداري با رزولوشن حيرت‌انگيز 8K با نرخ فريم 30fps و رزولوشن 4K با خروجي ۱۵۰ فريم‌بر‌ثانيه را نيز بايد افزود. اين پردازنده از پخش محتواي HDR با عمق رنگ ۱۰ بيت همراهي مي‌كند.
مودم تعبيه‌شده در تراشهي اگزينوس ۹۸۲۰ با همراهي از استاندارد ارتباطي Cat.20 8CA، امكان دانلود محتوا با سرعت ۲ گيگابيت‌برثانيه را فراهم مي‌سازد. اين در حالي است كه تراشهي نسل قبل اگزينوس ۹۸۱۰ به استاندارد ارتباطي Cat.18 6CA مسلح شده و سرعت دانلود آن حداكثر ۱.۲ گيگابيت‌برثانيه است.
هاي‌سيليكون و پردازندههاي Kirin
هاي‌سيليكون يك شركت چيني سازنده‌ي نيمه‌هادي است كه به‌طور كامل در مالكيت هواوي است. اين شركت پردازندههاي موبايل خود را با سطوح عملكرد مختلف با نام Kirin طراحي و توليد مي‌كند. هاي‌سيليكون به‌عنوان بزرگ‌ترين طراح مدارهاي مجتمع و تراشه‌هاي نيمه‌هادي در كشور چين شناخته مي‌شود. پردازندههاي موبايل رده‌بالاي Kirin 970 و Kirin 980 و پردازندههاي ميان‌رده‌ي Kirin 650 و Kirin 710 از جمله معروف‌ترين تراشه‌هاي ساخت هاي‌سيليكون است.
پردازنده‌ي پرچم‌دار ۲۰۱۷ شركت‌هاي‌سيليكون Kirin 970 است كه با فناوري ساخت ۱۰ نانومتري FinFET+ شركت تايواني TSMC توليد مي‌شود. هسته‌هاي پردازنده‌ي اين تراشه مبتني بر معماري ARM بوده و شامل ۴ هسته‌ي بزرگ Cortex A73 با سطح عملكرد بالا و فركانس كاري ۲.۳۶ گيگاهرتز و ۴ هسته‌ي كوچك Cortex A53 با بهره وري تواني بالا است. اين پيكربندي هسته‌ي ۴+۴ با نام معماري big.Little شناخته مي‌شود كه توسعه‌دهنده‌ي آن شركت طراح هسته‌ها يعني ARM است. در اين معماري هسته‌هايي بزرگ و و قدرتمند با مصرف انرژي بالا با هسته‌هاي كوچك كم مصرف تركيب مي‌شود و بدين ترتيب توازني ميان مصرف توان و سطح عملكرد تراشه برقرار شده و در مجموع از ميزان مصرف باتري كاسته مي‌شود.
هاي‌سيليكون در توليد اين تراشه از پردازنده‌ي گرافيكي Mali G72 با فركانس كاري ۷۴۶ مگاهرتز و توان محاسباتي ۳۳۰ گيگافلاپس استفاده مي‌كند. كنترلر حافظه‌ي اين تراشه از حافظه‌هاي چهار كاناله‌ي LPDDR4X با مجموع پهناي باند ۲۹.۸ گيگابايت بر ثانيه همراهي مي‌كند. واحد پردازش هوش مصنوعي اين تراشه طي همكاري مستقيم هاي‌سيليكون و شركت Cambricon Technologies با توان اجراي ۱.۹۲ تريليون عمليات در هر ثانيه توليد مي‌شود.
آخرين تراشهي پرچم‌دار هاي‌سيليكون، محصول Kirin 980 است كه براي اولين‌بار در ميان پردازندههاي موبايل با فناوري جديد ۷ نانومتري شركت TSMC توليد مي‌شود. در اين تراشه از سه كلاستر متفاوت در چينش هسته‌هاي پردازنده استفاده شده است. بر اين اساس ۲ هسته‌ي Cortex A76 با فركانس ۲.۶ گيگاهرتز، ۲ هسته‌ي ديگر با همين معماري اما با فركانس ۱.۹۲ گيگاهرتز و ۴ هسته با معماري Cortex A55 با فركانس كاري ۱.۸ گيگاهرتز و بهره‌وري تواني بالا مجموعه‌ي پردازش مركزي اين تراشه را شكل داده است. هسته‌هاي Cortex A76 براي اولين‌بار در اين پردازنده‌ي موبايل مورد استفاده قرار گرفت و اين نيز ركورد ديگري براي اين تراشه به شمار مي‌رود. اين هسته‌ها از انديشه متخصصين تئوري امكان دستيابي به سرعت كلاك ۳.۳ گيگاهرتز را دارا است. تقسيم هسته‌هايي با اين معماري به دو كلاستر مجزا با فركانس متفاوت در تراشهي پرچم‌دار هاي‌سيليكون، از سويي باعث حفظ عملكرد مي‌شود و از طرفي ميزان مصرف انرژي مجموع هسته‌ها را كاهش مي‌دهد. با اين چينش، وظايف نسبتاً سنگيني كه پردازش آن‌ها به بهترين هسته‌ها سپرده نمي‌شود، براي اجرا به آخرين هسته‌هاي ممكن نيز سپرده نمي‌شوند و گزينه‌اي براي پردازش اين وظايف با سطح عملكرد متعادل و سرعت بسيار بيشتر نسبت به هسته‌هاي كوچك دردسترس خواهد بود. بدين ترتيب سرعت اجراي اپليكيشن‌ها با افت محسوسي رو‌به‌رو نخواهد شد.
هاي‌سيليكون با تعبيه‌ي واحد DynamIQ دركنار هسته‌هاي پردازنده، تضمين مي‌كند كه اين دو كلاستر هسته‌ي قوي‌تر به مجرد نياز، براي اجراي وظايف متناسب دردسترس قرار گيرند. هر يك از هسته‌هاي Cortex A76 در اين پردازنده به ۵۱۲ كيلوبايت حافظه كش سطح ۲ دسترسي دارد و اين ميزان براي هسته‌هاي كوچك Cortex A55 به ۱۲۸ كيلوبايت تقليل مي‌يابد. بنا به‌گفته‌ي هواوي، پردازنده‌ي Kirin 980 سطح عملكردي تا ۷۵ درصد بهتر از تراشهي نسل قبل خود دارد و در عين حال ميزان توان مصرفي را به‌واسطه‌ي فناوري ساخت فشرده‌تر ۷ نانومتري تا ۵۸ درصد كاهش مي‌دهد.
آخرين تراشهي پرچم‌دار هاي‌سيليكون ۶.۹ ميليارد ترانزيستور را در تراشه‌اي به مساحت ۷۴.۱۳ ميلي‌متر مربع جاي داده است. اين عدد در مقايسه با ۴.۳ ميليارد ترانزيستور جاي‌گرفته در تراشهي A11 بيونيك و در فضاي بزرگتري به مساحت ۸۷.۶۶ ميلي‌متر مربع، حاكي از تأثير چشمگير فناوري ساخت بر مشخصات و سطح عملكرد يك تراشه است.
هاي‌سيليكون در تراشهي Kirin 980 از پردازنده‌ي گرافيكي Mali G76 با معماري ARM استفاده كرده است. فركانس كاري اين پردازنده ۷۲۰ مگاهرتز و توان محاسباتي آن ۴۹۸.۶ گيگافلاپس است كه تا ۴۶ درصد سطح عملكرد گرافيكي اين پردازنده را نسبت به Kirin 970 بهبود مي‌بخشد. هواوي در اين پردازنده از دو واحد هوش مصنوعي NPU استفاده كرده كه اين بار نيز با مشاركت Cambricon Technology ساخت مي‌شود. هواوي بر اين باور است كه واحد پردازش عصبي دوگانه و نسبتاً حجيم تراشهي پرچم‌دارش، سطح عملكردي تا ۱۳۶ درصد بهتر از نسل قبلي خود دارد و مصرف توان تراشه را تا ۸۸ درصد كاهش مي‌دهد.
مدياتك و پردازندههاي Helio
مدياتك يك شركت توسعه‌دهنده‌ي نيمه‌هادي تايواني است كه به كار توليد تراشه‌هايي در حوزه‌ي ارتباطات بي‌سيم، تلويزيون‌هاي با وضوح بالا، موبايل‌هاي هوشمند، تبلت‌ها و كامپيوترهاي هيبريدي، سيستم‌هاي مكان‌يابي و محصولات چند رسانه‌اي مصرفي مي‌پردازد.
پيشرفته‌ترين تراشهي موبايل مدياتك پردازنده‌ي ۱۰ هسته‌اي Helio X30 است كه با فناوري ساخت ۱۰ نانومتري توليد مي‌شود. اين پردازنده مجهز به ۲ هسته‌ي Cortex A73 با فركانس ۲.۵ گيگاهرتز، ۴ هسته‌ي Cortex A53 با فركانس ۲.۲ گيگاهرتز و سرانجام ۴ هسته‌ي Cortex A53 با فركانس متعادل‌تر ۱.۹ گيگاهرتز است. پردازنده‌ي گرافيكي اين تراشه محصول 7XTP-MT4 شركت PowerVR با فركانس كاري ۸۰۰ مگاهرتز است. اين تراشه در سه‌ماهه‌ي دوم سال ۲۰۱۷ معرفي شد.
مدياتك مي‌گويد تراشه پرچم‌دار Helio X30 با چينش هسته‌هاي پردازنده‌اش در ۳ كلاستر، سطح عملكردي تا ۳۰ درصد بهتر از تراشهي ۲۰ نانومتري Helio X20 دارد و تا ۵۰ درصد انرژي كمتري مصرف مي‌كند. X30 در موبايل هوشمند Meizu Pro 7 به‌كار رفته است.
تراشهي Helio X30 در مقايسه با پرچم‌داران جديد شركت‌هاي سامسونگ، كوالكام و هواوي حرف چنداني براي گفتن ندارد. اين تراشه حداكثر سطح عملكردي در حد و اندازه‌ي محصول ۱۰ نانومتري اسنپدراگون ۸۳۵ دارد. در مقايسه اين دو محصول، تراشهي مدياتك از برخي جهات نظير سرعت كلاك و تعداد هسته‌هاي پردازنده‌ي مركزي بهتر از پردازنده‌ي كوالكام عمل مي‌كند، اما از انديشه متخصصين پردازش محتواي گرافيكي از محصول شركت آمريكايي عقب مي‌ماند.
مقايسه بهترين پردازندههاي موبايل شركت‌هاي مختلف
در پايان اين مقاله مي‌خواهيم مقايسه‌اي ميان پردازندههاي موبايل پرچم‌دار ساخته‌شده توسط تراشه‌سازان مختلف داشته باشيم. از مجموع آنچه گفته شد، برمي‌آيد كه تراشه‌هاي مختلف به‌دليل تفاوت در معماري هسته‌ها، پيكربندي هسته‌ها، فناوري ساخت، نوع پردازندههاي گرافيكي، نوع و سرعت حافظه‌ي قابل همراهي، نحوه‌ي برقراي ارتباطات داخلي در تراشه و بسياري پارامترهاي ديگر با هم تفاوت‌ها يا شباهت‌هايي دارند و بنابراين نمي‌توان به‌راحتي اين پردازنده‌ها را از انديشه متخصصين سطح عملكرد و سرعت اجراي وظايف رتبه‌بندي كرد. امروزه با وجود نرم‌افزارهاي بنچمارك قدرتمندي نظير Antutu و Geecbench مي‌توان از جهات گوناگون، پردازندههاي تراشه‌سازان مختلف را با يكديگر مقايسه كرد. وب‌سايت فناوري Techcenturion با درانديشه متخصصينگرفتن نتايج اين بنچمارك‌ها و نيز با لحاظ كردن سطوح عملكرد پردازندههاي موبايل مختلف در دنياي واقعي و گيمينگ، اين تراشه‌ها را رتبه‌بندي كرده است كه در انتها به ذكر رتبه‌بندي پردازندههاي پرچم‌دار از نگاه اين سايت بسنده خواهيم كرد.
رتبه | نام پردازنده | شركت سازنده | موبايل هوشمند ميزبان | نمره‌ي اكتسابي |
|---|---|---|---|---|
1 | A12 Bionic | اپل | 146 | |
2 | Snapdragon 855 | كوالكام | (US) | 144 |
3 | Exynos 9820 | سامسونگ | Samsung Galaxy S10 (Global) | 140 |
4 | Kirin 980 | هاي‌سيليكون | 137 | |
5 | A11 Bionic | اپل | 130 | |
6 | Snapdragon 845 | كوالكام | 127 | |
7 | Exynos 9810 | سامسونگ | Galaxy Note 9 | 125 |
8 | Snapdragon 730G | كوالكام | - | 124 |
9 | Snapdragon 730 | كوالكام | - | 123 |
10 | Kirin 970 | هاي‌سيليكون | 121 |
هم انديشي ها