راهنماي قدم به قدم پردازنده هاي موبايل
در اين راهنما، تلاش خواهيم كرد اصطلاحها و عبارتهاي تخصصي و متخصص را در قالب زباني قابل فهم گنجانده و هرآنچه لازم است در خصوص پردازش موبايل و پردازندههاي مطرح اين حوزه بدانيد به شما منتقل كنيم.
معرفي سيستم روي يك چيپ (SoC)
زماني كه قصد صحبت در خصوص پردازندههاي موبايل را داشته باشيم، ابتدا بايد منظور خودمان از «پردازنده» را كاملا روشن كنيم. در مشخصات متخصص لپتاپها و سيستمهاي دسكتاپ، عبارت پردازنده بصورت مستقيم به واحد پردازش مركزي يا همان CPU اشاره دارد؛ يعني همان واحدي كه مغز متفكر سيستم را تشكيل ميدهد. اما در دنياي موبايل، واژهي پردازنده عموما به سيستم روي يك چيپ (SoC) اطلاق ميشود.
SoC در حقيقت يك چيپ واحد است كه اندازهاي در حد و حدود همان CPU در دسكتاپ داشته و در برگيرندهي اغلب قطعاتي است كه براي عملكرد يك دستگاه موبايل مورد نياز است. اين چيپ، به تنهايي شامل CPU و البته GPU (واحد پردازش گرافيكي كه معمولا بصورت جداگانه با عنوان كارت گرافيك در كامپيوترها يافت ميشود)، مجموعهاي از راديوها و سنسورهايي براي برقراري ارتباط مخابراتي، وايفاي، بلوتوث، جيپياس و مواردي از اين دست ميشود.
سيستم روي يك چيپ همچنين تعيين ميكند كه آيا دستگاه از قابليتهاي ويژهاي همراهي ميكند يا خير. رزولوشن تصويري كه دوربين قادر به ثبت آن خواهد بود، يا توانايي ثبت/پخش ويديو با رزولوشن 4K از مواردي هستند كه توسط اجزا و قدرت سيستم روي يك چيپ تعيين خواهند شد.
مزيت اصلي يك SoC، اندازهي آن، مصرف كمتر نيرو و ايجاد حرارت كمتر است. چيپهاي A8 اپل، اسنپدراگون كوالكام و اكسينوس سامسونگ كه در ادامه نگاه دقيقتري به آنها خواهيم داشت همگي از نمونههاي سيستم روي يك چيپ هستند اما همگي معمولا بعنوان پردازندهي دستگاه ميزبان شناخته ميشوند.
خواندن مشخصات متخصص پردازنده
شما مشخصات متخصص پردازندهها را چگونه مرور ميكنيد؟ مشخصات پردازشي آيفون 6 از اين قرار است:
- پردازنده A8 اپل
- دوهستهاي 1.4 گيگاهرتز Cyclone، معماري 64 بيتي بر مبناي ARM v8
- PowerVR GX6450
اين مشخصات به ما ميگويند كه با سيستم روي يك چيپ A8 سر و كار داريم كه خود اين شركت آن را طراحي كرده است. CPU يا واحد پردازش مركزي، دوهستهاي بوده (كه به معناي وجود دو واحد يا هستهي پردازشي است) و بر روي فركانس كاري 1.4 گيگاهرتز كلاك شده. Cyclone نامي است كه اپل به CPU خود داده است.
همچنين مشخص است كه CPU بصورت 64 بيتي و بر مبناي معماري ARM v8 ساخته شده است. GPU يا واحد پردازش گرافيكي نيز بر پايهي PowerVR GX6450 است كه توسط كمپاني ايمجينيشن توليد ميشود.
مشخصات متخصص HTC One M8 به اين شكل است:
- كوالكام اسنپدراگون 801
- چهارهسته 2.3 گيگاهرتز 32 بيت
- كريت 400
- آدرنو 330
اچتيسي در اين دستگاه از سيستم روي يك چيپ سري اسنپدراگون ساخت كوالكام بهره برده است. 801 شماره مدل اين چيپ است و در سال 2015 توسط مدل 810 بعنوان چيپ پرچمدار جايگزين شد (كه اكنون در وان ام 9 شاهدش هستيم).
CPU اين دستگاه از نوع چهارهسته است. اين هستهها بر روي فركانس كاري 2.3 گيگاهرتز كلاك شدهاند. با وجود تعداد هستههاي دو برابر و افزايش 50 درصدي سرعت كلاك احتمالا تصور خواهيد كرد كه اين پردازنده به شكل چشمگيري قدرتمندتر از نمونه به كار رفته در آيفون 6 است. با اين وجود، همانطور كه خواهيم ديد چنين مسالهاي الزاما صحيح نيست.
در اين سيستم روي يك چيپ، نام CPU كريت 400 بوده و همچون نمونهي به كار رفته در آيفون بر مبناي معماري ARM توسعه يافته است. گرافيك اين چيپ توسط واحد پردازش گرافيكي Adreno 330 قدرت گرفته كه بخشي از سيستم روي يك چيپ اسنپدراگون است.
معماري پردازنده
در هر دو مثال بالا، واحد پردازش مركزي يا همان CPUها بر اساس معماري آرم توسعه يافتهاند. اين معماري توسط كمپاني آرم هولدينگ ساخته شده و شامل مجموعهاي از دستورالعملها براي كنترل نحوهي عملكرد CPU است. مجوز (ليسانس) اين معماري توسط آرم به سازندگان مختلفي كه از آن در سيستم روي يك چيپ خود بهره ميبرند اعطا ميشود كه اپل و كوالكام نيز از آن جمله هستند.
اكنون سالهاست كه ARM، فضاي پردازشي موبايل را به لطف مصرف پايين پردازندههايش كه موجب بهبود عمر باتري دستگاهها ميشود، تحت سيطرهي خود در آورده و هنوز هم كمتر معماري را ميتوان يافت كه به اين سطح از بهينگي و قدرت دست يافته باشد. طي سالهاي اخير، اينتل تلاش كرده به هر شيوهي ممكن با معماري x86 خود راهي به بازار پردازش موبايل بيابد اما موفقيتهاي بدست آمده توسط اين شركت نيز بسيار محدود بودهاند. اين معماري اگرچه در سيستمهاي شخصي و لپتاپها محبوبيت بسياري دارد، اما قادر به رقابت در صحنهي كممصرف پردازش موبايل نبوده است.
تلاش براي درك عميق معماري آرم منافع چنداني براي عموم متخصصان نخواهد داشت و دانستن همين مساله كه نسخهي آخر اين معماري، بهتر از نمونههاي پيشين است كفايت ميكند. نسخههاي اخير ضمن برخورداري از سرعت بالاتر، مصرف انرژي كمتري نيز به همراه دارند كه موجب بهينگي چيپهاي مبتني بر آنها خواهد شد. براي نمونه، ARM v8 كه در پردازندهي A8 اپل به كار رفته از نوع 64 بيتي است در حالي كه v7 استفاده شده در HTC One M8 يك پردازشگر 32 بيتي محسوب ميشود.
هسته در مقابل سرعت كلاك
تعداد هستهها و سرعت كلاك در پردازنده چه منفعتي براي مصرفكننده به همراه خواهد داشت؟ بسياري از متخصصان بر اساس رقمهاي ارائه شده در اين بخش به مباحثه با يكديگر ميپردازند و دليل آن نيز ساده است: عدد بزرگتر، جلوهي بهتري در مقابل رقمهاي كوچكتر دارند. اما مساله به همين سادگي نيست.
سرعت كلاك كه بر مبناي گيگاهرتز اندازهگيري ميشود، نمايانگر سرعتي است كه واحد پردازش مركزي قادر به پردازش دستورالعملها بر اساس آن است. در صورت برابر بودن تمامي شرايط، يك پردازشگر 2.5 گيگاهرتزي سريعتر از نمونهاي 2.0 گيگاهرتزي خواهد بود. اين در حالي است كه برابر بودن ساير شرايط بسيار نادر است. نمونهي جديدتر يك پردازنده، حتي با سرعت كلاك پايينتر، معمولا سريعتر از نمونهي قديمي خواهد بود. بنابراين يك پردازندهي مبتني بر معماري جديدتر، احتمالا سرعت بالاتري خواهد داشت و البته تعداد هستهها نيز در اين ميان بي تاثير نيستند.
يك هسته، بعنوان يك واحد پردازشي در دل CPU محسوب ميشود. هر يك از اين واحدها يا هستهها قادر به اجراي وظيفهاي بصورت مستقل خواهد بود يا ميتواند با ديگر واحدها تركيب شده و براي اجراي يك وظيفهي سنگين، نيروي پردازشي بيشتري فراهم كند.
در استفادهي عادي، يك پردازندهي چند هستهاي باعث تقسيم فشار پردازشي سيستمعامل و تمامي اپليكيشنهاي اجرا شده ميان هستهها خواهد شد و هيچ يك از هستهها به حداكثر فركانس كاري خود نخواهند رسيد. نتيجهي اين ساختار، دستگاهي سريعتر و پاسخگوتر خواهد بود كه همراهي قويتري از چندوظيفگي ارائه خواهد كرد. ايجاد حرارت كمتر و در نتيجه مصرف پايينتر انرژي نيز از ديگر مزاياي چنين ساختاري به شمار ميرود.
با اين حال باز هم چنين مسالهاي به معناي برتري پردازندهي 8 هستهاي اكسينوس سامسونگ به ميزان دو برابر در مقابل 4 هستهي اسنپدراگون يا چهار برابر در مقابل A8 اپل نخواهد بود. مجموعهي بزرگي از فاكتورهاي متخصص وجود دارند كه بر سرعت و بازدهي يك پردازنده تاثير ميگذارند؛ فاكتورهايي كه بسيار فراتر از تعداد هسته يا فركانس كاري هستند.
علاوه بر اين، خود نرمافزار هم بايد به گونهاي طراحي و ساخته شده باشد كه از چند هسته به شكل بهينهاي بهره ببرد؛ مسالهاي كه در حال حاضر در بسياري اكوسيستمها به گونهي صحيحي صورت نميگيرد و مسلما بهرهگيري بهينه از 8 هستهي پردازشي در آنها تعبيه نشده است.
به اين مجموعه، بهينهسازيهاي صورت گرفته بر روي خود دستگاه را نيز اضافه كنيد. بخاطر اينكه اپل هر دو قسمت اصلي يعني پردازنده و سيستمعامل را خود توليد كرده و در دل آيفون جاي ميدهد، يك پردازندهي 2 هستهاي توانسته اغلب پردازشگرهايي كه حداقل روي كاغذ قدرتمندتر هستند را پشت سر بگذارد. اكنون سامسونگ نيز با توليد چيپهاي اختصاصي خود تلاش دارد در اين مسير حركت كند اما نبود كنترل كامل بر روي سيستمعامل اندرويد توسط اين كمپاني ميتواند اشكالاتي در اين زمينه به همراه داشته باشد.
در نهايت نيز بايد به اين حقيقت توجه داشت كه حتي بدون در انديشه متخصصين گرفتن تمام فاكتورهاي بالا، به سختي اپليكيشني خواهيد يافت كه نيازمند فعاليت همزمان 8 هستهي پردازشي باشد. حتي لپتاپها و سيستمهاي شخصي نيز هنوز اندر خم بهرهگيري تمام و كمال از 4 هستهي پردازشي باقي ماندهاند.
خلاصه اينكه، گاهي عدد و رقمهاي بزرگتر بر روي كاغذ به معناي عملكرد بهتر خواهند بود ولي الزامي در اين زمينه وجود نداشته و در بسياري موارد نيز چنين مفهومي در عمل صادق نخواهد بود.
32 بيت در مقابل 64 بيت
ممباحثه ديگري كه حول محور اعداد در گرفته، انتخاب ميان دو معماري پردازشي 32 و 64 بيتي خواهد بود. اولين موبايل هوشمند 64 بيتي توسط اپل با عنوان آيفون 5s در سال 2013 معرفي شد. اكوسيستم اندرويد عموما بخاطر نبود پردازندهي مناسب با توان پردازش 64 بيتي و نيز همراهي نكردن سيستمعامل اندرويد از اين شيوهي پردازش تا زمان معرفي نسخهي 5 آبنبات چوبي كه در انتهاي 2014 معرفي شد، اندكي عقب ماند.
پردازش 64 بيتي عموما نه بخاطر سرعت بالاتر، بلكه به علت فراهم آوردن توان مورد نياز براي اجراي كارهاي بيشتر توسط دستگاه حائز اهميت است. اغلب افراد زماني كه صحبت از پردازش 64 بيتي در ميان باشد، به فراهم آمدن امكان دسترسي به بيش از 4 گيگابايت حافظهي رم توسط برنامهها اشاره ميكنند. اگرچه اين مساله صحت دارد، اما حداقل چندين نسل با دستگاههايي فاصله داريم كه در آنها، چنين مسالهاي به يك اشكال بدل شود.
پردازش 64 بيتي به كرات تحت عنوان «كلاس دسكتاپ» تعريف شده و كليد ماجرا نيز در همين است. دوران 64 بيتي شاهد محو شدن هر چه بيشتر مرزهاي ميان پردازش موبايل، تبلت و دسكتاپ خواهد بود. شتاب اصلي حاصل از دستيابي به پردازش 64 بيتي، به لطف معماري نوين ARM v8 بدست آمده كه در عين 64 بيتي بودن، به شكل قابل توجهي سريعتر از نسل قبلي 32 بيتي خود يعني ARM v7 است. بنابراين يك پرچمدار 64 بيتي، به احتمال قوي سريعتر خواهد بود حتي اگر اين سرعت بيشتر بصورت مستقيم بخاطر 64 بيتي بودن آن نباشد.
البته با توجه به شرايط كنوني، به هيچ عنوان 64 بيتي بودن موبايل يك الزام نيست و قدرت و سرعت دستگاههاي 32 بيتي موجود نيز در بسياري موارد فراتر از حد نياز است.
ليتوگرافي و فرآيند ساخت
ليتوگرافي يا تكنولوژي فرآيند ساخت يك چيپ تاثير بسيار بسزايي بر عملكرد آن چيپ خواهد داشت. هرچه ليتوگرافي پردازنده پايينتر باشد، ميتوان منتظر تعداد ترانزيستورهاي بيشتر، اندازهي كوچكتر و حرارت توليدي كمتر بود كه در نهايت منجر به مصرف انرژي كمتر، عمر بهتر باتري و البته قدرت و سرعت بالاتر چيپ خواهد شد. اين موارد الزام محسوب نميشوند اما با دستيابي به ليتوگرافيهاي پايينتر، اين پتانسيلها به خوبي امكانپذير خواهند شد.
در حال حاضر، فرآيند توليد غالب بر بازار سيستمهاي روي يك چيپ، ليتوگرافي 20 نانومتري است و حركت به سوي فرآيند توليد 14 نانومتري آغاز شده است. سامسونگ موفق شده با چيپ اكسينوس 7420 خود كه در گلكسي اس 6 به كار رفته، گوي سبقت را از رقبا ربوده و ليتوگرافي 14 نانومتري را در محصول خود تجاريسازي كند. حال اين كمپاني در حال صحبت در خصوص ليتوگرافيهاي 12 و حتي 10 نانومتري است كه پيشرفت بزرگي براي اين پردازندهها به شمار خواهد رفت.
نقش واحد پردازش گرافيكي
GPU بخاطر اينكه به سيستم روي يك چيپ گره خورده، معمولااهميت كمتري در ليست مشخصات متخصص خواهد داشت. بنابراين اگر يك سازنده از سيستم روي يك چيپ اسنپدراگون 805 بهره ببرد، خود به خود واحد پردازش گرافيكي Adreno 420 را نيز بعنوان بخشي از مجوعه ارائه خواهد داد.
از آنجا كه واحد پردازش گرافيكي تاثير مستقيم بر تجربهي بصري مصرفكننده خواهد داشت، اثر آن بر سرعت درك شده توسط متخصص از دستگاه چشمگير خواهد بود. انيميشنها و ديگر پويانماييهاي به كار رفته در رابط متخصصي در صورتي كه به شكل مناسبي پردازش نشوند، سريعترين پردازشگر نيز در انديشه متخصصين متخصص كند جلوه خواهد كرد.
در هر حال پر واضح است كه دستگاههاي پايينرده، ميانرده و بالا رده همگي با واحدهاي پردازشي گرافيكي همراه خواهند بود كه با مشخصات متخصص و سطح عملكرد اصلي آنها سازگاري داشته باشد.
راهنماي پردازندههاي موبايل
زماني كه به مطالعهي مجموعه مشخصات متخصص يك دستگاه ميپردازيد، با برندهاي مختلفي روبرو خواهيد شد كه هر يك از مشخصههاي خاص خود بهره ميبرند. بنابراين در ادامه نگاهي خواهيم داشت به تعدادي از مطرحترين برندهاي موجود در اين عرصه.
اپل
اپل پردازندهي مورد نياز براي آيفون و آيپدها را خود طراحي ميكند. بخاطر اينكه توسعهي سيستمعامل اين دستگاهها نيز بر عهدهي خود اپل است، اين كمپاني ميتواند هر دو بخش را به گونهاي كه نمايانگر حداكثر بهينگي و بازدهي باشد مورد اصلاح قرار دهد.
- چيپ Apple A8 در دل آيفون 6 جاي گرفته است. اين پردازنده از نوع 64 بيتي بوده و بر پايهي معماري ARM v8 توسعه يافته است.
- اين چيپ بر اساس ليتوگرافي 20 نانومتري توليد شده است.
- اپل ادعا ميكند اين سيستم روي يك چيپ از 25 درصد عملكرد بهتر در قسمت CPU و 50 درصد عملكرد بهتر در بخش گرافيك در مقايسه با چيپ A7 به كار رفته در آيفون 5s برخوردار است.
- مدل به كار رفته در آيفون 6، دوال كور بوده و بر روي فركانس كاري 1.4 گيگاهرتز تنظيم شده است.
- سيستم روي يك چيپ A8X به كار رفته در آيپد اير 2 از فركانس كاري 1.5 گيگاهرتز بهره ميبرد و 3 هستهي پردازشي دارد.
اسنپدراگون
سري محصولات اسنپدراگون كه توسط كمپاني كوالكام طراحي و توليد ميشوند داراي 4 ردهي متفاوت هستند. سري 200 براي دستگاههاي ارزان ارزش و پايينرده در انديشه متخصصين گرفته شده، سري 400 بازار مدلهاي مقرون بهصرفه نظير موتو جي را هدف قرار داده و سري 600 براي موبايلهاي ميانرده در انديشه متخصصين گرفته شده است. بازار پرچمدارها توسط سري 800 پردازندههاي اسنپدراگون كوالكام معرفي ميشود كه هماكنون مدل 810 در راس آن جاي گرفته است.
- چيپ پرچمدار اسنپرداگون 810 توسط 8 هستهي 64 بيتي تشكيل شده است.
- همچون چيپ اپل، اسنپدراگون 810 نيز بر اساس ليتوگرافي 20 نانومتري توليد شده است.
- اين چيپ به همراه گرافيك Adreno به بازار عرضه ميشود.
- چيپ 810 به اپليكيشن داخلي Shazam براي تشخيص موسيقي مجهز شده است.
- چيپهاي سري اسنپدراگون در دستگاههايي نظير سري محصولات HTC One، گلكسي نوت 4 و Moto X به كار گرفته شدهاند.
اكسينوس
- SoC سري اكسينوس بصورت اختصاصي توسط سامسونگ توليد شده و در دستگاههاي خود اين شركت به كار ميروند.
- اكسينوس 7420 به كار رفته در گلكسي اس 6 بر اساس ليتوگرافي 14 نانومتري توسعه يافته است.
- اين چيپ بر اساس معماري آرم توسعه يافته و بعنوان اولين چيپ 4 هستهاي موبايل در گلكسي اس 3 به كار گرفته شد.
- نسخهي پرچمدار فعلي (اكسينوس 7420) از نوع 64 بيتي بوده و 8 هستهي پردازشي دارد.
- بنچماركهاي بدست آمده نشان ميدهند رهبر اين سري بعنوان يكي از قدرتمندترين چيپهاي پردازشي ايفاي نقش ميكند.
- سامسونگ تا پيش از معرفي گلكسي اس 6، چيپهاي سري اكسينوس را به بازارهاي خاصي محدود كرده بود و در بازارهاي ديگر از اسنپدراگون بهره ميبرد.
ديگران
پردازندههاي بسيار ديگري نيز در دل موبايلهاي هوشمند جاي گرفته كه در سطوح مختلفي از ارزش و عملكرد حضور دارند. برخي از اين پردازندهها عبارتند از:
NVIDIA K1: يك چيپ مبتني بر معماري آرم كه در دستگاههايي نظير تبلت شيلد انويديا و نيز تبلت نكسوس 9 گوگل و اچتيسي به كار رفته است. اين سيستم روي يك چيپ از ساختاري 1+4 هستهاي بهره ميبرد كه نمايانگر 4 هسته براي مصارف عادي و 1 هسته براي وظايف سبك و كوچك است كه نيروي اندكي مصرف خواهد كرد و دستگاه را در حالت آماده به كار قرار خواهد داد. بخش پردازش گرافيكي و عملكرد آن هماكنون به لطف تجربهي بالاي انويديا در اين بخش، نسبت به بسياري از چيپهاي ديگر پيشتاز بوده و سيستم روي يك چيپ X1 كه به تازگي معرفي شده وعدهي سرعت 2 برابر نسبت به K1 را داده است.
Mediatek: پردازندههاي ارزان ارزش اين كمپاني معمولا توسط سازندگان كوچك و در بازارهاي شرقي نظير چين مورد بهرهبرداري قرار گرفته است. اين پردازندهها اگرچه در روي كاغذ از مشخصات متخصص چشمگيري برخوردار هستند اما معمولا هيچگاه بهينگي لازم براي ارائهي عملكرد متناسب با مشخصات خود را به همراه ندارند. مدياتك به تازگي پيشرفتهاي بزرگي داشته و با چيپهاي اخير خود و بازار رو به رشد سازندگان گمنام چيني در حال بدل شدن به يك تهديد بالقوه براي توليدكنندگان سرشناس بازار چيپهاي پردازشي است.
Intel Atom: پردازندههاي سري اتم كمپاني بزرگ اينتل در تعداد اندكي از موبايلهاي هوشمند و تبلتها به كار رفتهاند. در اين ميان ميتوان به محصولاتي نظير زنفون ايسوس و Nokia N1 اشاره كرد. اين پردازنده بر پايهي معماري مشهور x86 اينتل توسعه يافته و تفاوت اساسي با سري اتم ساخته شده براي لپتاپها و نتبوكها دارد. متاسفانه اين معماري بصورت كامل با سيستمعامل و نرمافزارهاي ساخته شده براي معماري آرم سازگاري ندارد.
جمعبندي
فاكتورهاي بسيار زيادي هنگام تصميمگيري در خصوص انتخاب قويترين موبايل هوشمند وجود دارد. درك مجموعهاي از اصطلاحها و مفاهيم تخصصي موجود در مشخصات پردازندهها و سيستمهاي روي يك چيپ، محل مناسبي براي آغاز به شمار ميرود. اما همانطور كه مشاهده كرديم، عدد و رقم بزرگتر هميشه به معناي عملكرد و بازده بهتر در دنياي واقعي نيست.
شما ميتوانيد هميشه تستهاي بنچمارك دستگاهها و چيپها را براي اطلاع ار عملكرد آنها در شرايط آزمايشگاهي مورد مطالعه قرار دهيد، اما مهم است كه به ياد داشته باشيم پردازنده تنها بخشي از مواردي خواهد بود كه سطح عملكرد يك دستگاه را تحت تاثير قرار ميدهد.
كدام بخش از مشخصههاي متخصص موبايلهاي هوشمند و تبلتها بيشترين اهميت را نزد شما دارند؟ آيا هميشه پيش از خريد، به نتايج بنچماركها بعنوان يك فاكتور مهم توجه ميكنيد، يا معتقد هستيد مواردي نظير كيفيت ساخت و ظاهر اهميت بيشتري دارد؟
هم انديشي ها