Процессор используется в смартфонах, планшетах и другой электронике. Микросхема размером в несколько мм регулирует работу других компонентов, обрабатывает и перераспределяет информацию. Большинство пользователей не заботит вопрос о типе процессора и работающих внутри ядрах. Поэтому мало кто с уверенностью объяснит, что такое ядро процессора и какие функции выполняет. Из-за этого часто возникает ошибочное мнение, что ядра в процессоре смартфона сопоставимы по мощности и возможностям с ядрами, что используются в настольных процессорах на ПК.
В статье мы расскажем, что собой представляет процессорное ядро и какие функции выполняет. Информация будет полезна для общего понимания, а так же пригодится тем, кто выбирает новый телефон и желает подробнее узнать о возможностях, различиях и других особенностях мобильного процессора.
Что такое ядро в процессоре
Ядро – составная часть центрального процессора, что выполняет арифметические и логические операции. Визуально процессорное ядро выглядит в виде блока транзисторов на кристалле, а не сферы, как можно было бы представить из названия.
Конфигурация процессорного ядра определяет вычислительную производительность и мощность процессора, если в составе только один вычислительный блок. В многоядерных процессорах, где 2 и более логических блока, при вычислении мощности учитываются возможности одного блока и суммы используемых блоков.
Читайте также:
Особенности платформы ARM DynamIQ
Как выбрать смартфон или планшет? Часть 9 – Процессор
Как работает ядро процессора
Каждое ядро внутри процессора представляет собой набор микроскопических транзисторов, расположенных на кристалле кремния. Основная работа транзисторов заключается в переключении подаваемой электрической энергии. Если энергия подается – транзистор находится в открытом состоянии. При отсутствии или нехватке подаваемой энергии – в закрытом состоянии.
В понимании человека транзистор находится в состоянии «Вкл» или «Выкл», тогда как в понимании процессора – 1 или 0 соответственно, что вписывается в двоичную систему счисления. Поэтому для обращения к процессору команды кодируются из десятичной системы счисления в двоичную систему, а при получении результата происходит декодирование в обратном порядке.
Соответственно на вычислительную мощь и быстродействие процессорного ядра влияет количество транзисторов в блоке. Не последнюю роль так же выполняет «ширина шины» для передачи данных, а так же кэш-память, для хранения часто используемых инструкций и других данных.
Различия между ядрами в процессоре компьютера и телефона
Некоторые владельцы смартфонов и планшетов ошибочно полагают, что процессор мобильного устройства сопоставим или превосходит аналоги, используемые в настольных ПК и ноутбуках. В качестве приведенных аргументов указывается сопоставимое количество ядер, близкая частота или общие возможности. К примеру, на телефоне видео в разрешении 4К воспроизводится плавно, а на сравнимом ПК или ноутбуке – с задержкой.
Если рассуждать здраво, отдельные задачи на телефоне выполняются быстрее, чем на компьютере. Это объясняется разными факторами, включая задержки в используемом оборудовании, техническое состояние и возраст. А ещё важный фактор – программная оптимизация. В целом же лучшие современные мобильные процессоры с трудом конкурируют с настольными версиями середины прошлого десятилетия. А всё потому, что это два совершенно разных процессора, в плане конструкции и назначения.
Настольные процессоры построены на архитектуре x86, а мобильные на ARM. Под архитектурой процессора стоит понимать определенный набор команд, что способен выполнять процессор. В x86 используется тип процессорной архитектуры – CISC или «компьютер с полным набором команд», а в ARM используется RISC или «компьютер с сокращённым набором команд». В CISC длина набора команд не фиксирована, что позволяет задать для процессора несколько действий сразу. В RISC длина набора команд ограничена, а действия выполняются поочередно. При этом скорость исполнения команд быстрее за счет простоты.
Архитектура х86 изначально разрабатывалась с целью получения максимальной производительности. В ARM при разработке ориентировались на минимальные затраты при производстве, низкое энергопотребление и тепловыделение. Соответственно в ARM используются только необходимые инструкции, примерно 30% в сравнении с х86. Поэтому некоторые расчеты поддерживаемые процессорами на х86, в ARM недоступны. В совокупности с разницей в масштабировании, объеме кэш памяти и частоте, самые лучшие ARM процессоры едва догоняют Intel Celeron начального уровня.
С другой стороны чипы на ARM меньше в размерах, не нуждаются в массивном охлаждении, а ещё дешевле и компактны. В одном корпусе помимо процессорных ядер умещается ещё и графический ускоритель, сигнальный процессор, модемы и модули для управления беспроводных сетей. А энергопотребление минимум в 10 раз ниже самого экономичного настольного аналога.
Типы ядер и компоновка
Смартфоны и планшеты производятся с использованием многоядерных процессоров на архитектуре ARM Cortex-A, где преимущественно используются 2, 4 или 8 логических блоков. В условиях увеличения требований к мультизадачности и возможности распределения нагрузки на несколько потоков, использование нескольких вычислительных блоков вполне логичный шаг, позволяющий заметно повысить производительность.
При этом важным критерием остается достижение оптимального баланса в энергосбережении и тепловыделении. Поскольку мобильные устройства ограничены в использовании питания встроенных батарей и не рассчитаны на установку массивных систем охлаждений. Поэтому при производстве процессора используется один или два типа ядер – экономичные или экономичные и производительные. Информация о типах ядер обычно указывается на официальном сайте производителя соответственного чипа.
К экономичному типу относятся ядра Cortex-A7 , А35, А53 и А55. Такие вычислительные блоки характеризуются низким энергопотреблением и невысокой производительностью. Наиболее рациональное использование – задачи с низкой нагрузкой: просмотр фотографий, навигация в меню, загрузка страниц в браузере и т.д.
К производительному типу относятся ядра Cortex-A9, А15, А57, А72, А73, А75 и A76. В блоках такого типа в приоритете производительность в ущерб энергопотреблению. Для сравнения один производительный блок превосходит по мощности 4 блока экономичного типа. Такие ядра чаще используются в тяжелых сценариях: игры, запись или воспроизведение 4К видео и т.д.
Для достижения оптимального сочетания производительности и сбережения энергии чаще устанавливаются 8 экономичных блоков либо 4 производительных и 4 экономичных блока. Причем в первом случае чаще используется конфигурация 4+4, где один кластер экономических ядер работает на увеличенной частоте, а второй кластер на сниженной, к примеру, 1500 и 1000 МГц, 2400 и 1600 МГц. В случае с использованием производительного кластера ядер, обычно высокая частота у мощных ядер.
При этом важно достичь оптимальной настройки и регулировки вычислительных блоков. Правильно указать, в каких задачах лучше использовать производительные блоки, а в каких экономичные. С этой задачей справляется планировщик. А компания, что лучше поработала над планировщиком, достигнет качественной производительности и энергосбережения в выпускаемой продукции.
Вывод
Теперь вы знаете, что такое ядро в телефоне и что такое ядра процессора. Статья позволяет поверхностно понять строение и процесс работы вычислительных возможностей процессора. А главное понимать, почему настольные процессоры превосходят по производительности аналоги, установленные в смартфонах и другой мобильной электронике.
Оставляйте свое мнение, вопросы и пожелания в комментариях.