Процессор или правильнее сказать SoC либо чипсет, самый важный компонент в мобильном устройстве. Чип размером 10х10 мм, занимается вычислительными процессами; влияет на уровень производительности, возможностей и функций гаджета. А так же на оснащение: максимально устанавливаемый объем оперативной памяти, поддерживающее разрешение экрана, камеры и т.д. Дополнительно включает графический ускоритель и различные функции. Далее подробно поговорим о составляющих частях и параметрах, на которые важно обратит внимание при покупке смартфона или планшета.
Почему SoC, а не процессор
В устройствах прошлого десятилетия процессор представлял собой отдельную микросхему. В современном исполнении, «процессор» один из блоков (кластеров) общей системы, куда так же входят: модемы, модули связи, программные и аппаратные компоненты. Поэтому правильно говорить «система на кристалле», сокращенно SoC (System on Chip), что буквально означает: чип в котором располагаются несколько процессоров.
В качестве примера рассмотрим SoC Snapdragon 805, где имеется 9 основных блоков, отвечающих за конкретные функции:
- Навигация: поддержка систем GPS, GLONASS, Beidou и т.д.
- Графический ускоритель: Adreno 420 GPU.
- Дисплей: максимальное разрешение встроенного экрана до 4К (3840×2160 пикселей).
- Связь: наличие Wi-Fi, Bluetooth, LTE и т.д.
- Камера: поддержка матриц разрешением до 55 МП, процессоры для обработки снимков.
- Вычислительный процессор CPU: 4 ядра Krait 450.
- Мультимедиа: кодирование 4К видео.
- DSP: сигнальный процессор для разгрузки CPU ядер не в ресурсоемких задачах.
- Память: поддержка LPDDR3, UFS и eMMC и SD 3.0 (UHS-I).
Объединение отдельных микросхем в общую систему, привело к снижению энергопотребления, простоте разработки и универсальности. Производители электроники получают готовые решения, поэтому тратят меньше усилий на изготовление и отладку, так как пропали конфликты и несовместимость комплектующих деталей. Так же не требуется изменять конструкцию материнской платы, что позволяет выпускать одинаковые модели, но на SoC разных производителей. Кроме того удалось разгрузить вычислительные ядра, переложить ряд процессов и задач на другие блок-схемы.
Технологический процесс
Для производства SoC используют кремний, на котором при помощи фотолитографического оборудования, формируют транзисторы. Технологическое разрешение оборудования измеряется в нанометрах (нм). Чем цифра меньше, тем совершенней техпроцесс: 28, 20, 16, 14, 10, 7.
С уменьшением технологического процесса, удается разместить больше транзисторов на кристалле. Это позволяет снизить энергопотребление и увеличить производительность. При этом тепловыделение и размеры SoC остаются прежними.
Чипы с литографией 28 нм – устарели. Используются чаще в устройствах начального и бюджетного сегмента. В прошлогодних средних и топовых моделях, используются 28 и 20 нм чипы, новинки постепенно оснащаются 16 и 14 нм SoC. Флагманам достаются чипы с техпроцессом 14 и 10 нм.
Информация технологического процесса не указывается на коробке или стенде с описанием мобильного устройства. Точные данные содержаться на сайте производителя SoC.
Количество и архитектура ядер CPU
Первое, что попадает в поле зрения при посещении магазина электроники, количество ядер на рекламной вывеске – 2, 4, 6, 8 или 10. По логике консультантов, чем цифра больше, тем лучше. Поэтому устройство с двумя вычислительными ядрами, хуже аналогов с четырьмя ядрами, а аппарат с 8-ядерным блоком лучше первых двух. На самом деле это не так, к примеру, 4-ядерный Snapdragon 820 выигрывает по всем параметрам у 10-ядерного Mediatek Helio X27.
Причина неправильной подачи информации в том, что продавцам требуется продавать количество, а не качество: больше, ядер, гигабайт, мегапикселей и т.д. Поэтому вы никогда не услышите, почему SoC изготовлен не по 28 нм норме, а по 14 нм, и что благодаря этому чип лучше. Привычка восхвалять высокие цифры не позволяет говорить иначе.
Важно запомнить, что производительность устройства не определяется только количеством ядер CPU. Стоит так же учитывать архитектуру ядер, расположение и частоту.
Выделяют две архитектуры ядер: производительную и энергосберегающую. В первую категорию входят ядра Cortex-A57, -A72 и -А73. Во вторую Cortex-A53, -А35 и -А32. Производительные ядра характеризуются высокой вычислительной способностью, а так же повышенным потреблением энергии. Энергосберегающие напротив, бережно относятся к расходу питания, но менее производительны.
Для достижения баланса используют производительные и энергосберегающие ядра, именуемые big.LITTLE, со схемой расположения ядер 2+4 или 4+4. Первый кластер обрабатывает задачи, требующие высокой вычислительной мощности, второй – нетребовательные к ресурсам процессы. Благодаря этому достигается сбережение энергии, и не урезается производительность. Бюджетные решения чаще используют 4 или 8 энергосберегающих ядер.
При выборе мобильного устройства, требуется учитывать режим работы и область применения. Для длительной автономности, звонков и общения – подойдут 4 энергосберегающих ядра. Если мультимедиа и некоторые игры – 8 ядер. Для игр стоит рассматривать SoC с дополнительными 2 или 4 производительными ядрами.
Информация об архитектуре процессорных ядер, так же не указывается на коробке мобильного устройства. Подробнее требуется смотреть на сайте изготовителя SoC.
Частота ядер CPU
Данный параметр отображает количество выполняемых операций за единицу времени. Чем выше частота, тем быстрее мобильное устройство выполнит задачу. Одновременно с повышением частоты увеличивается расход энергии. Поэтому у производительных ядер частота выше, а у энергосберегающих меньше. В чипах для бюджетного и среднего сегмента, где используются схема 4+4 ядра Cortex-A53, у первого блока так же частота выше, а у второго ниже. За счет понижения частоты одного кластера, удается поднять частоту другого, без последствий перегрева.
Для наглядного примера, в таблице имеется несколько SoC с разным расположением ядер и частоты:
|
SoC |
Техпроцесс |
Расположение ядер |
Архитектура |
Частота |
|
Snapdragon 652 |
28 нм |
4+4 |
Cortex-A57 Cortex-A53 |
1.8 ГГц 1.4 ГГц |
|
Snapdragon 626 |
14 нм |
8 |
Cortex-A53 |
2.2 ГГц |
|
MediaTek helio X25 |
20 нм |
2+4+4 |
Cortex-A72 Cortex-A53 Cortex-A53 |
2.5 ГГц 2.0 ГГц 1.55 ГГц |
|
Snapdragon 615 |
28 нм |
4+4 |
Cortex-A53 Cortex-A53 |
1.5 ГГц 1.0 ГГц |
Значение частоты написаны на коробке. Если ядра поделены на 2 либо 3 блока, производитель укажет наибольшие число. Например, в Snapdragon 615 – 1.5 ГГц. При этом не указывается, что это частота только 4-ядер, а 4 других работают на частоте 1 ГГц. Кроме того современные приложения плохо оптимизированы под многопоточную работу. Поэтому высокая частота в таких программах эффективнее количества ядер. Ситуация поменяется в будущем, когда появится API Vulkan, что позволяет распределять нагрузку на несколько ядер.
Производители
Разработкой SoC или сборкой готовых ядер, занимаются десятки компаний, но из ведущих производителей выделяют только четыре:
Qualcomm. Мировой лидер по созданию ключевых технологий и чипов для мобильных устройств. Компания использует готовые процессорные ядра ARM, а так же разрабатывает собственные версии ядер, для топового и флагманского сегмента. Чипы с модифицированными ядрами превосходят конкурентов по всем параметрам, например: Snapdragon 800, 801 805, 820 и 660.
MediaTek. Китайская альтернатива Qualcomm по сниженной цене, за счет чего используется в дешевых смартфонах и планшетах. В целом продукция ориентирована на устройства начального, бюджетного и среднего сегмента. Для производства чипов используются только готовые ядра ARM. Количество функций собственной разработки, минимальное или незначительное. Поэтому в технологической гонке MediaTek отстает от Qualcomm на 1-1.5 года.
Samsung. Производит чипы Exynos для собственных устройств, так же использует продукцию Qualcomm. В некоторых случаях остатки Exynos продаются конкурентам, чаще Meizu. Для ядер CPU используются наработки ARM с небольшими изменениями. Кроме того компания владеет производственными линиями, где производит чипы для Qualcomm и Apple.
Huawei. Компания производит чипы HiSilicon исключительно для топовых и флагманских устройств собственной разработки. Процессорные ядра — модификация на базе ARM. Для смартфонов и планшетов Huawei нижней ценовой категории, используются решения Qualcomm и MediaTek.
Вывод
При выборе мобильного устройства с подходящей SoC, оцените будущий режим работы и сценарии использования. Так же помните, что общая производительность – совокупность нескольких значений, где не последнее место занимает оптимизация софта и системы. Поэтому стоит рассматривать 6 или 8 ядерные платформы, которые подойдут «на будущее» и компенсируют недостаток оптимизации. Так же не стоит отдавать предпочтение устройствам на SoC MediaTek, так как это залог низкого качества работы и отсутствие будущих обновлений устройства.
Так как материал получился объемным, в следующей части поговорим о графическом ускорителе — составной части SoC.
Полезная информация.