بررسی Soc های تلفن همراه

امروز میخواهیم در ویندوزایران به بررسی قلب تپنده تلفن های همراه بپردازیم.پیش از اینکه به بررسی بپردازیم بهتر است ابتدا تعریفی از Soc یا System on a Chip داشته باشیم ، Soc در واقع یک مدار مجتمع شده یا IC است که تمام قسمت ها و سیستم های مورد نیاز یک کامپیوتر را بر روی آن که یک چیپ واحد است پیاده سازی می کنند . این موارد ممکن است شامل پردازنده اصلی ، پردازنده گرافیکی ،  واحد پردازش سیگنالها شامل آنالوگ و دیجیتال ، مدارهای کنترل کننده سیگنالها ، مودم های مخابراتی جهت ارسال و دریافت داده ها و دیگر موارد شود .

بطور کلی دو معماری دستورالعمل یا Instruction set architecture برای پردازنده های تجاری وجود دارند ARM و x86 ، در واقع سازندگان Soc ها نیز از این دو استفاده می کنند . معماری x86 که متعلق به اینتل می باشد و توسط AMD نیز توسعه داده می شود و معماری ARM که سازندگان بیشتری در دنیا به لطف اعطای مجوز ساخت دارد .

موفقیت در بازار پردازنده های موبایل را در این سالها باید متعلق به معماری ARM دانست ، بخش اعظمی از ابزارهای تولید شده اعم از اسمارت فون ها ، تبلت ها و حتی اولترابوک های جدید از پردازنده های تحت لیسانس ARM استفاده می کنند ، نامهایی نظیر Snapdragon ، Exynos ، Tegra ، Omap ، Apple Ax و … نشان دهنده این موضوع می باشند . هر ساله پردازنده ها و Soc های جدیدی وارد بازار می شوند که قابلیت های آنان گسترش داده شده و قدرت بیشتری را عرضه می کنند.

در ابتدا لازم است تا بعضی مشخصاتی که ممکن است در ادامه با ان ها مواجه شوید را توضیح دهم:

– Tech یا تکنولوژی ساخت : منظور از این پارامتر اندازه طراحی و توسعه ترانزیستورها بر روی ویفر استفاده شده در ساخت پردازنده است ، هرچه این عدد کمتر باشد مساحت پردازنده کمتر خواهد شد و در نتیجه میزان استفاده از الکترونها کاهش خواهد یافت که خود باعث کاهش انرژی مصرفی در چیپست می شود ، به واسطه کمتر شدن اندازه ترانزیستورها می توان تعداد بیشتری از آنها را بر روی اندازه های رایج استفاده کرد ، در حال حاضر اندازه 28 نانومتر کمترین میزانی است که شرکت ها به آن دست یافته اند و در آینده شاهد پردازنده هایی 22 نانومتری مثل Intel Atom Baytrail خواهیم بود .

I Set یا Instruction Set : منظور نوع تعریف دستورالعمل و اجرای آن به زبان پردازنده است ، پردازنده های ARM امروزی از دستورالعمل ARMv7 استفاده می کنند و پردازنده های اینتل نیز از x86 . برنامه نویسان و توسعه دهندگان اپلیکیشن به دانستن زبان دستورالعمل پردازنده نیاز دارند تا بتوانند بر اساس آن برنامه نویسی کنند .

CPU : نام هسته های پردازنده را نشان می دهد ، کمپانی هایی که از ARM مجوز تولید می خرند ممکن است نام اختصاصی خود را بر روی هسته های پردازنده و چیپست خود بگذارند .

Clock : منظور سرعت هسته های پردازنده است ، هرچه سرعت پردازنده بیشتر باشد سرعت اجرای دستورات نیز بیشتر و سریعتر خواهد بود .

Core : تعداد هسته های پردازنده را نشان می دهد ، هسته ها هرچه بیشتر باشند پردازنده در اجرای دستورات همزمان و عملیات Multitasking بهتر عمل می کند ، برخی سازندگان معماری های خاص را در ساخت لحاظ می کنند و همزمان از هسته های قویتر و ضعیفتر استفاده می کنند تا بتوانند بالانس یا تعادل در پردازش قویتر و مصرف بهینه انرژی را ایجاد کنند .

GPU : نوع پردازنده گرافیکی را نشان می دهد ، اگر علاقه مند به اجرای بازی ها در اسمارت فون یا تبلت ها هستید به این مورد توجه ویژه ای باید داشته باشید ، سازندگان از شرکت های طراحی کننده مدارهای گرافیکی مجوز تولید تهیه می کنند و از آنها در چیپست های خود استفاده می کنند .

Memory : نوع حافظه استفاده پشتیبانی شده توسط Soc را نشان می دهد ، حافظه های LPDDR3 نسبت به LPDDR2 سریعتر بوده و انرژی کمتری را مصرف می کنند.

برای شروع با بزرگترین تولید کننده دنیا شروع میکنیم:

Qualcomm Snapdragon

کوالکام دقیقاً همان کاری را انجام می دهد که برای بهترین بودن پردازنده های Snapdragon لازم است ، تولید طیف وسیعی از چیپست های موبایل برای استفاده در ابزارهای متعدد امروزی نظیر تبلت ها و اسمارت فون ها . کمپانی کوالکام امسال چیپست 810  را معرفی کرد که جایگزین نسل قبلی یعنی 805 شده است.

هر چند کوالکام از مشخصات Cortex A15 بطور کامل تبعیت نکرده است و آنها را در قالب هسته های Krait عرضه نموده است اما Snapdragon 805 در زمان حاضر و قبل از ورود 810 برترین چیپست موبایل ار لحاظ قدرت پردازشی و مصرف بهینه انرژی به شمار می رود.

اسنپدراگون 805 مجهز به 4 هسته کریت 450 با کلاک 2.7 گیگاهرتز است همچنین GPU ADRENO 420 با فرکانس 600 مگاهرتز میباشد.32 بیتی است و حداکثر از دوربین های 55 مگاپیکسلی پشتیبانی میکند.حداکثر سایز صفحه نمایش هم 2160P میباشد.

امتیازات کسب شده در انتهای مقاله قابل مشاهده است.

Samsung Exynos

اگر بخواهیم سلطه Qualcomm بر دنیای Soc های حال حاضر را نادیده بگیریم باید اعتراف کنیم سامسونگ در تولید Soc برای محصولات خود بطور انحصاری موفقیتی چشمگیر بدست آورده است ، پردازنده Octa سامسونگ که در آخرین پرچمدار آن یعنی Galaxy note 4 استفاده شده است هم اکنون در بین تلفن هایی که بطور رسمی صاحب بنچمارک هستند یکه تازی می کند . هرچند ایرادهایی بر فناوری به کار رفته در این چیپست از جمله مصرف بیشتر نسبت به مدل مشابه کوالکامی و تاخیرهای ناچیز در اجرای دستورات گرفته شده است اما گلکسی نوت 4 با این چیپست سریعترین اسمارت فون حال حاضر به شمار می رود .

در اخرین نسل این Soc ها یعنی octa 7 اگزینوس سامسونگ به سمت طراحی هسته ی پردازنده ی  Cortex-A53 و Cortex-A57 رفته که درمقایسه با طراحی های Cortex-A15/A7، هم در عملکرد و هم در بهره ورری انرژی بهبود قابل توجهی را نشان می دهد.سرعت کلاک برای Cortex A53 و Cortex-A57 به ترتیب ۱.۳ GHz و ۱.۹GHz است.

سی پی یو این مدل هشت هسته ایست 4 هسته ضعیف تر برای مصارف روزمره عادی مثل وب گردی و تماشای فیلم و چهار هسته قوی تر برای عملیات های سنگین مثل بازی های اچ دی.

GPU این مدل Mali-T760 است که دارای کلاک ۶۹۵MHz است که نسبت به اسنپدراگون 805 از این نظر قوی تر است.حداکثز قدرت دوربین در این پردازنده مشخص نیست اما حداکثر سایز صفحه نمایش ۱۶۰۰p است.

Intel Clovertrail+ and Baytrail

بیشترین چرخش و تغییر جهت در این بازار مربوط به اینتل می شود ، اینتل که بزرگترین تامین کننده پردازنده های x86 در دنیا است و در این مورد بی رقیب می باشد مدتی است که وارد رقابت با ARM شده است ، هرچند هنوز راه و زمان زیادی برای رقابت جدی با ARM وجود دارد اما اگر این موضوع را فراموش کنیم اینتل برنامه های جدی و مصممی برای حضور در این تجارت دارد .

از دو سال گذشته و زمانی که اینتل Clovertrail+ را معرفی نموده است می توان گفت کم کم اینتل نیز وارد عرصه رقابت می شود ، پس از این رویداد تعداد کمی اسمارت فون و تبلت به این Soc برپایه معماری x86 وارد بازار شدند که می توان از Asus Fonepad و Samsung ATIV Tab 3 نام برد . از طرفی وقتی به بنچمارک های این چیپست نگاه می کنیم باید حضور اینتل در این عرصه را بسیار جدی تلقی کنیم زیرا Clovertrail کاملا در یک حالت تعادل بین قدرت پردازشی و مصرف بهینه انرژی قرار دارد و این مورد کاملاً نسبت به چیپست های قدیمی تر بهبود یافته است .

پس از Clovertrail نوبت به نسل بعدی یعنی Baytrail می رسد ، اگر کمی به عقب تر یعنی کنگره جهانی موبایل بارسلونا بازگردیم اینتل در آن زمان گفته بود که نقشه های بزرگتری برای معماری Clovertrail خود دارد و قرار است هسته های Saltwell در معماری Clovertrail را با جایگزینی به نام Silvermont بهبود بخشیده و جان تازه ای بدهد . هسته های Silvermont بطور کلی هم قدرت پردازشی را بالاتر برده اند و هم مصرف انرژی را بهینه تر کرده اند و با این اوصاف ما انتظار داریم هسته های پردازشی Silvermont بتوانند بخوبی از پس Cortex A15 برآیند.

اما اینتل تنها در راه هموار کردن چیپست های موبایل قدم برنداشته است ، این کمپانی همچنین تمرکز و انرژی زیادی را صرف بهبود پردازنده های نوت بوک ها و اولترابوک ها کرده است تا بتواند نوت بوک ها و اولترابوک های بیشتری را تحت سیستم عامل اندروید بوسیله پردازنده های اینتل پشتیبانی کند . این حرف به این معنی است که پردازنده های پنتیوم و سلرون اینتل نیز تحت نفوذ معماری Baytrail قرار می گیرند تا پتانسیل عملکرد خود را بالاتر برده و همچنین فاصله موجود بین پردازنده های نوت بوک ها و Soc های موبایل را از کمتر کنند .

NVIDIA Tegra

تا امروز NVIDIA در تولید Soc ها با هسته های بیشتر پیشتاز بوده است ، از اولین چیپست دو هسته ای یعنی Tegra 2 تا اولین چیپست چهار هسته ای یعنی Tegra 3 اما این نمی تواند تمام قدرت NVIDIA در این زمینه باشد زیرا رقبا موارد مهمتری از هسته های بیشتر را در چیپست های خود لحاظ کرده اند .

انویدیا با رونمایی و معرفی تگرا K1 در مسیری جدید قدم برداشته و این بار خبری از افزایش قابل توجه سرعت کلاک یا تعداد هسته‌ها نیست. در واقع مسأله‌ی معماری و بهینه‌سازی تگراها این بار جدی‌تر گرفته شده است.

تگرا کی‌وان در دو نسخه عرضه می‌شود. یک نسخه از همان هسته‌های معروف Cortex-A15 به صورت 4 + 1 هسته استفاده می‌کند که طبق معمول هسته‌ی پنجم برای کاربردهای سبک و مدیریت بهتر مصرف انرژی است. نسخه‌ی دیگر براساس معماری 64 بیتی طراحی شده توسط انویدیا بهره می‌گیرد که بر اساس معماری مجموعه دستورات ARMv8 شکل گرفته‌اند. این معماری در اولین تراشه‌ی 64 بیتی لوازم همراه که همان A7 اپل است نیز به کار گرفته شده بود. انویدیا نام هسته‌های پردازنده‌ی اصلی جدید خود را Denver گذاشته است.

از طرف دیگر پردازنده‌ی گرافیکی تگرا K1 است که در حقیقت پیاده‌سازی کامل معماری کپلر به شمار می‌رود. کپلر با معرفی کارت گرافیک‌های سری GTX 600 انویدیا پا به عرصه‌ی وجود گذاشت و موفقیت آن در سری GTX 700 نیز ادامه یافت. حالا انویدیا برای یکسان کردن معماری پردازنده‌های گرافیکی کامپیوترها و وسایل همراه، دست به کار شده و به نظر می‌رسد که از این پس ابتدا برای وسایل همراه طراحی می‌کند و سپس همان معماری را برای تراشه‌های دستاپ به کار می‌برد.

جالب است که همین انویدیا که اولین تراشه‌ی 4 هسته‌ای را برای اندروید رونمایی کرده بود و تمام رقبا به جز اپل و اینتل را به سمت استفاده از هسته‌های پردازشی بیشتر کشانده بود، حالا خود به سمت استفاده از 2 هسته‌ی پردازشی پر قدرت حرکت کرده و متوجه شده که به شکل بهینه‌تری می‌توان از مساحت تراشه استفاده کرد.

انویدیا به این نکته اشاره کرده که بازی‌های رده‌اولی که برای پی‌سی و حتی کنسول‌های نسل فعلی عرضه شده‌اند را می‌توان بدون مشکل خاصی برای تگرا کی‌وان نیز پورت کرد. البته نمی‌توان همان کارایی کارت گرافیک‌های پی‌سی را در بازی‌های جدید و پیشرفته تجربه کرد ولیکن ادعای انویدیا مبنی بر اینکه تگرا کی‌وان در مقایسه با نسل قبلی کنسول‌های بازی بسیار قدرتمند است، جای بحث دارد و تا حدی درست است.

با توجه به تصویر زیر به نظر می‌رسد که تگرا کی‌وان در حد و اندازه‌ی پردازنده‌ی گرافیکی آخرین نسل کنسو‌های بازی ظاهر می‌شود.

با محاسبه‌ی سرانگشتی می‌توان قدرت خام پردازشی تگرا کی‌وان را به دست آورد. 192 هسته که هر یک 2 فلاپس قدرت دارد و با فرکانس 950 مگاهرتز فعالیت می‌کند، در مجموع به رقم تقریبی 364 گیگافلاپس می‌رسیم در حالی که دو کنسول ایکس باکس 360 درجه و پلی‌استیشن 3 کمتر از 250 گیگافلاپس قدرت داشتند که البته مجموع توان پردازنده‌ی اصلی و گرافیکی منظور ماست.

بیشینه‌ی کارایی در زمینه‌ی فیلترینگ بافت و همچنین پهنای باند از دو کنسول کمتر است، ولیکن این دو مورد آن قدر نیستند که نتوان بازی‌های دو کنسول مورد بحث را برای تگرا کی‌وان پورت کرد. به هر حال تگرا کی‌وان اولین تراشه‌ی موبایلی است که نسبت به دو کنسول نسل قبل، توان بیشتری دارد.

حال به مقایسه این مدل ها میپردازیم:

Geekbench، تنها تستی است که روی پردازنده ی دنور انویدیا انجام شده است، بنابراین باید مقایسه ی عملکرد را تنها براساس یک بنچمارک انجام دهیم. البته  بنچمارک ها فقط یک نمونه  از مقایسه ی عملکرد در دنیای واقعی هستند و ممکن است خطا داشته باشند.

نخست عملکرد تک هسته را بررسی می کنیم،  همانطور که می بینید قدرت فوق العاده ی هسته های دنور، به راحتی در این زمینه پیشی می گیرند، چیپ اگزینوس ۷، که در نوت ۴ موجود است، به ویژه با توجه به سرعت کمتر کلاک هسته های Cortex-A57 ، در مقایسه با اسنپدراگون ۲.۵GHz+ و تگرا Cortex-A15 ، عملکردی قوی نشان می دهد. همانطور که انتظار می رود، اسنپدراگون ۸۰۵، نسبت به اسنپدارگون ۸۰۰، پیشرفت بسیار اندکی داشته است.

در مورد عملکرد چندهسته ای، می بینیم که اگزینوس سامسونگ به خاطر ماهیت ۸ هسته ای خود برنده می شود. طراحی جدید، اگزینوس ۵۴۲۰ قدیمی را شکست داده و دستاوردهای بزرگی را در سری های ۸۰۰ اسنپدارگون به دست می آورد.

در این قسمت، چیپ دنور انویدیا،  تنها با یک چیپ دو هسته ای، خوب عمل می کند. اسنپدراگون ۸۰۵ ،  عملکرد ضعیف تک هسته ای خود را با هسته های اضافی جبران کرده و به ویژه در برابر چیپ جدید طراحی اپل A8، خوب عمل می کند. اما فاصله ی زیادی بین پردازنده های نسل ARMv7 و ARMv8  وجود دارد.

قدرت گرافیکی

عملکرد اسنپدراگون ۸۰۵ آدرنو ۴۲۰، نسبت به آدرنو ۳۳۰، حدود ۴۰% بهبود یافته، در حالیکه تگرا K1، دارای نسخه ی بسیار بهره ورتری از نظر انرژی است. چیپ اگزینوس سامسونگ نیز از چیپ گرافیکی فوق العاده قدرتمند Mali-T760 استفاده می کند.

برای تست GPU، بنچمارک های «نمایشگر خاموش» که در زیر لیست شده را بررسی می کنیم. این رویکرد به ما اجازه می دهد تا عملکرد را  بدون ویژگی های خاص یک دیوایس، مانند رزولوشن نمایشگر و سرعت رفرش بررسی کنیم؛ چرا این موارد، نتایج را تحت تاثیر قرار می دهند.

دوباره تگرای انویدیا، به لطف  معماری GPU کپلر قدرتمندش، در صدر قرار می گیرد. ادرنو کوآلکام ۴۲۰، بهبود ۴۰ درصدی عملکرد را با پیشی گرفتن از ۳۳۰، و  T-760 نشان میدهد.

در بنچمارک T-Rex، به نظر می رسد Mali-T760، فراتر از انتظار ظاهر شده است. از طرف دیگر چیپ A8 اپل، اگرچه در تست GFXBench خوب عمل کرده است، اما در تست Futuremark، افت می کند.

این بنچمارک ها، در مورد بهره وری انرژی اطلاعات زیادی  به دست نمی دهند. چیپ های اسنپدارگون و اگزینوس برای اسمارت فون هایی که معمولاً باتری های کوچک تری دارند، مناسب ترند، در حالیکه تگرای انویدیا، برای تبلت هایی با باتری های بزرگتر مطلوب است. خروجی گرما هم مسئله ای است که با این چند بنچمارک نمی توان در مورد آن چیز فهمید.

حال میخواهیم اطلاعاتی از پرچمدار بعدی ویندوزفون به شما بدهیم البته با توجه به این موضوع که مایکروسافت قرار است از اسنپدراگون 810 در پرچمدار بعدی خود استفاده کند و اینکه مایکروسافت همیشه از حداکثر توان Soc استفاده کرده است بنابراین ما برای جانشین لومیا 1020 که یک پرچمدار دوربین محور است دوربین بالای 55 مگاپیکسل را پیش بینی میکنیم همچنین صفحه نمایش این مدل قطعا بالا 1440p خواهد بود حتی امکان دارد 4k باشد البته به دلیل مصرف زیاد انرژی امکان ان کم است.

با در نظر گرفتن تکنولوژِی های موجود در ساخت صفحه نمایش حداقل سایز برای رسدن به این تراکم پیکسلی 5.5 اینچ است بنابراین احتمال وجود صفحه نمایش 4k در جانشین لومیا 1020 پایین می اید اما احتمال وجود ان بر روی جانشین 1520 بالاست.