Мобильные процессоры. Вводная часть

Процессор (CPU) – сердце абсолютного любого компьютера, в том числе и смартфона, отвечающее за все вычисления, производимые устройством и, одновременно, самая технически сложная часть коммуникатора. Процессоров с разными характеристиками существует великое множество и зачастую, пользователю бывает очень трудно разобраться в этом многообразии. Но тем, кому это действительно интересно, помогут освоиться наши статьи о мобильных процессорах.

Для начала важно отметить, что процессоры как таковые, в мобильных гаджетах не используются. Дело в том, что объединяясь вместе с другими компонентами они образуют SoC – System on a chip или систему-на-кристалле. Это означает, что на одной микросхеме находится полноценный компьютер, среди компонентов которого – процессор, графический ускоритель и другие, более специфические части. Как мы и обещали, сейчас речь пойдёт о процессорах, но в конце мы скажем пару слов и о GPU.

Список спецификаций любого процессора начинается с основополагающего понятия архитектуры процессора. Не будем вдаваться в подробные объяснения этого понятия, но, в общем смысле, архитектура – это совокупность свойств процессора по внутреннему устройству и возможности выполнять определённые наборы команд. Если мы говорим о чипах для смартфонов, то на рынке безоговорочно доминирует архитектура ARM, которая разрабатывается одноимённой компанией ARM Limited. Все остальные компании (лидерство держат Qualcomm, Nvidia, Samsung, MediaTek, Apple и другие) занимающиеся производством процессоров, лицензируют технологию у ARM и затем продают готовые чипы производителям смартфонов (или используют их в собственных устройствах). Также, некоторым количеством устройств представлена архитектура x86 компании Intel, но до недавнего времени она была рассчитана только на бюджетные коммуникаторы. С анонсом Lenovo IdeaPhone K900, выйти в hi-end сектор попыталась Intel, но конкурировать с компанией ARM будет очень трудно. Остаётся главный вопрос: в чём различие между различными архитектурами для конечного пользователя? Ответ звучит так: практически ни в чём. Android OS хорошо работает как на ARM процессорах, так и на x86, а несовместимость владелец x86-устройства сможет встретить, разве что, в каких-либо специфических приложениях или, возможно, в современных играх. Все остальные современные мобильные операционные системы, в том числе iOS и Windows Phone работают на ARM архитектуре.

Версия архитектуры

Неразрывно с архитектурой связана версия архитектуры – их иногда, с полным на то правом, рассматривают как единое целое. Причиной появления разных версий архитектур служит ничто иное, как технический прогресс: на смену устаревшей версии приходит новая, которая может обеспечить лучшую производительность, малое энергопотребление и другие преимущества. Зачастую различий между версиями архитектуры не меньше, чем между разными архитектурами. Например, владельцы устройств с процессорами ARMv6 столкнулись с тем, что на их смартфонах не работали игры, которые писались с расчётом на новую версию ARMv7 (на данный момент она и является актуальной).

Следующей характеристикой (идём от большего к меньшему) мобильного процессора является ядро. Именно используемое в том или ином чипе ядро и определяет производительность, энергопотребление и тактовую частоту процессора. Компания ARM разрабатывает ядра серии Cortex, но сторонним производителям процессоров ничего не мешает использовать собственные. Так, например, поступают компании Qualcomm (ядра Krait) и Apple (ядра Swift).

Раз уж мы заговорили о ядрах, здесь же стоит упомянуть и о количестве ядер в процессоре. В одном процессоре, которые можно найти в современных коммуникаторах, могут быть объединены 2 или 4 одинаковых ядра. Это делается для увеличения скорости работы девайса за счёт распараллеливания выполняемых процессов. То есть, задачи, требующие высокой производительности, можно выполнять не в одном процессе, а в нескольких. Такая возможность должна быть предусмотрена разработчиком и используется в некоторых приложениях, как, например, трёхмерные игры или программы для обработки видео. Если же программа сама по себе не поддерживает многопоточность и не требует больших ресурсов, то неиспользуемые ядра просто-напросто отключаются для экономии заряда батареи. Иногда с этой же целью используется пятое ядро-компаньон для самых неприхотливых задач, вроде работы устройства в спящем режиме или при проверке почты.

Тактовая частота

Последней характеристикой процессора, которая может оказаться полезной пользователю, является тактовая частота. Эта величина показывает, сколько тактов способен отработать процессор за единицу времени (одну секунду). Например, если в спецификациях к устройству указана частота 1,7 ГГц, это значит, что за 1 секунду его процессор осуществит 1 700 000 000 (1 миллиард 700 миллионов) тактов. Количество тактов, затрачиваемое на выполнение чипом одной операции может разниться в зависимости от его типа и самой операции, но, обобщённо, более высокая тактовая частота означает более высокую скорость работы. Особенно это становится заметно, если сравнивать одинаковые ядра, работающие на разной частоте. Это значение иногда ограничивается производителем, в целях уменьшения энергопотребления (разумеется, чем выше скорость процессора, тем больший ток он потребляет) или даже маркетинга (сейчас компания выпускает коммуникатор с ограничением частоты процессора, а через несколько месяцев – его улучшенную версию без таковых). К счастью, эти ограничения может снять любой владелец устройства, имея на нём права суперпользователя (иногда также может понадобиться установка сторонней прошивки ядра). Важное замечание: ядро как вычислительный элемент и ядро как часть прошивки устройства на английском языке имеют разные названия (core и kernel соответственно), но на русском обозначаются одинаково.

Конечно, на этом полный список характеристик любого процессора не заканчивается, но оставшиеся слишком специфичны для того, чтобы их было необходимо знать каждому пользователю.

Графические ускорители

Как и обещали в самом начале, мы не обойдём стороной ещё один немаловажный компонент SoC – графический процессор (GPU) или графический ускоритель. Нетрудно догадаться, что этот компонент отвечает за графическую производительность устройства и используется, в первую очередь, в играх. Соответственно, чем лучше GPU, тем более качественные трёхмерную графику и текстуры, а также быстродействие (или fps), можно получить. Также, графический ускоритель можно использовать и для отрисовки интерфейса операционной системы, но, в случае с Android OS производители коммуникаторов такой возможности могут и не давать, хотя зачастую умельцам удаётся её включить в неофициальных прошивках. Для выделения собственного GPU среди других некоторые производители могут заявить о высоких характеристиках их ускорителей, например о количестве так называемых “графических ядер” (у Nvidia Tegra 4 их аж 72), но обычно это всего лишь маркетинг. Главное значение для пользователя имеет лишь сам используемый графический процессор.

Компания ARM разрабатывает GPU серии Mali, но сторонним производителям чипов ничто не мешает использовать собственные графические ускорители. Так поступает, прежде всего, компания Nvidia, которая делает ставку именно на GPU при позиционировании чипов Tegra. В качестве другого примера можно привести крупнейшего производителя SoC, компанию Qualcomm, в процессорах которой используются графические ускорители серии Adreno.

Особенности процессоров в разных ОС

В настоящее время всё описанное выше многообразие процессоров можно найти, прежде всего, в коммуникаторах под управлением Android OS. Эта операционная система является открытой, то есть, любой производитель может использовать её в любых устройствах. Поэтому и применяться в Android-устройствах могут как сверхбюджетные одноядерные процессоры малоизвестных компаний с рабочей частотой ниже 1 ГГц, так и ультрамощные четырёхъядерные чипы (причём, ARM утверждает, что это ещё не предел) с частотой выше 2 ГГц (такими будут процессоры Qualcomm Snapdragon 800). Похоже, что подобная ситуация будет складываться в дальнейшем и с новыми ОС вроде Canonical Ubuntu или Mozilla Firefox OS, чей исходный код также доступен всем желающим.

Подобно Android, дела схожим образом обстоят и у Microsoft Windows Phone, но с некоторыми существенными отличиями. Дело в том, что Microsoft намеренно устанавливает рамки для устройств на своей операционке, несмотря на то, что производители всё равно имеют довольно широкий выбор. Возможно, это даже к лучшему: с одной стороны, компании не могут выпустить WP-смартфон с слишком низкими характеристиками, на котором подтормаживать будет даже стандартный интерфейс, а с другой стороны – конечные потребители не будут переплачивать за “лишние” гигагерцы и ядра, которые будут простаивать без дела. Вообще, причина того, что Android-смартфонам необходимы быстрые четырёхъядерные процессоры, в то время как другие операционки работают хорошо и на относительно “средних” двухъядерных кроется гораздо глубже, нежели в производительности “железа”, но затрагивать принципы работы ОС в рамках этого материала мы не будем. К чему всё это? Дело в том, что обратной стороной политики Microsoft является маркетинг: большинство пользователей, далёких от мира высоких технологий, скорее купят смартфон с процессором с большим количеством ядер и большей тактовой частотой, что предлагают именно производители Android-коммуникаторов.

Особняком стоят операционные системы Apple iOS и Blackberry OS. Компании Apple и Blackberry разрабатывают эти ОС только для собственных устройств и планомерно увеличивают их производительность в соответствии с реальными потребностями. В результате, современные трёхмерные игры идут с максимальным качеством графики на процессорах, которые в случае с Android OS считались бы решением для среднего сегмента. Пользователи указанных операционок, в свою очередь, не задумываются о мощности используемых чипов, зная, что покупая последнее устройство в линейке не будут испытывать проблем с производительностью.

Производители процессоров

Большинство современных смартфонов на самых различных операционных системах используют ARM-процессоры, производством которых по лицензиям ARM Limited занимаются сторонние компании. У кого-то это получается лучше, у кого-то – хуже, но признанным лидером среди производителей является Qualcomm. Чипы этой компании, которая предлагает как бюджетные, так и топовые решения, используются в девайсах на Android OS, Windows Phone, BlackBerry OS, Firefox OS и других операционных системах.

Тем не менее, сбрасывать со счетов другие компании было бы глупо. Основным конкурентом Qualcomm является Nvidia, разрабатывающая процессоры из линейки Tegra, направленные на игровую производительность. Такие чипы действительно имеют определённое преимущество перед другими в современных трёхмерных играх, но, вместе с тем, обладают и некоторыми недостатками и, фактически, являются менее универсальными.

Не слишком популярна на западе, лидирующие позиции в Китае занимает компания MediaTek, чьи процессоры используются как в бюджетных, так и топовых китайских смартфонах. По производительности они обычно уступают чипам компаний, ориентированных именно на западный рынок, но, вместе с тем, стоят гораздо дешевле. В отдельную группу можно вынести такие компании как Samsung (Exynos), Huawei (HiSilicon) и Apple, которые разрабатывают процессоры для собственных устройств (хотя Samsung, к примеру, продаёт чипы и некоторым сторонним производителям). Причём, если говорить об Android-устройствах, то в синтетических тестах процессоры Samsung иногда оказываются быстрее чипов Qualcomm. Конкуренция в этой сфере очень высока, и некоторые производители, не выдержав её, уходят с рынка. Так, например, поступила компания Texas Instruments, выпускавшая чипы OMAP. Одним из последних известных гаджетов, использующих такой процессор, можно считать Google Glass.

Конечно, производством ARM процессоров занимаются и другие компании, например STMicroelectronics, но среди процессоров в коммуникаторах и планшетах обычно можно встретить продукцию именно указанных поставщиков.

Заключение

Несмотря на то, что ARM является многопрофильной архитектурой, свою популярность она обрела именно в мобильных устройствах, где требуется низкое энергопотребление, в том числе в коммуникаторах и планшетах. Но если компания ARM Limited, занимающаяся разработками в этой области, фактически, является монополистом, то между производителями, создающими процессоры по лицензиям ARM, ведётся непрерывная борьба. Впрочем, это не мешает некоторым компаниям её успешно игнорировать и просто выпускать качественные чипы для своих устройств. Если вы решили при выборе гаджета смотреть на используемый процессор, то помните, это имеет смысл делать не со всеми операционными системами. К тому же, кроме чипов, имеется множество других характеристик, отличительных для каждого сегмента устройств, но при выборе флагманского коммуникатора действительно можно обратить внимание именно на используемый процессор. В этом материале мы обсудили основные характеристики мобильных чипов и лишь поверхностно коснулись предложений различных компаний. Тем не менее, такие гиганты как ARM и Qualcomm заслуживают более подробного рассказа, и мы обязательно уделим им внимание в ближайшее время.

Читать еще: Как отключить интернет на смартфоне Андроид?

За что отвечает процессор в вашем смартфоне

Очень часто при выборе смартфона многие не обращают внимание на процессор, а ведь он очень важен. Вы смотрите на экран, фотографируете, слушаете музыку, печатаете сообщение другу или отправляете SMS — за всё это прямую ответственность несёт процессор. Так давайте же поймём, чем данная аппаратная часть так важна и за что же она отвечает.

Snapdragon 865 — процессор нового поколения от Qualcomm

Не так давно были представлены процессоры Snapdragon 865, Snapdragon 765, Apple A13 Bionic, Exynos 990 и Kirin 990. Это процессоры нового поколения, которые будут устанавливаться во все смартфоны 2020 года. Производители нам говорят, что они стали мощнее, производительнее. Но что понимается под этим словом? Ассоциация с тем, что игры будут иметь более привлекательную графику и работать быстрее, не очень полна. Конечно, это одна из главных целей, но, увы, есть много других причин ценить процессор вашего аппарата.

Какие процессы контролирует чипсет/процессор?

Центра́льный проце́ссор (ЦП; также центра́льное проце́ссорное устро́йство — ЦПУ; англ. central processing unit, CPU, дословно — центральное обрабатывающее устройство) — электронный блок, либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.

Внутри чипсета располагается ряд важнейших компонентов смартфона. Основным можно назвать ЦПУ — именно он отвечает за все вычисления и работает с памятью устройства. Далее по важности можно выделить графический чип, который отвечает за обработку информации и её преобразования в формат, пригодный для отображения на экране смартфона. Мобильным процессорам свойственно иметь ISP-чип отвечающий за обработку изображений, поступающих с камер устройства.

Также процессор с недавнего времени стал включать в себя AI-чип, который отвечает за обработку вычислений, связанных с машинным обучением (нейросетями). В чипсет также встраивается модем, основная задача которого — обеспечить качественную связь и быстрый интернет. Ну и, конечно, звуковой чип, от него напрямую зависит качество звука.

Чего стоит ждать от процессоров в 2020 году?

Процессоры 2020 года станут мощнее

Поддержку 5G
Вычисления будут выполняться на 25% быстрее
Улучшенное время работы от одного заряда
Поддержка камер с разрешением до 200 мегапикселей
Поддержка экранов с частотой обновления картинки 120 Гц
Улучшенная обработка AI-вычислений, что поможет ускорить обработку фотографий и время отклика голосовых помощников
Поддержка Wi-Fi 6

Зная модель процессора пользователь может примерно понимать не только возможности, связанные со скоростью работы устройства, но еще и то, какую камеру аппарат может получить и какого качества могут быть снимки. По модели процессора можно понять максимально поддерживаемую оперативную память. Всё это позволяет еще на этапе анонса процессоров примерно понять, какими возможностями будут обладать устройства нового поколения.

Так, например, Galaxy S20, по слухам, получит камеру на 108 Мп, но это, как вы заметили, не предел. ЖДём 200-Мп решения? Предлагаем обсудить этот вопрос в нашем Телеграм-чате.

Проблемы, с которыми сталкиваются производители

Главной проблемой процессоров является тепловыделение/энергопотребление. Как правило, речь идёт о цифре в 5 Вт. Каждый год производители придумывают способы увеличить мощность чипсета, чтобы при этом не увеличилось его пиковое тепловыделение. Не так давно начали прибегать к использованию тепловых трубок, так как 5 Вт всё же больше показателей старых процессоров. Например, тепловыделение Snapdragon 800 составляет 3 Вт.

Многие приобретают старые устройства на флагманских процессорах по той же цене, что и новые аппараты на современных чипсетах. Как правило, новые телефоны оказываются слабее прошлогодних флагманских решений. Однако стоит учитывать, что новые чипсеты предлагают более быструю скорость Интернета, лучшую обработку изображения камеры, более качественный звуковой чип. Поэтому не всегда прошлогодние флагманы лучше новых среднебюджетных аппаратов, и это стоит учитывать при выборе устройства.

Ох уж этот многострадальный Google Pixel 4a! Вроде и аппарат должен быть неплохой, и время для выхода выбрано максимально правильно, но что-то всегда не ладится. Сразу вспоминается зарядка AirPower, о которой весь Интернет гудел больше года и которая в итоге так и не вышла. Мне новый бюджетный Google Pixel интересен, но судя по последней информации, его придется еще немного подождать. Изначально он должен был появится на конференции Google I/O, после ее отмены заговорили про более ранний срок, потом про май, потом про июнь, теперь называются новые сроки. Но сколько же в итоге его можно ждать и появится ли он вообще? Ведь откладывать бесконечно нельзя, есть еще один фактор, который торопит команду создателей.

Несмотря на то что есть обширная категория пользователей, которые считают Android самой функциональной мобильной ОС, если разобраться, то становится ясно, что без вспомогательного ПО и сервисов – это просто сосуд, требующий наполнения. Google понимает это как никто другой и даже сделала данную особенность своей платформы её фишкой. Во-первых, так удобнее обновлять совместимые устройства, а, во-вторых, так можно зарабатывать, продавая доступ к своим службам производителям за деньги. Ну, а почему бы и нет, если сервисы и правда крутые?

Google никогда не была особенно расторопной в вопросах обновления своих приложений и сервисов. Как правило, в компании предпочитают распространять апдейты постепенно, чтобы, в случае обнаружения каких-либо проблем, иметь возможность отозвать их ещё на ранней стадии. Это давнишнее правило, которое поддерживает ощущение стабильности всех обновлений, которые выпускает поисковый гигант. Однако бывают такие обновления, которые просто нельзя распространять постепенно, а необходимо срочно выкатить для всех и сразу. Конечно же, это система отслеживания больных коронавирусом.

Зачем смартфону мощный процессор?

Бытует мнение, что современные бюджетные смартфоны, или, во всяком случае, часть из них, отлично справляются практически со всеми задачами, гарантируя высокую производительность. А переплачивать за устройство с мощным процессором, якобы, нет никакого смысла. Но насколько верно такое утверждение? Что такого может сделать флагманский смартфон, чего не сможет бюджетный?

Для того чтобы ответить на эти вопросы, нужно будет не только разобраться в том, какие сценарии использования доступны для современных мобильных устройств, но еще из каких компонентов состоят чипсеты.

Что представляют собой современные мобильные процессоры

Хотя смартфоныв наши дни и позволяют запускать игры, читать и редактировать документы, а также делать массу других операций, но в отличие от системного блока компьютера, в котором пользователь может заменить любые компоненты, в смартфонах и планшетах все построено вокруг процессора и является его неотъемлемой частью.

По сути, мобильный процессор представляет собой однокристальную систему, в которой уже присутствует видеочип, а также различные модули и датчики. На набор функций частично может повлиять производитель, который, к примеру, вправе добавить дополнительные датчики или увеличить количество оперативной и встроенной памяти. Но пользователю уже придется мириться с тем, что есть внутри смартфона, а о возможности апгрейда придется забыть.

Производство мобильных процессоров устроено таким образом, что каждый год выходят новые модели чипов, но далеко не всегда среднестатистический пользователь видит разницу, к примеру, между текущим флагманским процессором, и моделью, которая была самой мощной и технологичной в предыдущем поколении. Но стоит более детально разобраться в вопросе, как выяснится, что разница есть буквально во всем.

Какие процессоры являются мощными

Как кажется поначалу, здесь все предельно просто — чем больше ядер и чем выше их частота, тем мощнее процессор и больше возможностей он предоставляет для пользователя. Если ориентироваться только на эти цифры, может показаться, что часть смартфонов даже мощнее некоторых ПК. Однако многое зависит от архитектуры ядер, а также от графики, которая является составной частью однокристальной системы наряду с процессором.

К примеру, популярные нынче в бюджетном сегменте процессоры только с ядрами Cortex-A53 будут уступать в производительности аналогам с ядрами Cortex-A75 или тем более A76, даже если окажется, что частота последних будет меньше. Но и тут есть подводные камни. Сравним популярные бюджетные чипы MediaTek Helio P22 и Snapdragon 439.

Чип от MTK обладает такими же ядрами, что и продукт от американской компании Qualcomm, но частота чуть выше именно у китайского процессора. Кажется, что Helio P22 предпочтительнее, тем более, что он выдает порой больше баллов в популярных синтетических тестах производительности (к примеру, в Antutu), но, запустив любую игру, сразу ощущаешь, что Snapdragon 439 ведет себя гораздо лучше и стабильнее в плане просадок кадров. Почему же так выходит? А потому, что иногда важнее то, какой видеочип используется в связке с процессором. Есть мнение, что под графику Adreno, используемую Qualcomm, игры и некоторые приложения оптимизированы куда лучше, чем под Mali.

Поспешных выводов из этого делать не следует, так как во флагманских смартфонах тот же Mali отлично справляется с любыми играми, и во всех случаях рассматривать нужно определенные модели процессоров, или, точнее, однокристальных систем.

Игры и приложения

Современные тяжелые игры имеют свойство развиваться в графическом плане, а кроме того в их настройках можно встретить несколько пунктов, позволяющих выбрать тот или иной уровень графики. Со временем могут появляться и новые режимы с улучшенной графикой, а на не слишком мощных мобильных устройствах свежие версии игр и приложений могут банально начать тормозить из-за слишком низких показателей кадров в секунду. Некоторые игры и вовсе не запускаются на смартфонах и планшетах с бюджетными процессорами. Поэтому важно, чтобы в устройстве было как можно более мощное железо, которое могло бы на несколько лет гарантировать отсутствие различных проблем с запуском софта.

Популярные синтетические тесты производительности тоже не стоят на месте — их разработчики постоянно либо выпускают новые версии софта, либо дополняют уже существующие приложения сложными графическими тестами. Причина такого поведения банальна — старые бенчмарки не способны по полной нагрузить постоянно появляющиеся на рынке новые мощные устройства, и это также указывает на развитие мобильных процессоров. Размер приложений тоже увеличивается — софт занимает в памяти устройства все больше места, а для бюджетных процессоров это может стать серьезной нагрузкой.

Быстрая работа

Именно мощные многоядерные процессоры с большим количеством оперативной памяти делают современные устройства по-настоящему многозадачными. Пользователю попросту уже не нужно себя в чем-то ограничивать — можно запустить тяжелую игру, при этом одновременно ведя запись с экрана, а при необходимости, к примеру, и вовсе дополнительно свернуть приложение youtube, разместив маленькое окошко с видео где-нибудь в углу экрана.

Читать еще: Вконтакте моя страница

Но если отталкиваться от более реальных и популярных в повседневной жизни задач, то в интернет-браузере получится открыть множество вкладок, а в фоновом режиме появится возможность удерживать множество приложений, мгновенно между ними переключаясь. Это будет востребовано для тех пользователей, кто пользуется большим количеством мессенджеров, но это также актуально и для другого софта.

Качественные фото и видео

Когда речь заходит о мобильных устройствах, да и не только о них, то большая часть пользователей убеждена в том, что чем больше мегапикселей в камере, тем качественнее будет итоговый результат. В некоторых случаях это действительно дает отличную детализацию, но так происходит не всегда. И вовсе не удивителен тот факт, что даже в флагманах 2019 года хоть и присутствует режим съемки, к примеру, в разрешении 40 Мп, но производитель рекомендует в настройках выставлять 16, 13 или даже 10 Мп. И, действительно, не на всех смартфонах можно ощутить разницу между снимками в 40 и 10 МП.

А все дело в том, что сейчас количество мегапикселей не так важно (хотя бывают и исключения), особенно в случае с компактными модулями камер, которые имеют определенные ограничения по сравнению со специализированной техникой. В этом случае на первый план выходит постобработка фотографий, и для качественных снимков нужен не только хороший софт, но и мощный процессор, который сможет максимально быстро создать хороший кадр. Также мощное железо, которое должно работать в связке с быстрой памятью, понадобится для того, чтобы камера поддерживала большое количество режимов, в том числе качественную ночную съемку и запись видео с разрешением 4K при 60 кадрах в секунду.

Навигация и связь

Как правило, именно однокристальная система с мощным процессором и прочими качественными компонентами обеспечивает отличное качество навигации. Выражается это в том, что современные мощные смартфоны по сравнению с бюджетными аналогами могут не только работать со всеми видами навигационных систем (а это, помимо GPS и ГЛОНАСС, еще BEIDOU, GALILEO и QZSS), но и видеть при одинаковых условиях большее количество спутников.

Также железо влияет на скорость так называемого «холодного старта», когда смартфон оказывается без интернета и доступа к различным сетям в том месте, где он раньше не бывал, и перед ним стоит задача определить местоположение только по спутникам.

Качество связи и скорость интернета тоже зависят от компонентов однокристальной системы, а беспроводные модули с развитием технологий могут получать все новые стандарты и кодеки, поэтому мощные процессоры влияют даже на качество звука.

Разрешение экрана

Мощные процессоры позволяют использовать в смартфоне дисплеи с разрешением FullHD и выше, тогда как у бюджетных аппаратов часто максимальный показатель ограничивается разрешением HD+ (1600×720 и ниже). Количество пикселей напрямую влияет на качество изображения, хотя у дисплеев есть еще масса критериев, которые важны для получения хорошей картинки. Существует мнение, что разрешения FullHD более чем достаточно для любого смартфона, но учитывая, что мобильные устройства в будущем наверняка все чаще будут использоваться для погружения в мир виртуальной реальности, а это предполагает нахождение смартфона возле глаз, то в этом случае чем выше разрешение экрана, тем лучше. При этом современные устройства позволяют выбрать пользователю разрешение экрана самостоятельно, так что не стоит бояться слишком сильного сокращения срока жизни устройства от одного заряда.

Энергоэффективность

Самые энергоэффективные решения достаются вначале именно смартфонам с новыми мощными процессорами, а уже потом, спустя какое-то время, можно надеяться на их появление и в бюджетном сегменте. Большую роль для обеспечения энергоэффективности играет техпроцесс, а на конец 2019 года флагманские процессоры обладают размерностью 7 нм, что существенно снижает их площадь и положительно сказывается на уменьшении потребления энергии. С другой стороны, чипы становятся все более мощными, но, за счет наличия энергоэффективных ядер, смартфоны могут работать довольно долго даже при максимальной нагрузке.

Итоги

Вне зависимости от вариантов использования мощные процессоры смартфонам без сомнений нужны. В том числе благодаря им обычный кнопочный телефон смог эволюционировать в по-настоящему мультимедийное устройство, которое хоть и не может полностью заменить компьютер, игровую приставку, фотоаппарат и прочие девайсы, но делает пользователя максимально мобильным, позволяя ему в кармане держать девайс, способный, так или иначе, решить множество задач. Причем обычно чем мощнее смартфон или планшет, тем быстрее и качественнее можно справиться с поставленными целями — флагманские решения влияют как на скорость интернета, так и на качество навигации и всех других функций. И суждение о том, что мощный чип нужен только для любителей поиграть в игры, необходимо перенести в разряд мифов.

Процессоры мобильных устройств Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Аннотация научной статьи по прочим технологиям, автор научной работы — Иванько Александр Федорович, Инжеваткина Антонина Вячеславовна

Рассматриваются процессоры мобильных устройств , характеристики процессоров и их влияние на производительность. Приводятся виды архитектур процессоров мобильных устройств .

MOBILE PROCESSORS

The work deals with mobile processors, processor characteristics and their impact on performance. Presents types of processor architectures mobile devices.

Текст научной работы на тему «Процессоры мобильных устройств»

№ 5’2015 ВЕСТНИК МГУП ИМЕНИ ИВАНА ФЕДОРОВА © Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова

ISSN ON-LINE 2409-6652 _vestnik.mgup.ru

ПРОЦЕССОРЫ МОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Иванько Александр Федорович

доцент кафедры информатики и информационных технологий, кандидат технических наук, доцент Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова 127550 Россия, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 2А alekfed@mail. ru

Инжеваткина Антонина Вячеславовна

студентка Института принтмедиа и информационных технологий Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова 127550 Россия, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 2А into060896@yandex. ru

Аннотация. Рассматриваются процессоры мобильных устройств, характеристики процессоров и их влияние на производительность. Приводятся виды архитектур процессоров мобильных устройств.

Ключевые слова: процессор мобильных устройств, ARM архитектура, частота процессора, ядра процессора.

Мобильные процессоры — это процессоры, которыми оснащаются мобильные устройства. Изначально они устанавливались исключительно в компьютеры, но цифровые и вычислительные технологии не стоят на месте, и с появлением таких мобильных устройств, как телефоны, смартфоны и планшеты, сфера применения процессоров значительно расширилась. Процессор — это центральный элемент системы, отвечающий за все информационные преобразования и управляющий вычислительным процессом; это одна из трех аппаратных составляющих, которая вместе с видеокартой и оперативной памятью определяет, насколько быстро и плавно будет работать устройство. На сегодняшний день существует великое множество видов процессоров с различными характеристиками.

Необходимо отметить, что процессоры как таковые в мобильных устройствах не используются. Объединяясь вместе с другими компонентами, процессоры образуют SoC (System on a chip) — систему-на-кристалле. То есть на одной микросхеме находится полноценный компьютер, и среди его компонентов — процессор, графический ускоритель и другие части [1].

В отличие от процессоров, которыми производители комплектуют компьютеры и ноутбуки, в смартфоны устанавливаются процессоры на базе энергоэффективной архитектуры ARM. Это позволяет смартфону работать в автономном режиме более десятка часов при умеренной нагрузке [2]. ARM — это одновременно название и архитектуры, и компании, которая ведет ее разработку. ARM-архитектура объединяет в себе семейство как 32-, так и 64-разрядных микропроцессорных ядер, разработанных и лицензируемых компанией ARM Limited. Эта компания занимается исключительно разработкой ядер и различных инструментов для них, например компиляторов и средств отладки. Компания ARM Limited продает лицензии на производство ARM-процессоров сторонним фирмам, на сегодняшний день в список этих фирм входят: Qualcomm, nVidia, Samsung, MediaTek, AMD,

Intel, Marvell, Atmel, Sony Ericsson, LG и другие [1]. Некоторые компании, имеющие лицензию на производство ARM-процессоров, создают собственные варианты ядер на базе ARM-архитектуры. Примерами таких процессоров могут служить DEC StrongARM, NVIDIA Tegra, Qualcomm, Snapdragon, Samsung Hummingbird и LG H13 [4]. На первых позициях рейтинга мобильных процессоров находятся Qualcomm, MediaTek, Apple, Intel и Nvidia [3].

ARM можно назвать мобильными процессорами для смартфонов и планшетов, так как любая электроника фактически работает на базе ARM-процессоров: смартфоны и мобильные телефоны, цифровые плееры, КПК, портативные игровые консоли и внешние жесткие диски содержат в себе ARM-ядро.

Помимо ARM-архитектуры существует архитектура х86 компании Intel, представленная некоторым количеством устройств, которая до недавнего времени была рассчитана только на бюджетные коммуникаторы.

Для конечного пользователя различие между архитектурами практически незаметно. К примеру, Android OS хорошо работает и на ARM-процессорах, и на х86. Несовместимость устройства, работающего на процессоре архитектуры х86, можно заметить, например, в некоторых специфических приложениях и, возможно, в современных играх. Все остальные современные мобильные операционные системы, в том числе iOS и Windows Phone, работают на ARM-архитектуре.

Так как качество работы мобильного устройства в большей степени определяется характеристиками процессора, а не архитектурой, рассмотрим, какие существуют характеристики и каково их влияние.

Одна из основных характеристик процессоров, предназначенных для любых устройств, – его частота. Частота процессора — это количество элементарных операций, которые процессор может выполнить в течение секунды. Частота измеряется в гигагерцах (ГГц) и влияет на производительность и быстроту работы

ISSN ON-LINE 2409-6652 _vestnik.mgup.ru

мобильного устройства. Современные мобильные процессоры умеют повышать и понижать собственную частоту в зависимости от нагрузки, поэтому всегда указывается верхний предел частоты процессора.

Производительность зависит не только от частоты. Еще одна характеристика, влияющая на производительность процессора, — это количество его ядер. Принцип увеличения производительности процессора за счет нескольких ядер заключается в том, что происходит разбиение выполнения различных задач (потоков) на несколько ядер. Практически каждый процесс имеет несколько потоков. Сегодня на рынке лидируют многоядерные решения, в которых над разными задачами могут параллельно работать несколько вычислительных блоков. Однако на практике принцип «чем больше ядер, тем быстрее чип» работает не всегда. Это объясняется тем, что большинство приложений способно работать одновременно не больше чем с двумя вычислительными ядрами. То есть зачастую некоторые ядра могут никак не использоваться, к примеру в чипе NVIDIA Tegra 3 пятое ядро выполняет вспомогательную функцию, обеспечивая работу устройства в режиме экономии энергии, т.е., проверяя почту и обрабатывая системные процессы, или когда телефон находится в режиме ожидания. Остальные четыре вычислительных ядра в это время неактивны [5].

Графический адаптер процессора также непосредственно влияет на скорость работы смартфонов. Графический ускоритель — это микропроцессор, занимающийся исключительно обработкой и выводом графики. В отличие от настольных компьютеров в смартфонах все должно быть максимально компактно, поэтому графический адаптер и процессор располагаются на одной интегральной схеме. В настоящее время большая часть графических адаптеров исполь-

зует ядра Mali и Adreno. Чипы PowerVR от компании Imagination Technologies и GeForce от NVIDIA меют множество разновидностей и бывают многоядерными.

Читать еще: Google постепенно отказывается от двухэтапной аутентификации через SMS

Процессор — это один из основных компонентов любого вычислительного устройства, в том числе и мобильного. Существуют разные архитектуры мобильных процессоров, самая распространенная из которых — ARM-архитектура. Архитектура и характеристики определяют качество работы устройства, хотя и не полностью. Из-за того, что процессор находится на одной микросхеме с другими компонентами компьютера, у конечных пользователей нет возможности самостоятельно выбирать комплектацию мобильного устройства — все компоненты помещены вместе, и только сам производитель определяет комплектацию каждого конкретного устройства.

1. Интернет магазин DroidDevice [Электронный ресурс]. — URL: http://droiddevice.ru/arm-protsessory.html (дата обращения: 16.11.15).

2. ИТ-компания «БитПрофи» [Электронный ресурс]. — URL: http://bitprofi.ru/blog/sovety-spetsialista/160-vsjo-o-protsessorah-smartfonov.html .html (дата обращения: 16.11.15).

3. GeekNose [Электронный ресурс]. — URL: http://geek-nose.com/rejting-mobilnyx-processorov-kakoj-chip-luchshe (дата обращения: 16.11.15).

4. 4pda.ru [Электронный ресурс]. — URL: http://4pda.ru/2013/06/01/102916 (дата обращения: 16.11.15).

5. www.mobiledevice.ru [Электронный ресурс]. — URL : http ://www. mobiledevice.ru/72225-qualcomm-snapdragon-mediatek-apple-processor-Platform-smar.aspx (дата обращения: 16.11.15).

Aleksandr Fedorovich Ivanko

Moscow State University of Printing Arts 127550Russia, Moscow, Pryanishnikova st., 2A

Antonina Viatcheslavovna Injevatkina

Moscow State University of Printing Arts 127550Russia, Moscow, Pryanishnikova st., 2A

Annotation. The work deals with mobile processors, processor characteristics and their impact on performance. Presents types of processor architectures mobile devices.

Keywords: mobile processor, ARM architecture, CPU frequency, CPU core.

Сравнение актуальных мобильных процессоров компании Qualcomm

Американская компания Qualcomm является ведущим производителем мобильных процессоров для Android-смартфонов. Выпускаются все они в линейке Snapdragon. Вы наверняка слышали и про чипсеты Exynos от Samsung, и про SoC Kirin компании Huawei. Да, они есть, но обе компании при создании собственных решений пользуются наработками Qualcomm. Как результат, в чипах Kirin можно увидеть поддержку кодеков Qualcomm apt-X (HD).

Что касается компании Samsung, она и вовсе на рынках США, Китая и Южной Кореи выпускает флагманские смартфоны с чипами от Qualcomm на борту. Увы, жителям европейских государств приходится довольствоваться процессорами Exynos. Любопытно, что очень часто флагманские решения от Samsung обладают большим потенциалом, чем топовые Snapdragon, но все это нивелируется то ли плохой оптимизацией, то или непонятно чем еще.

В первую входят самые скромные SoC, которые встречаются в смартфонах бюджетного уровня китайских производителей, а также в устройствах А-брендов стоимостью до 200 долларов. Серия Snapdragon 600 также включает несколько не самых производительных платформ, которые установлены во многих смартфонах Xiaomi, к примеру. Этой весной грань между Snapdragon 600 и флагманской линейкой Snapdragon 800 была размыта, когда состоялся анонс первого представителя серии Snapdragon 700, который называется Snapdragon 710. Далее поговорим о тройке лучших мобильных процессоров от Qualcomm в разных классах.

Текущим флагманским процессором компании является SoC Snapdragon 845. Это если не считать, однокристальной системы Snapdragon 850, которая встречается исключительно в ноутбуках на базе архитектуры ARM. Что касается SD845, чип представили официально в конце декабря прошлого года, а его дебют состоялся в смартфонах Samsung Galaxy S9 и Galaxy S9+, которые были презентованы в конце февраля на Mobile World Congress 2018. Это первый чипсет компании, обзаведшийся технологией DynamIQ от ARM. Эта разработка стала своеобразной эволюцией big.LITTLE.

А им является чип Snapdragon 835. Он установлен практически во всех флагманах образца 2017 года и даже в некоторых смартфонах, представленных уже в этом году. В конфигурацию CPU вошли ядра Kryo 280. За графику отвечает Adreno 540. Оба процессора выполнены по 10-нанометровой технологии FinFET в отличии от чипа, о котором пойдет речь дальше.

14-нанометровая мобильная платформа Snapdragon 821 в плане чистой производительности не потеряла свою актуальность даже сейчас. Однако, смартфоны, работающие на базе этой SoC, могут показаться устаревшими. Snapdragon 821 установлен в ZTE Axon 7s, Pixel и Pixel и даже в LG G7 Fit, который буквально на днях поступил в продажу. Этот же процессор отвечает за производительность LG G6 из-за того, что южнокорейский производитель захотел быть первой компанией на рынке, представившей смартфон с широкоформатным экраном. Как итог, LG G6 на месяц опередил Galaxy S8 и Galaxy S8 Plus, зато дуэт флагманов от Samsung обзавелся процессором Snapdragon 835. Согласно соглашению между Qualcomm и Samsung, чип SD835 должен был дебютировать именно во флагманах последней.

Как уже отмечалось, несмотря на свой возраст, Snapdragon 821 способен решать задачи любой сложности. Более детальное сравнение тройки последних процессоров компании Qualcomm представлено в таблице.

Система-на-кристалле

Snapdragon 845

Snapdragon 835

Snapdragon 821

_{4 x Kryo 385 (Cortex-A75) @ 2.8 ГГц}

_{4 х Kryo 385 (Cortex-A55) @ 1.7 ГГц}

_{4 x Kryo 280 (Cortex-A73) @ 2.45 ГГц}

_{4 х Kryo 280 (Cortex-A53) @ 1.9 ГГц}

_{2 x Kryo @ 2.35 ГГц}

_{2 х Kryo @ 1.6 ГГц}

Hexagon 685 с HVX

Hexagon 682 с HVX

Snapdragon X20 LTE

Загрузка: 1200 Мбит/сек

Отдача: 150 Мбит/сек

Snapdragon X16 LTE

Загрузка: 1000 Мбит/сек

Отдача: 150 Мбит/сек

Snapdragon X12 LTE

Загрузка: 600 Мбит/сек

Отдача: 150 Мбит/сек

32 Мп или 16 Мп + 16 Мп

28 Мп или 13 Мп + 13 Мп

10 нм LPP FinFET

10 нм LPE FinFET

14 нм LPP FinFET

AnTuTu (в среднем)

Как видите, во всех SoC ядра разделены на два кластера. Для решения сложных задач предусмотрен сигнальный процессор Hexagon. Для повышения эффективности вычислений в Snapdragon 845 и Snapdragon 835 используется расширение HVX. В плане архитектуры Hexagon отличается от выделенного блока NPU, который предусмотрен для задач ИИ в чипах Kirin от Huawei. К конкурентам Snapdragon 845 можно отнести Samsung Exynos 9810, а также HiSilicon Kirin 970 и даже Kirin 980.

Snapdragon 845

Snapdragon 835

Snapdragon 821

Samsung Galaxy S8

Samsung Galaxy S9 Plus

Samsung Galaxy S8 Plus

Samsung Galaxy Note 9

Samsung Galaxy Note 8

Xiaomi Mi 8 Pro

ASUS ZenFone 5Z

Xiaomi Mi 5s Plus

Xiaomi Mi Note 2

Nubia Red Magic

ASUS ZenFone AR

Чипом Snapdragon 845 оснащены лучшие флагманы текущего года. Snapdragon 835 успел появиться и в этом году – в LG G7 One и Nubia Red Magic. Snapdragon 821 также не отправился на свалку истории. В 2018 году им оснастили LG G7 Fit, как отмечалось ранее.

Средний класс

Далее поговорим еще об одной троице процессоров: Snapdragon 710, Snapdragon 670 и Snapdragon 660. Последний уже перестал быть столь желанным даже в смартфонах стоимостью 200-250 долларов. Пользователи хотят более производительную SoC за эти деньги. И SD710, и SD670 были представлены в этом году, причем анонс первого состоялся даже раньше несмотря на все предположения.

Snapdragon 710 и Snapdragon 670 – два похожих процессора. Обе SoC выполнены по 10-нанометровой технологии и позаимствовали ряд фишек у флагманских однокристальных систем. В них разработчики применили не совсем обычное разделение на кластеры. Производительный блок в обоих случаях представлен только двумя ядрами, в то время как за выполнение простых вычислений отвечают сразу шесть ядер. Кроме того, в SD710 и SD670 используются графические процессоры серии Adreno 600, как и в SD845. Это ускорители Adreno 616 и Adreno 615 соответственно. К сожалению, в обоих случаях частоты урезаны.

Что касается Snapdragon 660, это типичный середнячок, который скоро начнет появляться в смартфонах по цене в 200 долларов. CPU представлен 8 ядрами с привычным разделением на блоки по схеме 4+4. За графику отвечает Adreno 512, который является разогнанной версией Adreno 509. Детальнее с характеристиками тройки лучший чипов среднего класса можете ознакомиться в таблице.

Мир мобильных процессоров: справка пользователя. Часть 1

История ноутбуков насчитывает уже более двух десятилетий. За это время в компьютерном мире изменилось все, что может меняться (кроме, наверное, самой идеи) и сегодняшние ноутбуки мало чем похожи на своих далеких предков. Они стали легкими, компактными, функциональными, автономными и производительными. Последний фактор можно считать судьбоносным, он круто повернул судьбу этих удивительных устройств и сделал их «компьютером номер один» во всем мире. И, пожалуй, самый весомый вклад в этом беспрецедентном рывке принадлежит процессорам, которые изменились за последние годы до неузнаваемости.

Да, да, долгое время практически все ноутбуки строились на основе обычных (читай настольных) процессоров со всеми вытекающими отсюда последствиями, пока в недрах компании Intel не зародилась идея создания специализированного процессора, предназначенного для ноутбуков. Мобильные процессоры – настоящие герои сегодняшних дней. Но их нынче так много, что определить сразу возможности «камешка» не так уж и просто.

Ответ на это вопрос лежит в самой природе ноутбука. Как известно, характеристики любого мобильного устройства являются в определенной степени противоречивыми. К примеру, чем более легким и компактным является устройство, тем менее комфортны дисплей и клавиатура. Но, что бы ни говорили, но одной из ключевых особенностей ноутбука является его автономность. Когда разрядилась батарея, и нет возможности ее подзарядить, мобильный компьютер всего лишь… груда железа. Пускай и высокотехнологичного. Так что чем более мощный и производительный ноутбук, тем меньше у него время автономной работы.

Lenovo ThinkPad X 60 s – ультракомпактный, но
производительный ноутбук, с процессором Intel Core Duo

Если для настольных процессоров не суть важны размеры процессора, его нагрев, потребляемая мощность (всегда можно найти способ решения проблемы), то для мобильных это не так. Но и это не главное. Основным отличием мобильных процессоров от своих настольных собратьев является наличие средств управления энергопотреблением. Ведь не секрет, что большую часть своего времени процессор (да и сам ноутбук) работает вхолостую. Можете сами убедиться в этом, выведя на дисплей параметры загрузки процессора, при выполнении типичных задач на ноутбуке они редко добираются до 100%. Конечно, можно воспользоваться средствами операционной системы, подобрав соответствующую схему энергосбережения, но лучше всего, если процессор сам определяет загрузку и динамически подстраивается под нее (изменение напряжения питания, тактовой частоты). Так, в конечном счете, и экономятся драгоценные милливатты, которые потом складываются в ватты, а значит, и в минуты и часы.

Обязательные элементы технологии Intel Centrino :
процессор, чипсет и беспроводной адаптер

Поэтому самым лучшим будет тот мобильный процессор, который оптимально сочетает высокую производительность и длительное время автономное работы системы, и сам заботится о разумном сочетании этих параметров. Попытка совместить несовместимое (а так оно и есть) – вот то, чем занимаются производители мобильных процессоров. Но все же давайте перейдем непосредственно к нашим маленьким и очень «шустрым» друзьям. И начнем мы наш экскурс с продуктов компании Intel , которая внесла самый весомый вклад в развитие этой отрасли.

Intel – начало большого пути

Первым мобильным процессором Intel принято считать Mobile Pentium 4, который, как нетрудно догадаться, являлся видоизмененной версией настольного варианта Pentium 4 на основе широко известного ядра Prescott . Вся разница фактически заключалась в наличии в мобильном процессоре поддержки режима динамического управления энергопотреблением Deep Sleep . Эти процессоры уже стали историей, и ноутбуки, их использующие, почти не встречаются.

голоса

Рейтинг статьи

Мобильные процессоры. Вводная часть