آی سی سی پی یو CPU های سیلیکون

امروزه با گسترش کامپیوترهای قابل حمل (پرتابل) و گوشی‌های هوشمند، نیاز به تأمین قطعاتی متناسب و درخور برای این دستگاه‌ها به‌وجود آمده‌است؛ قطعاتی که با کمترین توان مصرفی کار کنند و کوچک‌ترین ابعاد ممکن را داشته باشند. شرکت‌های مختلفی در سراسر جهان دست به کار ساخت پردازنده‌هایی برای دستگاه‌های پرتابل، به‌ویژه گوشی‌های همراه هوشمند شده‌اند تا همه‌ی نیازهای پردازشی این سیستم‌ها را با حداقل ابعاد و روی تراشه‌ای بسیار کوچک (گاه با ابعادی کوچکتر از یک سکه) گردآوری کنند. به این تراشه‌های کوچک، پربازده و قابل حمل، اصطلاح پردازنده‌ی موبایل اطلاق می‌شود. این پردازنده‌ها ممکن است در لپ‌تاپ‌ها، تبلت‌ها، گوشی‌های هوشمند و دیگر دستگاه‌های محاسباتی قابل حمل استفاده شوند؛ اما در این مقاله مقصود ما از پردازنده‌ی موبایل، مدل‌هایی از این پردازنده‌ها است که در گوشی‌های هوشمند همراه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

با پیشرفت پردازنده‌های موبایل و افزایش توانایی گوشی‌های همراه هوشمند در اجرای وظایف سنگین محاسباتی و گرافیکی، می‌توان آن‌ها را کامپیوترهای قابل حملی دانست که قابلیت تجزیه‌ی سیگنال صوتی و برقراری تماس تلفنی را نیز هم‌زمان دارند. پردازنده‌ی موبایل شامل اجزای مختلفی است که همگی در یک تراشه‌ی کوچک قرار گرفته است. بخش‌هایی مثل هسته‌های پردازنده‌ی مرکزی یا CPU، پردازنده‌ی گرافیکی یا GPU، مودم، تراشه‌ی پردازنده سیگنال تصویری (دوربین)، تراشه‌ی پردازش عصبی، واحد امنیتی، کنترلر حافظه، واحد پردازش صوتی، وای‌فای، NFC، بلوتوث و... همگی در یک تراشه مستقر شده و این مجموعه با نام «سیستم روی یک تراشه» یا SOC شناخته می‌شود.


 

این مجموعه باید آماده‌ی اجرای محاسبات سنگین با کمترین ولتاژ مصرفی ممکن باشد. نوع و روش چینش اجزای مختلف SOC، نحوه‌ی برقراری ارتباط میان اجزای مختلف، میزان و نوع حافظه‌ی مشترک میان اجزا و روش دسترسی به این حافظه، نحوه‌ی تعامل سیستم‌عامل با اجزای مختلف پردازنده‌ی موبایل و معماری هسته‌های پردازنده همه و همه بر قدرت و سرعت اجرای وظایف در پردازنده‌ی موبایل تأثیر دارد. بر این اساس از روی تعداد هسته‌ها و سرعت کلاک یک پردازنده نمی توان پیش‌بینی چندانی در مورد سرعت بارگذاری و اجرای اپلیکیشن‌های مختلف در آن در مقایسه با پردازنده‌های دیگر داشت. برای مثال نمی‌توان یک پردازنده‌ی ۸ هسته‌ای را سریع‌تر از یک مدل ۶ هسته‌ای دانست یا نمی‌توان تصور کرد که پردازنده‌ای با سرعت کلاک ۲.۳ گیگاهرتز در اجرای بازی‌های سنگین گرافیکی بهتر از پردازنده‌ی دیگری با سرعت کلاک ۲ گیگاهرتز عمل می‌کند.
 

پردازنده‌ی مرکزی و هسته‌های آن

مهم‌ترین جزء SOC پردازنده‌ی مرکزی یا CPU است. این پردازنده متشکل از المان‌هایی با نام هسته است که به‌طور مستقل یا با همراهی یکدیگر به اجرای وظایف محاسباتی سنگین و سبک می‌پردازند. اگر هدف، اجرای چند وظیفه‌ی جداگانه باشد، هر کدام از هسته‌ها قسمتی از وظایف را بر عهده می‌گیرد که به این حالت پردازش چند وظیفه‌ای یا مالتی تسکینگ اطلاق می‌شود. اگر بنا بر اجرای وظیفه‌ی محاسباتی سنگینی باشد، در صورت کدنویسی بهینه متناسب با پردازش چند هسته‌ای، آن وظیفه به پاره‌های کوچکتر تقسیم شده و هر پاره توسط هسته‌ای اجرا می‌شود. برای اجرای وظایف عادی و سبک روزمره عموما بسیاری از هسته‌ها در وضعیت آماده به کار (Standby) می‌مانند و وارد فرایند پردازش نمی‌شوند. اکثر وظایفی که کاربران عادی از گوشی هوشمند خود انتظار اجرای آن را دارند، در این محدوده قرار می‌گیرد.


 

با وجود چند هسته‌ی جداگانه، امکان گرفتن عکس و فیلم با کیفیت بسیار بالا و پیمایش گالری بدون توقف وجود دارد. فیلم و انیمیشن با رزولوشن‌های حیرت‌انگیز بدون پرش و کندی به نمایش درآمده و بازی‌های سنگین گرافیکی با نرخ فریم بالا و بدون لگ و تأخیر قابل اجرا است. اگرچه گاه پردازش تک هسته‌ای نتایج بهتری به بار می‌آورد، اما در غالب موارد، سرعت اجرای وظایف با چند هسته‌ی پردازشی جداگانه بیشتر است.

بنا بر آنچه گفته شد، تنها در شرایطی یک پردازنده‌ی ۸ هسته‌ای بهتر از مدل ۴ هسته‌ای عمل می‌کند که برنامه‌ی در حال اجرا برای بهره‌گیری از مزایای پردازش چند هسته‌ای بهینه‌سازی شده باشد یا کاربر در حال اجرای چند وظیفه به‌طور هم‌زمان باشد. برای مثال یکی از هسته‌ها در حال پردازش محتوای صفحات وبی است که کاربر در حال مرور آن است و هسته‌های دیگر در حالت آماده به کار به سر می‌برند. در این هنگام، تماس ورودی به دستگاه می‌رسد و هسته‌ی دوم وارد فرایند پردازش آن تماس می‌شود. در این بین، هر دو وظیفه مرور وب و ادامه‌ی تماس بدون مانع و با تقسیم وظایف میان هسته‌ها اجرا می‌شود؛ اما لزوما روند اجرا همان سرعت قبلی را ندارد.

معماری هسته‌ها

پردازنده‌های چند هسته‌ای موبایل عموما ترکیبی از هسته‌های بزرگ و کوچک با معماری متفاوت دارند. هسته‌های بزرگتر قدرتمندتر و سریع‌تر هستند و در عین حال توان مصرفی بیشتر و دمای کاری بالاتری دارند. هسته‌های کوچکتر دراین‌میان، بازدهی توانی بیشتری دارند؛ یعنی با کمترین توان مصرفی به اجرای وظایف معمولی نظیر مرور صفحات وب یا پخش فایل‌های موسیقی و مولتی مدیا می پردازند. برای اجرای اکثر وظایف و در بیشتر مواقع، گوشی‌های هوشمند از هسته‌های پردازنده‌ی کوچک استفاده می‌کنند؛ اما در مواردی که وظیفه‌ی در حال اجرا منابع بیشتری را از سیستم تقاضا کند، کار به هسته‌های بزرگتر با سطح کارایی بیشتر سپرده می‌شود. برای اجرای بازی‌ها و اپلیکیشن‌های گرافیکی سنگین، از ترکیب هسته‌های پردازنده‌ی مرکزی و پردازنده‌ی گرافیکی استفاده می‌شود تا تعادلی میان سطح عملکرد مورد نیاز و ملاحظات گرمایی سیستم نیز برقرار شود. هسته‌های بزرگتر را برای مدت‌های خیلی طولانی نمی‌توان به کار بست؛ چرا که این کار باعث ایجاد گرمای زیاد و به اصطلاح Overheat می‌شود و از سویی در اکثر موارد نیازی به این کار نیست.


 

اما چه چیزی باعث می‌شود که هسته‌های بزرگتر عملکرد بهتری نسبت به هسته‌های کوچکتر داشته باشند؟ پاسخ ترکیبی از نوع چینش هسته‌ها، معماری و فناوری ساخت و سرعت کلاک است. معماری‌های مدرن‌تر و فشرده‌تر سطح عملکردی بهتر دارند و از توان مصرفی پردازنده می‌کاهد.

معماری ARM

امروزه در ساخت بیشتر پردازنده‌های مدرن موبایل از معماری ARM استفاده می‌شود. ARM شرکتی صاحب ایده است که امتیاز معماری انحصاری خود را شامل معماری ۳۲ بیتی و ۶۴ بیتی تا طراحی هسته‌های خاص برای پردازنده‌ها، پردازنده‌های گرافیکی، تراشه‌های پردازش تصویری و... به شرکای تجاری خود نظیر اپل، کوالکام، سامسونگ و دیگر تراشه‌سازان می‌فروشد. این شرکت درواقع مالک دارایی فکری یا IP خود است و از فروش آن منتفع می‌شود. تراشه‌سازان از این معماری برای ساخت هسته‌های پردازنده‌ی موبایل انحصاری خود استفاده می‌کنند. کوالکام با معماری ARM تراشه‌های اسنپدراگون را تولید می‌کند و سامسونگ با همین معماری پردازنده‌های اگزینوس را می‌سازد و اپل با تکیه بر معماری ARM پردازنده‌های سری A بیونیک را برای استفاده در محصولات آیفون عرضه می‌کند. آن‌ها هسته‌های ARM را با روش طراحی ویژه‌ی خود مطابقت می‌دهند و با یکدیگر ترکیب می‌کنند و برای این کار رویکردهای متفاوتی را شامل نحوه‌ی چینش هسته‌ها، سرعت کلاک، نوع و میزان حافظه‌ی در دسترس و چیدمان و فرم اتصالات داخلی اجزا در پیش می‌گیرند. نتیجه‌ی تلاش آن‌ها منجر به ایجاد توازن میان سطح عملکرد، الزامات توانی، ابعاد تراشه و هزینه‌های ساخت خواهد شد.

برای مثال در حال حاضر تراشه‌سازان برای ساخت هسته‌های بزرگ از معماری Cortex A75 ،Cortex A76 و Cortex A73 با سطح عملکرد بالای شرکت ARM و برای ساخت هسته‌های کوچکتر از معماری پربازده‌ی Cortex A55 و Cortex A53 استفاده می‌کنند. در گوشی‌های رده‌بالای امروزی، معمولا هسته های بزرگ و کوچکی با چینش ۴+۴ دیده می‌شود که درنهایت یک پردازنده‌ی مرکزی ۸ هسته‌ای را تشکیل می‌دهد. باوجوداین، برخی تراشه‌سازان از راهکارهای دیگر و تعداد هسته‌های متفاوتی در ساخت پردازنده‌های انحصاری خود استفاده می‌کنند. در بخش دیگری از این مقاله به بررسی رویکردهای متفاوت شرکت‌های تراشه‌ساز در ساخت پردازنده‌های موبایل خواهیم پرداخت. شرکت ARM به‌تازگی و در جریان رویداد کامپیوتکس ۲۰۱۹، از معماری جدید Cortex A77 رونمایی کرده که در آن تعداد دستور‌العمل قابل اجرا در هر سیکل کلاک پردازنده (IPC) نسبت به نسل قبل (Cortex A76) تا ۲۰ درصد بهبود یافته و از قابلیت یادگیری ماشین بهتری برخوردار است.

فناوری ساخت تراشه

تراشه‌های پردازنده‌ی طراحی‌شده توسط شرکت‌های کوالکام، سامسونگ، اپل و دیگر تراشه‌سازان توسط کارخانه‌های ریخته‌گر سیلیکون (فاندریز) با فناوری ساخت خاص و قواعد طراحی مرتبط با آن تولید می‌شود. امروزه انواع فناوری‌های ساخت با اعدادی بر حسب نانومتر بیان می‌شوند. برای مثال فناوری ساخت ۱۴ نانومتری، ۱۰ نانومتری، ۷ نانومتری و فرایند ساخت ۵ نانومتری که به‌تازگی معرفی شده است، جزو آخرین فناوری‌های ساخت تراشه در جهان به شمار می‌رود. هرچه فناوری ساخت یک تراشه‌ی پردازنده کوچکتر باشد، تعداد ترانزیستورهای آن تراشه در واحد سطح افزایش یافته و ابعاد تراشه کاهش می‌یابد. تراشه‌های فشرده‌تر و کوچکتر معمولا سریع‌تر و کم‌مصرف‌تر از نمونه‌های بزرگتر هستند و برای استفاده در کاربردهای موبایل مناسب‌تر خواهند بود. یک پردازنده‌ی ۱۰ نانومتری نسبت به یک مدل ۱۴ نانومتری برای استفاده در دستگاهی که تأمین انرژی آن به یک باتری محدود متکی است، گزینه‌ی بهتری محسوب می‌شود؛ چرا که این دستگاه باید زیر فشار پردازش وظایف مختلف، اتصال به شبکه‌ی اینترنت، تماشای محتوای چند رسانه‌ای و گیمینگ ساعت‌ها دوام آورده، گرما و حرارت کمی تولید کند.

در گذشته، نام‌گذاری فرایند ساخت تراشه اشاره به ابعاد خاص ترانزیستور نظیر طول گیت یا Half Pitch داشت، اما امروزه باتوجه‌به رقابت تنگاتنگ کارخانه‌های ریخته‌گر سیلیکون و تراشه‌سازان، نام‌گذاری‌ها معنای حقیقی خود را از دست داده و بیشتر بر جنبه‌های بازاریابی متمرکز است.


 

درواقع اکنون ارتباط خاصی میان نام‌گذاری و ابعاد ترانزیستورها وجود ندارد و نام‌گذاری فرایند کوچکتر لزوما به‌معنای تعداد ترانزیستورهای بیشتر در واحد سطح نیست. شرکت‌های ریخته‌گر مختلف با با فرایندهای ساختی با نام‌های گوناگون، تراشه‌هایی با ابعاد، چگالی و کارایی ترانزیستور مختلف ارائه می‌دهند. فرایند ساخت ۱۰ نانومتری اینتل و ۷ نانومتری شرکت‌های دیگر یا فرایند ساخت ۷ نانومتری اینتل و فرایند ۳ نانومتری دیگر تراشه‌سازان به‌طور تقریبی قابل تطبیق است.

براساس قانون مور، فرایند ساخت تراشه‌ها به نحوی پیشروی می‌کند که تعداد ترانزیستورها در یک مدار مجتمع چگال هر ۱۸ تا ۲۴ ماه دو برابر شود. این قانون برگرفته از اسناد نوشته‌شده به دست گوردون مور، بنیانگذار اینتل در سال ۱۹۶۵ است.

پردازنده‌های گرافیکی

با پیشرفت فناوری‌های گرافیکی و بهبود حیرت‌آور جلوه‌های گرافیکی بازی‌های موبایل، تراشه‌سازان مختلف پردازنده‌های گرافیکی متفاوت و سریعی را توسعه می‌دهند. روند طراحی و ساخت پردازنده‌های گرافیکی موبایل نیز مشابه هسته‌های پردازنده‌ی مرکزی است. این بار نیز شرکت‌های صاحب ایده، معماری انحصاری خود را طراحی می‌کنند و آن را در اختیار شرکای تراشه‌ساز خود قرار می‌دهند. تراشه‌سازان پردازنده‌های گرافیکی مورد نیاز خود را بر پایه‌ی معماری خریداری‌شده تولید می‌کنند. پردازنده‌ی گرافیکی Mali متعلق به ARM، آدرنو که در انحصار کوالکام است و معماری گرافیکی PowerVR از محصولات شرکت Imagination Technology از جمله معروف‌ترین معماری پردازنده‌های گرافیکی محسوب می‌شود که تراشه‌های متعدد و قدرتمندی تاکنون با به‌کارگیری آن‌ها ساخته شده است.

پردازنده‌ی گرافیکی Mali

هسته‌های گرافیکی Mali یک موتور پردازش سه‌بعدی خالص بدون کنترلر نمایشگر است که تصاویر گرافیکی را پس از رندر به حافظه ارسال کرده و اجزای دیگر SOC تصاویر دریافتی را به خروجی نمایشگر ارسال می‌کنند. البته ARM کنترلر نمایشگر انحصاری خود را نیز توسعه داده که امتیاز آن را به‌صورت جداگانه به فروش می‌رساند. نمونه مشهور پردازنده‌ی گرافیکی ARM مدل Mali G72 است که با فناوری ساخت ۱۰ نانومتری تولیدشده و در پردازنده‌هایی مثل Kirin 970 هواوی و اگزینوس 9810 سامسونگ به‌کار رفته است.

 

نمونه‌ی پردازنده گرافیکی دیگر بر پایه‌ی معماری ARM مدل Mali G76 است که اجرای محاسبات گرافیکی در تراشه‌های پرچم‌دار ۲۰۱۹ مثل Kirin 980 و اگزینوس 9820 را به عهده دارد. این پردازنده ۴ تا ۲۰ هسته‌ی سایه‌زن داشته و با فناوری ساخت ۸ یا ۷ نانومتری تولید می‌شود. هسته‌های سایه‌زن در فرکانس کاری ۷۲۰ مگاهرتز فعالیت می‌کنند. هر دو مدل پردازنده‌ی گرافیکی Mali G72 و G76 از API-های ولکان ۱.۱، Open GL ES نسخه‌ی ۳.۲ و Open CL نسخه‌ی ۲ پشتیبانی می‌کند.

 

آخرین معماری پردازنده‌های گرافیکی ARM که در جریان رویداد کامپیوتکس ۲۰۱۹ معرفی شد، Mali G77 است که با فناوری ساخت ۷ نانومتری تولید شده، و دربرگیرنده ۷ تا ۱۶ هسته‌ی سایه‌زن با فرکانس کاری ۸۵۰ مگاهرتز است. در طراحی این پردازنده‌ی گرافیکی، از معماری جدید Vallhall استفاده شده است که شامل موتور جدید Superscalar می‌شود و تا ۶۰ درصد قابلیت‌های یادگیری تراشه را بهبود می‌بخشد. بنا به‌گفته‌ی شرکت طراح، Mali G77 تا ۳۰ درصد بهره‌وری انرژی بیشتر و تا ۳۰ درصد سطح عملکرد بهتری در مقایسه با نسل قبل از آن دارد.

پردازنده‌ی گرافیکی Adreno

آدرنو، نام پردازنده‌ی گرافیکی اختصاصی شرکت کوالکام است که در SOCهای موبایل این شرکت با نام اسنپدراگون مورد استفاده قرار می‌گیرد. هسته‌ی این برند ابتدا با نام Imageon در تصاحب شرکت ATI Technologies بود که در سال ۲۰۰۶ توسط AMD خریداری شد. ‏AMD زیرمجموعه‌ی ‌Imageon را در ژانویه ۲۰۰۹ طی قراردادی به کوالکام واگذار کرد و کوالکام آن را به آدرنو تغییر نام داد که درواقع واروواژه‌ی کلمه‌ی رادئون است.

پردازنده‌های گرافیکی آدرنو 630 و 640 از جمله قدرتمندترین پردازنده‌های گرافیکی موبایل است که تا به امروز توسعه یافته و در گوشی‌های هوشمند پرچم‌دار مورد استفاده قرار گرفته است. آدرنو 630 و 640 به ترتیب دارای ۵۱۲ و ۷۶۸ واحد محاسباتی ALU بوده، از حافظه‌های چهار کاناله LPDDR4X (مجموع پهنای باس ۶۴ بیت) با فرکانس به ترتیب ۱۸۶۶ مگاهرتز و ۲۱۳۳ مگاهرتز پشتیبانی‌ می‌کند. فرکانس کلاک هسته‌های پردازنده در این دو مدل به ترتیب ۷۱۰ و ۵۸۵ مگاهرتز است. آدرنو 630 با فناوری ساخت ۱۰ نانومتری و آدرنو 640 با فرایند ساخت ۷ نانومتری تولید می‌شود. هر دو مدل از API-های ولکان 1.1، Open GL ES نسخه‌ی ۳.۲ و Open CL نسخه‌ی ۲ پشتیبانی می‌کنند. توان محاسباتی پردازنده‌ی گرافیکی آدرنو 630 و 640 در اجرای محاسبات اعشاری FP32 به ترتیب ۳۶۳ و ۴۴۹ گیگافلاپس است.

 

جدیدترین تراشه‌ی گرافیکی آدرنو که توسط کوالکام در جریان رویداد کامپیوتکس ۲۰۱۹ معرفی شد، پردازنده‌ی گرافیکی Adreno 680 است.این تراشه با فناوری ساخت ۷ نانومتری تولید شده و از حافظه‌های هشت کاناله‌ی LPDDR4X (با مجموع پهنای باس ۱۲۸ بیت) با فرکانس ۲۱۳۳ مگاهرتز پشتیبانی می‌کند و بدین ترتیب مجموع پهنای باند حافظه‌ی گرافیکی تا دو برابر نسل قبل (آدرنو 640) افزایش یافته است. پردازنده‌ی گرافیکی آدرنو 680 نسبت به نسل قبلی دو برابر ترانزیستور بیشتر دارد و حداکثر از دو نمایشگر 4K HDR پشتیبانی می‌کند. قرار است از این پردازنده‌ی گرافیکی قدرتمند‌ در آخرین تراشه‌ی پردازنده کوالکام با نام اسنپدراگون 8cx  استفاده شود. بنا به‌گفته کوالکام، این پردازنده گرافیکی تا سه‌ونیم برابر سریع‌تر از پردازنده‌ی گرافیکی به‌کاررفته در تراشه‌ی اسنپدراگون 835 عمل می‌کند و نسبت به تراشه‌ی اسنپدراگون 850 تا ۶۰ درصد بهره‌وری انرژی بیشتری دارد.

پردازنده‌ی گرافیکی PowerVR

PowerVR یکی از زیرمجموعه‌های شرکت Imagination Technologies است که کار خود را با ساخت راهکارهای گرافیکی برای کامپیوترهای دسکتاپ آغاز کرد. اما در خلال سال‌های بعد PowerVR این کار را رها کرد و دست به طراحی تراشه‌های گرافیکی کم‌مصرف برای تجهیزات پرتابل زد. معماری تراشه‌های گرافیکی PowerVR نیز به‌مانند تراشه‌های Mali توسط شرکت توسعه‌دهنده‌ی معماری طراحی شده است و به شرکت‌های دیگری نظیر اینتل، اپل، سامسونگ و مدیاتک فروخته می‌شود. بسیاری از تراشه‌های سری A اپل، تراشه‌های MT6 و Hellio مدیاتک، برخی از تراشه‌های اینتل Atom و… میزبان پردازند‌ه‌های گرافیکی PowerVR هستند.

کوالکام و پردازند‌ه‌های اسنپدراگون

کوالکام یک شرکت نیمه‌هادی‌ساز چندملیتی است که مقر آن در آمریکا است. این شرکت علاوه‌بر تراشه‌های نیمه‌هادی، به تولید تجهیزات ارتباطی و مخابراتی نیز می‌پردازد. اما ناگفته پیدا است که بیشتر منابع درآمد این شرکت از فروش تراشه‌های موبایل تأمین می‌شود. پردازنده‌های موبایل این شرکت با نام اسنپدراگون، مشهورترین تراشه‌های مورد استفاده در گوشی‌های هوشمند است که سطوح عملکرد و بازدهی توانی قابل‌توجهی به بار می‌آورد. این پردازنده‌ها به‌خوبی از پس اجرای مالتی تسکینگ برمی‌آیند.

کوالکام نیز به‌مانند شرکت‌های دیگر در تراشه‌های اسنپدراگون خود از هسته‌های پردازنده‌ای بر پایه‌ی معماری ARM استفاده می‌کند. همان‌طور که گفته شد، این شرکت از پردازنده‌های گرافیکی اختصاصی خود با نام آدرنو در تراشه‌های Snapdragon استفاده می‌کند. این پردازنده‌های گرافیکی که طراحی و تولید آن به دست خود کوالکام انجام می‌پذیرد، به‌خوبی با سایر اجزای SOC تطبیق می‌یابد و عملکردی درخشان را درکنار سایر اعضا از خود به نمایش در می‌آورد. به‌جز مواردی معدود، تراشه‌های اسنپدراگون در مقایسه با تراشه‌های سایر شرکت‌ها با دمای کمتری کارکرده، بازدهی توان مطلوبی دارند. این تراشه‌ها نسبت به پردازنده‌های سایر شرکت‌ها قیمت‌های بالاتری دارند.

اسنپدراگون تراشه‌های خود را برحسب سطح عملکرد در سری‌های عددی مختلفی جای می‌دهد. این شرکت تاکنون تراشه‌های اسنپدراگون سری ۸۰۰، ۷۰۰، ۶۰۰، ۴۰۰ و ۲۰۰ را توسعه داده است. هرچه اعداد بزرگتر می‌شود، عموما با بهبود کارایی تراشه مواجه هستیم. تراشه‌های پرچم‌دار کوالکام که در گوشی‌های پرچم‌دار مورد استفاده قرار می‌گیرند، متعلق به اسنپدراگون سری ۸۰۰ هستند. تراشه‌هایی که در سری ۷۰۰ جای می‌گیرند، سطح عملکرد بسیار مطلوبی را از خود به نمایش می‌گذارند و گاه حتی بهتر از پرچم‌داران نسل‌های قبلی عمل می‌کنند. سری ۷۰۰ تراشه‌های اسنپدراگون جدیدترین سری توسعه‌یافته توسط کوالکام است و تاکنون تعداد انگشت‌شماری از تراشه‌های ساخت این شرکت نظیر اسنپدراگون ۷۱۰ و ۷۱۲ و اخیرا اسنپدراگون ۷۳۰ وارد این رده‌بندی شده‌اند. پردازنده‌های سری ۶۰۰ به‌عنوان پردازنده‌های میان‌رده در گوشی‌های هوشمند میان‌رده موجود در بازار به‌وفور یافت می‌شود و سطح عملکردی خوب و بدون لگ و تأخیر دارد. پردازنده‌های اسنپدراگون ۶۳۰ و ۶۶۰ از معروف‌ترین تراشه‌های سری ۶۰۰ است. پردازنده‌های معمولی و پایین‌رده اسنپدراگون هم در سری‌های ۴۰۰ و ۲۰۰ جای می‌گیرند.

معروف‌ترین تراشه‌ی پرچم‌دار شرکت کوالکام در حال حاضر، اسنپدراگون ۸۵۵ است. از این تراشه در گوشی‌های رده‌بالایی نظیر وان‌پلاس ۷، ذن‌فون ۶، اوپو رینو ۱۰ ایکس زوم، سامسونگ گلکسی فولد، ال‌جی G8 و V50 تینکیو استفاده شده است. اسنپدراگون ۸۵۵ با فناوری ساخت ۷ نانومتری شرکت تایوانی TSMC تولید می‌شود و درواقع اولین تراشه‌ی کوالکام است که در آن از فناوری ساخت یادشده استفاده شده است. کوالکام تاکنون صحبتی در مورد تعداد ترانزیستورهای به‌کاررفته در این تراشه نکرده است، اما قطعا بهبود فرایند ساخت باعث قرارگیری تعداد بیشتری ترانزیستور در فضایی فشرده‌تر می‌شود. سطح مقطع تراشه‌‌ی پرچم‌دار اسنپدراگون معادل ۷۳ میلی‌متر مربع است.


 

کوالکام در این تراشه، هشت هسته‌ی پردازشی از سه نوع به‌کار برده است. یک هسته‌ی Kyro 485 Gold Prime با فرکانس ۲.۸۴ گیگاهرتز و ۵۱۲ کیلوبایت کش سطح ۲ مبتنی بر معماری Cortex A76، دو هسته‌ با سطح عملکرد بالای Kyro 485 Gold با فرکانس ۲.۴۲ گیگاهرتز و ۲۵۶ کیلوبایت کش سطح ۲ به ازای هر هسته، مبتنی بر همان معماری و بالاخره ۴ هسته‌ی پربازده‌ی Kyro 485 Silver با فرکانس ۱.۸ گیگاهرتز و مبتنی بر معماری Cortex A55، مجموعه‌ی پرقدرت پردازش این تراشه را تشکیل داده‌اند. درکنار هسته‌های پردازنده‌ی اصلی از پردازنده‌ی گرافیکی سه هسته‌ای Adreno 640 استفاده شده است که در مورد آن صحبت شد.‌ این تراشه‌ی گرافیکی با قابلیت‌های متنوعی نظیر گیمینگ HDR (با عمق رنگ ۱۰ بیت و فضای رنگی Rec. ۲۰۲۰)، امکان بازی با خروجی ۱۲۰ فریم‌بر‌ثانیه، امکان رمزگشایی سخت‌افزاری ویدئوهای H.265 و VP9، پخش ویدئوهایی با فرمت HDR10+ و HDR10 و پشتیبانی از پخش ویدئوی واقعیت مجازی با وضوح 8K  قابلیت‌های تراشه‌ی اسنپدراگون ۸۵۵ را کامل می‌کند.

تراشه‌ی پردازش شبکه‌ی عصبی Hexagon 690 که نسل چهارم «موتور هوش مصنوعی» تراشه‌های اسنپدراگون است امکان اجرای بیش از ۷ تریلیون عملیات را در هر ثانیه دارا است که در مقایسه با عدد ۲ تریلیون عملیات در هر ثانیه‌ی تراشه‌ی A12 بیونیک اپل به مراتب بیشتر است. یک شتاب‌دهنده‌ی برداری (Hexagon Vector Accelerator)، یک شتاب‌دهنده‌ی تانسوری جدید ( Hexagon Tensor Accelerator) و دستیار صوتی Hexagon بخش‌های مختلف این موتور هوش مصنوعی را تشکیل می‌دهد.

مودم ارتباطی‌ شبکه‌ی 4G مورد استفاده در این تراشه LTEX24 کوالکام است که سرعت دانلود آن بالغ بر ۲ گیگابیت‌برثانیه و حداکثر سرعت آپلود آن ۳۱۶ مگابیت بر ثانیه است. اسنپدراگون ۸۵۵ اولین تراشه‌ی تجاری موبایل است که با تجهیز به مودم X50 5G  امکان اتصالی پرسرعت به شبکه 5G را دارد. در این حالت سرعت دانلود به ۵ گیگابیت‌برثانیه می‌رسد.


 

این تراشه از استاندارد جدید Wi-Fi 802.11ax که با عنوان وای‌فای ۶ شناخته می‌شود نیز پشتیبانی می‌کند. این استاندارد را می‌توان یک ارتباط بی‌سیم پربازده در نظر گرفت که در دو باند طیفی ۲.۴ و ۵ گیگاهرتز عمل می‌کند. تجهیزات بی‌سیم تحت این استاندارد که در رویداد CES 2019 به نمایش درآمد، حداکثر سرعت ۱۱ گیگابیت‌برثانیه داشتند.

کنترلر حافظه در اسنپدراگون ۸۵۵ حداکثر از ۱۶ گیگابایت حافظه‌ی رم هشت کاناله‌ی LPDDR4X با فرکانس ۲۱۳۳ مگاهرتز و با مجموع پهنای باند ۳۴.۱۳ گیگابایت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند.

پردازنده‌ی سیگنال تصویر (دوربین) اسنپدراگون ۸۵۵ با نام Spectra 380 با داشتن دو CV-ISP چهارده‌ بیتی قابلیت پشتیبانی از دوربین واحدی با لنز ۴۸ مگاپیکسلی یا دو دوربین با لنز ۲۴ مگاپیکسلی، فیلم‌برداری 4K HDR با نرخ فریم ۶۰ و با پشتیبانی از استانداردهای HD‍R10 ،HDR10+ و HLG را دارد. عمق رنگ ۱۰ بیتی و فضای رنگی Rec. ۲۰۲۰ در این حالت پشتیبانی می‌شود. این تراشه با سگمنتیشن هم‌زمان اشیا امکان تصویربرداری پرتره حرفه‌ای و مات کردن زمینه تصویر را فراهم می‌کند.

تراشه‌ی پرچم‌دار کوالکام از نسخه‌ی ۵ بلوتوث، NFC، کانال‌های متعدد ماهواره‌ی مکان‌یابی، USB 3.1 نوع C و آخرین نسخه‌ی شارژ سریع کوالکام با نام Quick Charge 4 Plus پشتیبانی می‌کند. بنا به‌گفته‌ی کوالکام، با تجهیز به این استاندارد امکان شارژ دستگاه هوشمند تا ۵۰ درصد در مدت ۱۵ دقیقه وجود دارد.

تراشه اسنپدراگون ۸۵۵ در آزمون‌های Geecbench در بخش پردازش تک‌هسته‌ای تا ۴۵ درصد و در بخش چندهسته‌ای تا ۲۹ درصد سریع‌تر از تراشه‌ی ۱۰ نانومتری اسنپدراگون ۸۴۵ عمل می‌کند. اسنپدراگون ۸۵۵ به‌لطف استفاده از سه کلاستر در هسته‌های پردازنده (چینش ۴+۳+۱) به‌جای چینش مرسوم ۴+۴ و با به‌کارگیری یک هسته‌ی Prime مبتنی بر Cortex A76 با حداکثر سرعت کلاک بالاتر، سه هسته‌ی بزرگ دیگر با اتکا بر همین معماری و همچنین تجهیز به حافظه‌ی کش بیشتر، سطح عملکرد بسیار بهتری نسبت به اسنپدراگون ۸۴۵ دارد. از سوی دیگر پردازنده‌ی گرافیکی آدرنو 640 نیز تا ۲۰ درصد سریع‌تر از آدرنو 630 عمل می‌کند. امتیاز Antutu گوشی Mi 9 شیائومی مجهز به اسنپدراگون ۸۵۵ معادل ۳۷۴۹۲۸ است که در مقایسه با گوشی Mi 8  با پردازنده‌ی اسنپدراگون ۸۴۵ با امتیاز ۲۸۷۸۸۲ بسیار بهتر است. در تصویر زیر، رتبه‌ی Antutu برخی از گوشی‌های پرچم‌دار مجهز به این دو تراشه مقایسه شده است.


 

در جدول زیر مشخصات آخرین پردازنده‌های موبایل پرچم‌دار اسنپدراگون با یکدیگر مقایسه شده است.

کوالکام در جریان رویداد کامپیوتکس ۲۰۱۹ از تراشه‌ی اسنپدراگون جدیدی با نام 8cx رونمایی کرد که مجهز به ۴+۴ هسته‌ی Kyro 495 و پردازنده‌ی گرافیکی آدرنو 680  است. این تراشه از ۱۰ مگابایت حافظه‌ی کش برخوردار بوده و از ۸ کانال حافظه‌ی LPDDR4X با حداکثر پهنای باند ۶۸.۲۶ گیگابایت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند که این میزان دو برابر پهنای باند حافظه‌ی اسنپدراگون ۸۵۵ از همین نوع است. اسنپدراگون 8cx در سایر موارد مشابه پرچم‌دار نسل قبل خود است.

اپل و پردازنده‌های سری A

اپل هم به نوبه‌ی خود SOC-هایی را برای استفاده در دستگاه‌های قابل حمل برند خود از قبیل آیفون، آیپد، آیپاد تاچ و حتی تلویزیون‌های اپل طراحی کرده و ساخت این تراشه‌ها را به شرکت‌هایی نظیر TSMC و سامسونگ واگذار می‌کند. اپل در ساخت جدیدترین پردازنده‌های موبایل خود از هسته‌های پردازنده‌ای بر پایه‌ی معماری ARM، پردازنده‌ی گرافیکی با طراحی اختصاصی خود و سایر اجزای مورد نیاز استفاده می‌کند. معروف‌ترین و به‌روزترین پردازنده‌های ساخت اپل تراشه‌های SOC سری A این شرکت است که در اکثر محصولات اخیر این شرکت به کار می‌رود.


 

اپل A11 بیونیک یکی از جدیدترین و مشهورترین SOC-های طراحی‌شده توسط اپل است که با فناوری ساخت ۱۰ نانومتری TSMC از سال ۲۰۱۷ تاکنون در تایوان تولید می‌شود. ۶ هسته‌ی پردازنده‌ی مرکزی این تراشه مبتنی بر معماری ۶۴ بیتی ARM بوده و در گوشی‌های مشهوری نظیر آیفون ۸ و ۸ پلاس و آیفون X انجام وظایف سنگین و سبک پردازش را عهده‌دار هستند. این پردازنده‌ی ۶ هسته‌ای از دو هسته‌ی پردازشی با سطح عملکرد بالا با نام Monsoon برخوردار است که به‌گفته‌ی اپل تا ۲۵ درصد سریع‌تر از هسته‌های مشابه در تراشه‌ی A10 این شرکت است. چهار هسته‌ی کوچکتر Mistral با بهره‌وری توانی بالا این دو هسته‌ را همراهی می‌کنند که میزان بهره‌وری توانی آن‌ها نسبت به هسته‌های مشابه تراشه‌ی A10 تا ۷۰ درصد بالاتر است (گفتنی است از تراشه‌ی A10 در گوشی‌های هوشمندی نظیر آیفون ۷ و ۷ پلاس استفاده شده است).

حداکثر فرکانس کلاک هسته‌های پردازنده‌ی A11 روی عدد ۲.۳۹ گیگاهرتز تنظیم شده است. تراشه‌ی A11 از کنترلر سطح عملکرد جدیدی بهره‌مند است که در شرایط نیاز تمام هسته‌ها را هم‌زمان و با حداکثر ظرفیت به‌کار می‌گیرد؛ در طراحی تراشه‌ی A10 چنین حالتی پیش‌بینی نشده بود و همین امر باعث می‌شود این تراشه در محاسبات سنگین چندرشته‌ای تا ۷۰ درصد سریع‌تر عمل کند. پردازنده‌ی گرافیکی این تراشه با طراحی اختصاصی اپل سه هسته دارد که تا ۳۰ درصد بهتر از پردازنده‌ی گرافیکی نسل قبل خود عمل می‌کند. اپل در پردازند‌ه‌های پیشین خود بیشتر تمایل به استفاده از تراشه‌های گرافیکی PowerVR داشت.


 

در این تراشه ۴.۳ میلیارد ترانزیستور در سطحی به کوچکی ۸۷.۶۶ میلی‌متر مربع گردآوری شده است که تا ۳۰ درصد ابعاد کمتری نسبت به تراشه‌ی A10 اپل دارد. مقدار ۲ یا ۳ گیگابایت حافظه‌ی رم از نوع LPDDR4X با طراحی پکیج روی پکیج (POP) تراشه‌ی اصلی را همراهی می‌کند و این میزان حافظه میان اجزای SOC به اشتراک گذارده شده است. واحد پردازش عصبی اختصاصی این تراشه با نام «موتور عصبی» قابلیت اجرای ۶۰۰ میلیارد عملیات را در هر ثانیه دارد و در انجام کارهایی مانند تشخیص چهره، Animoji و سایر وظایف یادگیری ماشین به کار بسته می‌شود.

جدیدترین پردازنده‌ی موبایل اپل تراشه‌ی A12 بیونیک است که از سال ۲۰۱۸ تاکنون در رده‌بالاترین دستگاه‌های قابل حمل این شرکت به‌کار گرفته می‌شود. هسته‌های پردازنده‌ی مرکزی این تراشه نیز بر پایه‌ی معماری ۶۴ بیتی ARM طراحی و تولید شده است و کار پردازش را در گوشی‌های رده‌بالایی نظیر آیفون XS، آیفون XS مکس و محصول به‌روز آیفون XR برعهده دارد. این تراشه نیز به ۶ هسته‌ی پردازنده مجهز شده است که دو هسته‌ی بزرگ Vortex با سطح کارایی بالا تا ۱۵ درصد سریع‌تر از هسته‌های مشابه در تراشه‌ی A11 بوده و چهار هسته‌ی کوچک پر بازده‌ی Tempest تا ۵۰ درصد مصرف توان کمتری نسبت به هسته‌های مشابه A11 دارد. سرعت کلاک هسته‌های این پردازنده ۲.۴۹ گیگاهرتز است. این تراشه برای اولین‌بار با فناوری ساخت ۷ نانومتری توسط شریک تایوانی اپل، TSMC تولید می‌شود.


 

پردازنده‌ی گرافیکی این تراشه نیز به‌طور اختصاصی توسط اپل طراحی شده است و تا ۵۰ درصد سریع‌تر از تراشه‌ی گرافیکی A11 عمل می‌کند. تراشه‌ی پردازنده‌ی A12 دربرگیرنده‌ی تراشه‌ی شبکه‌ی عصبی قدرتمندی است که اپل آن را «موتور عصبی نسل بعد» می‌نامد. این تراشه ۸ هسته دارد و قادر است ۵ میلیارد عملیات ۸ بیتی را در هر ثانیه اجرا کند. تراشه‌ی A12 اپل دربرگیرنده‌ی ۶.۹ میلیارد ترانزیستور است و در فضایی به مساحت ۸۳.۲۷ میلی‌متر مربع جای می‌گیرد که ۵ درصد کوچکتر از A11 است.

البته اپل نسخه‌ی قدرتمندتری از تراشه‌ی A12 بیونیک را با نام A12X بیونیک در اکتبر ۲۰۱۸ به‌عنوان قلب تپنده‌ی محصولات جدیدش یعنی آیپد پرو ۱۱ اینچی و آیپد پرو نسل سومی ۱۲.۹ اینچی معرفی کرد. اپل در معرفی آیپدهای جدید آن‌ها را از ۹۲ درصد کامپیوترهای قابل حمل فروخته شده در دوازده ماه منتهی به اکتبر ۲۰۱۸؛  شامل لپ‌تاپ‌های Core i7 مصارف عام اینتل سریع‌تر دانست. این سرعت حیرت‌انگیز به کمک تراشه‌ی جدید اپل A12X معنی می‌یافت؛ تراشه‌ی A12X که اولین پردازنده‌ی موبایل ۸ هسته‌ای این شرکت صاحب نام است. اپل می‌گوید A12X بیونیک در پردازش تک هسته‌ای ۳۵ درصد سریع‌تر از تراشه‌ی پیشین خود A10X بوده و در پردازش چند هسته‌ای تا ۹۰ درصد بهتر از آن عمل می‌کند. این تراشه نیز با فناوری ۷ نانومتری TSMC ساخته شده و هسته‌های پردازنده مبتنی بر معماری ۶۴ بیتی ARM توسعه یافته است. در این تراشه ۱۰ میلیارد ترانزیستور تعبیه شده که در مقایسه با ۶.۹ میلیارد ترانزیستور A12 بیونیک پیشرفت چشمگیری به شمار می‌رود. البته سطح مقطع Die در نسخه‌ی پیشرفته‌تر کمی بزرگتر از نسخه‌ی پایه است.

این پردازنده‌، ۴ هسته‌ی Vortex با سطح عملکرد بالا و چهار هسته‌ی پربازده Tempest دارد و حداکثر سرعت کلاک هسته‌ها در آن ۲.۴۹ گیگاهرتز است. هسته‌های Tempest سطح عملکردی مشابه هسته‌های Cortex A73 دارد و بر پایه‌ی هسته‌های Swift در تراشه‌ی A6 اپل توسعه یافته است. پردازنده‌ی گرافیکی A12X با داشتن هفت هسته‌ی محاسباتی سطح عملکردی تا دو برابر بهتر ازA10X دارد. همچنین این GPU قدرت بیشتری نسبت به پردازنده‌ی گرافیکی A12 دارد. واحد پردازش عصبی به کار رفته در این تراشه تفاوتی با پردازنده‌ی A12 بیونیک ندارد.

سامسونگ و تراشه‌های اگزینوس

سامسونگ شرکتی که طراح و سازنده تراشه‌های گوناگون است، دستی در بازار پردازنده‌های موبایل نیز دارد و پردازنده‌های اختصاصی خود را با نام اگزینوس (Exynos) توسعه می‌دهد. اگزینوس SOCهایی بر پایه‌ی معماری ARM است که سامسونگ خود طراحی و تولید تراشه‌ی آن را (به‌جای تکیه بر شرکت‌های ریخته‌گر تراشه) برعهده دارد. از این تراشه در طیف گسترده‌ای از گوشی‌های هوشمند میان‌رده و رده‌بالای سامسونگ استفاده می‌شود. سامسونگ از سال ۲۰۱۰ اقدام به طراحی و تولید این تراشه‌ها کرده و با پیشرفت فناوری هر سال پردازنده‌های موبایل قوی‌تری را معرفی و روانه‌ی بازار کرده است. این شرکت در ساخت هسته‌های پردازنده‌ی مرکزی اگزینوس هم‌زمان از هسته‌های سفارشی با طراحی اختصاصی خود و همچنین هسته‌های دیگری با معماری ARM استفاده می‌کند. سامسونگ برای پردازش محتوای گرافیکی در این تراشه‌ها بر پردازنده‌های گرافیکی Mali متکی است. تراشه‌های اگزینوس در سری‌های مختلفی شامل سری‌های ۲ تا ۹ جای می‌گیرند که با بالا رفتن شماره سری‌ها، قدرت و کیفیت این تراشه‌ها نیز بیشتر می‌شود.

یکی از جدیدترین پردازنده‌های موبایل ساخت سامسونگ، تراشه پرچم‌دار اگزینوس ۹۸۱۰ است. این تراشه که در گوشی‌های پرچم‌دار ۲۰۱۸ نظیر گلکسی اس ۹، گلکسی اس ۹ پلاس و گلکسی نوت ۹ به کار رفته است، با فناوری ساخت ۱۰ نانومتری ویژه‌ی سامسونگ تولید می‌شود. در این پردازنده از ۴ هسته‌ی بزرگ اختصاصی با نام اگزینوس M3 با فرکانس ۲.۹ گیگاهرتز و ۴ هسته‌ی کوچک بر پایه‌ی معماری Cortex A55 با فرکانس ۱.۹ گیگاهرتز استفاده شده است. پردازنده‌ی گرافیکی این تراشه Mali G72 استفاده شده که سرعت کلاک آن روی عدد ۵۷۲ مگاهرتز تنظیم شده و توان محاسبات FP32 آن بالغ بر ۳۷۰ گیگافلاپس است. این پردازنده از چهار کانال حافظه‌ی LPDDR4X با حداکثر فرکانس ۱۷۹۴ مگاهرتز و حداکثر پهنای باند ۲۸.۷ گیگابایت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند. مساحت Die این تراشه ۱۱۸.۹۴ میلی‌متر مربع است.

اگزینوس ۹۸۲۰ پیشرفته‌ترین پردازنده‌ی موبایل سامسونگ است که در گوشی‌های پرچم‌دار سال جاری سامسونگ نظیر گلکسی اس ۱۰ و اس ۱۰ پلاس استفاده شده است. این تراشه‌ی قدرتمند با فناوری ساخت ۸ نانومتری سامسونگ ساخته شده و نسبت به تراشه‌ی نسل قبل خود چگالی ترانزیستور بیشتر و بهره‌وری توانی بالاتری دارد. باوجوداین، سطح مقطع Die اگزینوس ۹۸۲۰ معادل ۱۲۷ میلی‌متر مربع بوده و بزرگتر از تراشه‌ی پرچم‌دار نسل قبل سامسونگ است. این پردازنده ۸ هسته‌ای قدرتمند برای اجرای بهینه‌ی پردازش‌های سنگین و مالتی تسکینگ از یک چینش هسته‌ی ۳ کلاستری شبیه به پردازنده‌های اسنپدراگون ۸۵۵ کوالکام و Kirin 980 هواوی بهره‌مند است. دو هسته‌ی بسیار بزرگ این تراشه درواقع نسل چهارم هسته‌های پردازنده اختصاصی سامسونگ با نام اگزینوس M4 است که سرعت کلاک آن روی ۲.۳ گیگاهرتز تنظیم شده و حداکثر توان پردازشی این تراشه را به بار می‌آورد. درکنار هسته‌های اختصاصی سامسونگ، دو هسته‌ی بزرگ با سطح عملکرد بالا مبتنی بر معماری Cortex A75 قرار گرفته که سرعت کلاک آن ۱.۹ گیگاهرتز است. ۴ هسته‌ی کوچک از نوع Cortex A55 برای افزایش حداکثری بهره‌وری انرژی به این مجموعه افزوده شده است. چنین پیکربندی هسته‌های پردازنده‌ای به ابزار هوشمند زمانبندی اجرای وظیفه نیز مجهز شده که سطح عملکرد چند هسته‌ای (مالتی تسکینگ) این پردازنده را در مقایسه با اگزینوس ۹۸۱۰ تا ۱۵ درصد بهبود می‌بخشد. این پردازنده در زمان اجرای وظایف سنگین تک‌هسته‌ای، به‌دلیل بهره‌مندی از هسته‌های ممتاز سفارشی نسل چهارم سامسونگ با دسترسی بهینه به حافظه، تا ۲۰ درصد سریع‌تر از نسل قبل خود عمل می‌کند. بنا به‌گفته‌ی سامسونگ تراشه‌ی اگزینوس ۹۸۲۰ نسبت به ۹۸۱۰ تا ۴۰ درصد بهره‌وری توانی بالاتری داشته‌ و بدین ترتیب انرژی کمتری مصرف می‌کند.


 

سامسونگ در SOC اگزینوس ۹۸۲۰ واحد پردازش عصبی یا NPU قدرتمندی را برای اجرای پردازش مبتنی بر هوش مصنوعی به کار گرفته است. این واحد پردازش عصبی، پردازنده‌ی مرکزی را قادر می‌سازد عملیات‌های مرتبط با هوش مصنوعی را تا ۷ برابر سریع‌تر از تراشه ۹۸۱۰ که فاقد این ویژگی است، به اجرا درآورد. بهبود کیفیت تصاویر گرفته‌شده با دوربین، ایجاد جلوه‌های واقعیت افزوده‌ی پیشرفته و دیگر قابلیت‌های هوش مصنوعی به‌واسطه‌ی وجود این تراشه‌ی پیشرفته بیش از گذشته دست‌یافتنی است.



 

سامسونگ درکنار پردازنده‌ی اصلی این SOC، از پردازنده‌ی گرافیکی Mali G76 استفاده می‌کند. بنا به‌ گفته‌ی سامسونگ، پردازنده موبایل پرچم‌دار اگزینوس ۹۸۲۰ در پردازش محتوای گرافیکی و گیمینگ تا ۴۰ درصد سریع‌تر از تراشه‌ی ۹۸۱۰ عمل می‌کند. از سویی، بهره‌وری توانی این پردازنده‌ی گرافیکی تا ۳۵ درصد بالاتر از Mali G72 است و این مسئله باعث کاهش چشمگیر مصرف باتری در زمان اجرای بازی یا پخش محتوای گرافیکی با وضوح بالا می‌شود.

پردازنده‌ی سیگنال تصویری (ISP) پیشرفته‌ی این تراشه که دربرگیرنده یک حسگر مادون قرمز است، با راهکار آرایه‌ی چندگانه‌ی دوربین به‌خوبی هماهنگ می‌شود و باعث بهبود کیفیت تصاویر گرفته‌شده با دوربین و زوم خودکار سریع‌تر می‌شود. نمره‌ی DXOMark دوربین گلکسی اس ۱۰ (۱۰۹) حاکی از کیفیت بسیار بالای تصاویر گرفته‌شده به‌کمک این تراشه‌ی دوربین قدرتمند است. به این موارد، امکان فیلم‌برداری با رزولوشن حیرت‌انگیز 8K با نرخ فریم 30fps و رزولوشن 4K با خروجی ۱۵۰ فریم‌بر‌ثانیه را نیز باید افزود. این پردازنده از پخش محتوای HDR با عمق رنگ ۱۰ بیت پشتیبانی می‌کند.

‌مودم تعبیه‌شده در تراشه‌ی اگزینوس ۹۸۲۰ با پشتیبانی از استاندارد ارتباطی Cat.20 8CA، امکان دانلود محتوا با سرعت ۲ گیگابیت‌برثانیه را فراهم می‌سازد. این در حالی است که تراشه‌ی نسل قبل اگزینوس ۹۸۱۰ به استاندارد ارتباطی Cat.18 6CA مسلح شده و سرعت دانلود آن حداکثر ۱.۲ گیگابیت‌برثانیه است.

های‌سیلیکون و پردازنده‌های Kirin

های‌سیلیکون یک شرکت چینی سازنده‌ی نیمه‌هادی است که به‌طور کامل در مالکیت هواوی است. این شرکت پردازنده‌های موبایل خود را با سطوح عملکرد مختلف با نام Kirin طراحی و تولید می‌کند. های‌سیلیکون به‌عنوان بزرگ‌ترین طراح مدارهای مجتمع و تراشه‌های نیمه‌هادی در کشور چین شناخته می‌شود. پردازنده‌های موبایل رده‌بالای Kirin 970 و Kirin 980 و پردازنده‌های میان‌رده‌ی Kirin 650 و Kirin 710 از جمله معروف‌ترین تراشه‌های ساخت های‌سیلیکون است.

پردازنده‌ی پرچم‌دار ۲۰۱۷ شرکت‌های‌سیلیکون Kirin 970 است که با فناوری ساخت ۱۰ نانومتری FinFET+ شرکت تایوانی TSMC تولید می‌شود. هسته‌های پردازنده‌ی این تراشه مبتنی بر معماری ARM بوده و شامل ۴ هسته‌ی بزرگ Cortex A73 با سطح عملکرد بالا و فرکانس کاری ۲.۳۶ گیگاهرتز و ۴ هسته‌ی کوچک Cortex A53 با بهره وری توانی بالا است. این پیکربندی هسته‌ی ۴+۴ با نام معماری big.Little شناخته می‌شود که توسعه‌دهنده‌ی آن شرکت طراح هسته‌ها یعنی ARM است. در این معماری هسته‌هایی بزرگ و و قدرتمند با مصرف انرژی بالا با هسته‌های کوچک کم مصرف ترکیب می‌شود و بدین ترتیب توازنی میان مصرف توان و سطح عملکرد تراشه برقرار شده و در مجموع از میزان مصرف باتری کاسته می‌شود.


 

های‌سیلیکون در تولید این تراشه از پردازنده‌ی گرافیکی Mali G72 با فرکانس کاری ۷۴۶ مگاهرتز و توان محاسباتی ۳۳۰ گیگافلاپس استفاده می‌کند. کنترلر حافظه‌ی این تراشه از حافظه‌های چهار کاناله‌ی LPDDR4X با مجموع پهنای باند ۲۹.۸ گیگابایت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند. واحد پردازش هوش مصنوعی این تراشه طی همکاری مستقیم های‌سیلیکون و شرکت Cambricon Technologies با توان اجرای ۱.۹۲ تریلیون عملیات در هر ثانیه تولید می‌شود.

آخرین تراشه‌ی پرچم‌دار های‌سیلیکون، محصول Kirin 980 است که برای اولین‌بار در میان پردازنده‌های موبایل با فناوری جدید ۷ نانومتری شرکت TSMC تولید می‌شود. در این تراشه از سه کلاستر متفاوت در چینش هسته‌های پردازنده استفاده شده است. بر این اساس ۲ هسته‌ی Cortex A76 با فرکانس ۲.۶ گیگاهرتز، ۲ هسته‌ی دیگر با همین معماری اما با فرکانس ۱.۹۲ گیگاهرتز و ۴ هسته با معماری Cortex A55 با فرکانس کاری ۱.۸ گیگاهرتز و بهره‌وری توانی بالا مجموعه‌ی پردازش مرکزی این تراشه را شکل داده است. هسته‌های Cortex A76 برای اولین‌بار در این پردازنده‌ی موبایل مورد استفاده قرار گرفت و این نیز رکورد دیگری برای این تراشه به شمار می‌رود. این هسته‌ها از نظر تئوری امکان دستیابی به سرعت کلاک ۳.۳ گیگاهرتز را دارا است. تقسیم هسته‌هایی با این معماری به دو کلاستر مجزا با فرکانس متفاوت در تراشه‌ی پرچم‌دار های‌سیلیکون، از سویی باعث حفظ عملکرد می‌شود و از طرفی میزان مصرف انرژی مجموع هسته‌ها را کاهش می‌دهد. با این چینش، وظایف نسبتا سنگینی که پردازش آن‌ها به بهترین هسته‌ها سپرده نمی‌شود، برای اجرا به آخرین هسته‌های ممکن نیز سپرده نمی‌شوند و گزینه‌ای برای پردازش این وظایف با سطح عملکرد متعادل و سرعت بسیار بیشتر نسبت به هسته‌های کوچک در دسترس خواهد بود. بدین ترتیب سرعت اجرای اپلیکیشن‌ها با افت محسوسی رو‌به‌رو نخواهد شد.

 

های‌سیلیکون با تعبیه‌ی واحد DynamIQ درکنار هسته‌های پردازنده، تضمین می‌کند که این دو کلاستر هسته‌ی قوی‌تر به مجرد نیاز، برای اجرای وظایف متناسب در دسترس قرار گیرند. هر یک از هسته‌های Cortex A76 در این پردازنده به ۵۱۲ کیلوبایت حافظه کش سطح ۲ دسترسی دارد و این میزان برای هسته‌های کوچک Cortex A55 به ۱۲۸ کیلوبایت تقلیل می‌یابد. بنا به‌گفته‌ی هواوی، پردازنده‌ی Kirin 980 سطح عملکردی تا ۷۵ درصد بهتر از تراشه‌ی نسل قبل خود دارد و در عین حال میزان توان مصرفی را به‌واسطه‌ی فناوری ساخت فشرده‌تر ۷ نانومتری تا ۵۸ درصد کاهش می‌دهد.

آخرین تراشه‌ی پرچم‌دار های‌سیلیکون ۶.۹ میلیارد ترانزیستور را در تراشه‌ای به مساحت ۷۴.۱۳ میلی‌متر مربع جای داده است. این عدد در مقایسه با ۴.۳ میلیارد ترانزیستور جای‌گرفته در تراشه‌ی A11 بیونیک و در فضای بزرگتری به مساحت ۸۷.۶۶ میلی‌متر مربع، حاکی از تأثیر چشمگیر فناوری ساخت بر مشخصات و سطح عملکرد یک تراشه است.


 

های‌سیلیکون در تراشه‌ی Kirin 980 از پردازنده‌ی گرافیکی Mali G76 با معماری ARM استفاده کرده است. فرکانس کاری این پردازنده ۷۲۰ مگاهرتز و توان محاسباتی آن ۴۹۸.۶ گیگافلاپس است که تا ۴۶ درصد سطح عملکرد گرافیکی این پردازنده را نسبت به Kirin 970 بهبود می‌بخشد. هواوی در این پردازنده از دو واحد هوش مصنوعی NPU استفاده کرده که این بار نیز با مشارکت Cambricon Technology ساخت می‌شود. هواوی بر این باور است که واحد پردازش عصبی دوگانه و نسبتا حجیم تراشه‌ی پرچم‌دارش، سطح عملکردی تا ۱۳۶ درصد بهتر از نسل قبلی خود دارد و مصرف توان تراشه را تا ۸۸ درصد کاهش می‌دهد.

مدیاتک و پردازنده‌های Helio

مدیاتک یک شرکت توسعه‌دهنده‌ی نیمه‌هادی تایوانی است که به کار تولید تراشه‌هایی در حوزه‌ی ارتباطات بی‌سیم، تلویزیون‌های با وضوح بالا، گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و کامپیوترهای هیبریدی، سیستم‌های مکان‌یابی و محصولات چند رسانه‌ای مصرفی می‌پردازد.

پیشرفته‌ترین تراشه‌ی موبایل مدیاتک پردازنده‌ی ۱۰ هسته‌ای Helio X30 است که با فناوری ساخت ۱۰ نانومتری تولید می‌شود. این پردازنده مجهز به ۲ هسته‌ی Cortex A73 با فرکانس ۲.۵ گیگاهرتز، ۴ هسته‌ی Cortex A53 با فرکانس ۲.۲ گیگاهرتز و سرانجام ۴ هسته‌ی Cortex A53 با فرکانس متعادل‌تر ۱.۹ گیگاهرتز است. پردازنده‌ی گرافیکی این تراشه محصول 7XTP-MT4 شرکت PowerVR با فرکانس کاری ۸۰۰ مگاهرتز است. این تراشه در سه‌ماهه‌ی دوم سال ۲۰۱۷ معرفی شد.

مدیاتک می‌گوید تراشه پرچم‌دار Helio X30 با چینش هسته‌های پردازنده‌اش در ۳ کلاستر، سطح عملکردی تا ۳۰ درصد بهتر از تراشه‌ی ۲۰ نانومتری Helio X20 دارد و تا ۵۰ درصد انرژی کمتری مصرف می‌کند. X30 در گوشی هوشمند Meizu Pro 7 به‌کار رفته است.

تراشه‌ی Helio X30 در مقایسه با پرچم‌داران جدید شرکت‌های سامسونگ، کوالکام و هواوی حرف چندانی برای گفتن ندارد. این تراشه حداکثر سطح عملکردی در حد و اندازه‌ی محصول ۱۰ نانومتری اسنپدراگون ۸۳۵ دارد. در مقایسه این دو محصول، تراشه‌ی مدیاتک از برخی جهات نظیر سرعت کلاک و تعداد هسته‌های پردازنده‌ی مرکزی بهتر از پردازنده‌ی کوالکام عمل می‌کند، اما از نظر پردازش محتوای گرافیکی از محصول شرکت آمریکایی عقب می‌ماند.

مقایسه بهترین پردازنده‌های موبایل شرکت‌های مختلف

در پایان این مقاله می‌خواهیم مقایسه‌ای میان پردازنده‌های موبایل پرچم‌دار ساخته‌شده توسط تراشه‌سازان مختلف داشته باشیم. از مجموع آنچه گفته شد، برمی‌آید که تراشه‌های مختلف به‌دلیل تفاوت در معماری هسته‌ها، پیکربندی هسته‌ها، فناوری ساخت، نوع پردازنده‌های گرافیکی، نوع و سرعت حافظه‌ی قابل پشتیبانی، نحوه‌ی برقرای ارتباطات داخلی در تراشه و بسیاری پارامترهای دیگر با هم تفاوت‌ها یا شباهت‌هایی دارند و بنابراین نمی‌توان به‌راحتی این پردازنده‌ها را از نظر سطح عملکرد و سرعت اجرای وظایف رتبه‌بندی کرد. امروزه با وجود نرم‌افزارهای بنچمارک قدرتمندی نظیر Antutu و Geecbench می‌توان از جهات گوناگون، پردازنده‌های تراشه‌سازان مختلف را با یکدیگر مقایسه کرد. وب‌سایت فناوری Techcenturion با درنظرگرفتن نتایج این بنچمارک‌ها و نیز با لحاظ کردن سطوح عملکرد پردازنده‌های موبایل مختلف در دنیای واقعی و گیمینگ، این تراشه‌ها را رتبه‌بندی کرده است که در انتها به ذکر رتبه‌بندی پردازنده‌های پرچم‌دار از نگاه این سایت بسنده خواهیم کرد.