Для чего нужны ядра в телефоне?

Что такое количество ядер процессора в телефоне, за что оно отвечает, какую функцию выполняет? На что влияет количество ядер в смартфоне? Какое самое большое количество ядер в смартфоне?

Короткое повествование на простом языке о ядрах мобильных процессоров, их функциях и необходимом количестве.

Для любого человека, который решается обзавестись новеньким смартфоном, основным критерием выбора является не только цена, но и мощность гаджета. Если перейти на сайт какого-нибудь интернет магазина и открыть технические характеристики смартфонов, то среди них можно увидеть такое определение, как «процессор».

Многим, даже технически неграмотным пользователям, данная деталь знакома и они имеют представление о том, какую функцию он выполняет. Однако стоящие рядом с ним слова «двухъядерный» или «четырехъядерный» вызывают у многих недоумение.

В нашей статье мы поговорим о том, что такое ядро процессора в смартфоне, за что оно отвечает и правдиво ли мнение, что чем больше ядер в процессоре, тем мощнее телефон.

Изображение 1. Что такое ядро центрального процессора в телефоне, за что оно отвечает и какую функцию выполняет?

Что такое процессор в телефоне?

• Прежде чем переходить к ядрам, для начала нужно понять, что такое процессор. Процессор – это миниатюрное устройство, которое отвечает за математические, логические и управленческие операции, внесённые человеком в машинный код.
• Как правило, процессор выполнен в виде одной интегральной схемы, основу которой составляет кремниевый чип и огромное количество, расположенных на нем, транзисторов. В некоторых случаях процессор может состоять из двух и более специализированных микросхем.

Изображение 2. Что такое ядро центрального процессора в телефоне, за что оно отвечает и какую функцию выполняет?

• Скорость или же мощность процессора напрямую зависит от общего числа транзисторов, нанесенных на кремниевый чип. Мощность процессора измеряется в тактовой частоте (Ггц) и чем больше на кремниевом чипе нанесено транзисторов, тем выше будет тактовая частота процессора (мощность).
• Однако, идущий по транзисторам ток, имеет свойство нагревать кремниевый чип, который под воздействием высоких температур выходит из строя. И чем больше транзисторов располагается на чипе, тем быстрее он нагревается и достигает своего теплового предела. Как раз для того, чтобы избежать перегрева, были придуманы процессоры с двумя и более ядрами.

Что такое ядра процессора в смартфоне и за что они отвечают?

• Ядро – это основной модуль процессора, где обрабатывается вся информация и производятся расчеты. Если провести аналогию с человеческим организмом, то процессор является мозгом, а ядра – его полушариями. У человеческого мозга их два, а вот количество ядер процессора смартфона может достигать восьми штук.

Изображение 3. Что такое ядро центрального процессора в телефоне, за что оно отвечает и какую функцию выполняет?

• Выше мы говорили о том, что мощность процессора зависит от количества нанесенных на него транзисторов и упомянули о перегреве. Наличие нескольких ядер в процессоре нужно для того, чтобы распределить между ними нагрузку на процессор и снизить теплоотдачу.
• Таким образом, если одно ядро не справляется с потоком обрабатываемой информации, автоматически активируется второе ядро и возьмет часть работы на себя, тем самым предотвратив перегрев. Наличие в процессоре двух или более ядер позволяет нанести на него больше транзисторов и соответственно увеличить его мощность или скорость обработки данных.

На что влияет количество ядер в смартфоне?

• Как мы уже выяснили, ядра помогают разгрузить процессор, снизить теплоотдачу и увеличить его скорость. Таким образом, чем больше в установленном на ваш телефон процессоре ядер, тем больше действий Вы сможете выполнять одновременно.

Изображение 4. Что такое ядро центрального процессора в телефоне, за что оно отвечает и какую функцию выполняет?

• Например, если Вы, имея смартфон с одноядерным процессором, играете на нем в игру и захотите параллельно запустить какое-нибудь второе приложение, то ваша игра будет автоматически закрыта, так как процессор не может одновременно обработать такой большой поток данных.
• Если же Вы сделаете то же самое на двухъядерном процессоре, то одно его ядро возьмет на себя работу игры, а второе будет обрабатывать запущенное приложение.
• Также существуют тяжелые приложения, которые загружают сразу несколько ядер процессора. Их называют многопотоковыми. К ним относятся тяжелые игры и некоторые графические редакторы. Если попытаться запустить такое приложение на смартфоне с одноядерным процессором, то в лучшем случае оно просто не запустится. Наихудшим раскладом может стать полное зависание и перегрев устройства.

Какое самое большое количество ядер в смартфоне?

• На сегодняшний день в мобильные телефоны и планшеты устанавливаются процессоры с максимальным количеством ядер в десять штук. Наверняка их могло бы быть и больше, однако разработчики не видят в этом необходимости в данное время.
• Но, несмотря на точку зрения производителей процессоров, многие аналитики и эксперты придерживаются мнения, что будущее гаджетов стоит за их многозадачностью, которая невозможна без наличия многоядерных процессоров.

Сколько ядер в телефоне, смартфоне лучше?

• Многие покупатели придерживаются мнения, что восьмиядерный процессор в два раза мощнее четырехъядерного. Если рассматривать его с точки зрения логики и не вдаваться в подробности устройства процессора, то восемь больше четырех, а значит и мощность гаджета будет выше. Однако данное мнение является в корне ошибочным.
• Как было уже сказано, количество ядер процессора увеличивает скорость работы смартфона за счет равномерного распределения выполняемых одновременно процессов. Но большинство существующих на сегодняшний день мобильных приложений являются однопотоковыми и одновременно могут использовать только одно ядро процессора. В редких случаях два.

Изображение 5. Что такое ядро центрального процессора в телефоне, за что оно отвечает и какую функцию выполняет?

• Многоядерные процессоры нужны только в том случае, если Вы играете в тяжелые игры, которые дают высокую нагрузку на процессор и способны использовать одновременно четыре ядра и более. Таких игр на сегодняшний день единицы, так как разработчики игровой индустрии стараются оптимизировать свою продукцию даже под слабые устройства с целью увеличения продаж.
• Дать четкого ответа на вопрос в заголовке нельзя. Всё зависит от ваших потребностей и технических характеристик устройства в целом. Если Вам нужен хороший смартфон для игр, то стоит обращать внимание не только на количество ядер процессора, но и на его тактовую частоту, а также объем оперативной памяти.

Изображение 6. Что такое ядро центрального процессора в телефоне, за что оно отвечает и какую функцию выполняет?

• Например, смартфон с 4 ГБ оперативной памяти, четырёхъядерным процессором и тактовой частотой 1.7 Ггц будет гораздо быстрее, чем аналогичный смартфон с восьмиядерным процессором и тактовой частотой 1 Ггц.
• Также немаловажную роль играет и устройство процессора. У каждого производителя структура процессора выполнена по-разному. Например, процессоры от производителей Atom и Snapdragon с одинаковым количеством ядер и тактовой частотой будут отличаться между собой производительностью.

ВИДЕО: Почему больше ядер в мобильном процессоре не значит лучше?

Ядро в телефоне – что это такое, за что отвечает (не путать с ядрами процессора!)

Если вы являетесь владельцем мобильного девайса (смартфона, планшета), то будет полезно узнать — ядро в телефоне за что отвечает, почему является важнейшей частью Android, iOS.

Kernel — что это такое?

Именно так на английском языке звучит понятие «ядро», о котором пойдёт речь в обзоре. Важно понимать, что данная тема не имеет отношения к процессору. Подразумевается иная, более «глобальная» тематика.

«Кернел» — это главное связующее звено между оборудованием и программным обеспечением. Ведь на телефоне могут быть установлены разные приложения, работа которых требует доступа к тем или иным ресурсам системы — обработчику процессов, ОЗУ, внутреннему накопителю, камере, кнопкам управления громкостью и т.д. Ядро позволяет скоординировать все процедуры, оптимизировать их, перенаправлять запросы между аппаратными и программными компонентами.

Вот пример: когда экран выключен, а Вы нажимаете клавишу питания, то дисплей подсвечивается. Если же использовать длительное нажатие — отображается меню с выбором вариантов — перезагрузка, сделать скриншот и прочее (зависит от версии ПО).

Чтобы просмотреть информацию о ядре, достаточно открыть параметры, отыскать строку «Об устройстве (телефоне, планшете, системе)». Далее находим нужный элемент. Иногда он скрыт в подпунктах:

Ядро в смартфоне Android

Мы рассмотрим именно Андроид, но это не значит, что для других ОС данное понятие не актуально.

Зачем оно нужно? Операционная система сама по себе является комплексом программ, благодаря которому возможна скоординированная работа телефона.

Когда мы запускаем приложение «Камера», то на экране отображается интерфейс с перечнем элементов (фото, видео, настройки), оптика переводится в полную боевую готовность. Если проводим время за игрой, Android «раздает указания» оперативной памяти, ЦПУ, графическому процессору, чтобы они выделили требуемое количество ресурсов для обеспечения достаточной производительности.

То есть, как работает ядро? Оно управляет всем, что касается мобильного устройства. Это своего рода посредник, без которого сложно было бы представить слаженное функционирования Андроид, грамотную расстановку приоритетов.

Если копнуть глубже, то мы имеем дело с набором драйверов (понятие должно быть знакомо пользователям Windows). Это файлы (утилиты), оптимизирующие управление оборудованием.

Еще одна наглядная демонстрация. На рабочем столе много ярлыков. Вы нажимаете на один из них. При этом kernel задействует сенсор дисплея, вычисляются точные координаты точки, они сравниваются с текущей разметкой (пользовательской настройкой интерфейса), затем отправляется команда — «запустить требуемое приложение».

Уверены, что суть ясна. Но остался еще один важный момент, который стоит рассмотреть.

Автор рекомендует:

Кастомное ядро — для чего используется?

Операционная система Android имеет множество модификаций, но официальных прошивок не так уж и много. Представьте ситуацию — куча производителей, разные модели, отличающиеся техническими характеристиками. Как в этой ситуации работает kernel, получится ли одновременно адаптироваться к бюджетному телефону и флагманскому смартфону? Конечно же, нет.

Именно поэтому, компании собирают «кастомные ядра» — индивидуально настроенные модификации под конкретные устройства, с учетом особенностей аппарата — камеры, размера экрана, емкости аккумулятора и т.д.

Увы, не все бренды поступают таким образом. Чтобы не тратить время на создание оптимального варианта, они просто доверяют работу девайса стоковому (универсальному) ядру. Плюсы подобного решения очевидны — экономия бюджета. Но появляется минус для пользователей — некоторые возможности аппарата не задействованы по максимуму (частота процессора ограничена, Android не видит весь объем оперативной памяти, крутая камера снимает хуже обещанного).

К счастью, описанное выше случается крайне редко и характерно для малоизвестных брендов. Уважающие себя компании никогда не допустят такого, ведь это непременно скажется на репутации и продажах.

Кроме того, есть энтузиасты, которые самостоятельно «разбирают» ядро, вносят корректировки, чтобы добавить полезные фишки (разгон процессора, управление питанием и т.п.), затем снова собирают всё в единое целое и предлагают скачивать, устанавливать вместе с кастомной прошивкой для конкретной модели девайса. Если решитесь на использование альтернативных решений, то помните:

• всё делаете на свой страх и риск;
• внимательно читайте отзывы, комментарии;
• есть сомнения — задавайте вопросы;
• изучайте материалы на разных сайтах (4PDA, XDA, Youtube);
• обязательно копируйте ценную информацию перед проведением манипуляций.

Мы закончили рассмотрение темы «Ядро в телефоне — за что отвечает, как работает». Надеемся, что статья оказалась полезной.

Зачем процессору в смартфоне много ядер

Ходит миф, что чем больше ядер в процессоре мобильного устройства, тем более мощным он является и может выполнять больше задач. На самом деле, в этом есть доля правды, но не всё так просто, как может показаться.

Если сравнивать устройства с одним ядром и двумя ядрами, то при одинаковых прочих компонентах смартфона, второй будет значительно быстрее справляться со всеми поставленными задачами, так как производительность в несколько раз выше из-за наличия у процессора второго ядра.

Сейчас производители гонятся за более мощными характеристиками в их устройствах, устанавливая четырехъядерные и восьмиядерные процессоры. На самом деле, разница в этом случае не будет такой колоссальной, как при сравнении однокристального и двухкристального процессоров. Все дело в том, что сами 8-е процессоры — это ничто иное, как два 2 процессора по 4 ядра, которые максимально быстро и эффективно сначала распределяют задачи между собой, а после выполняют их. При этом используются два ядра из четырех, которые получили меньшую частоту для выполнения простеньких задач. К примеру, чтобы зайти в меню, открыть настройки или сменить один рабочий стол на другой. В том случае, если вы запускаете “тяжелую” игру или программу, то смартфон использует более мощные ядра, для раскрытия всего потенциала процессора.

Иными словами, 8-ядерные процессоры — это просто два процессора, в которых используется по четыре ядра. Производительность при этом увеличивается, как и время автономной работы, за счет верного распределения задач.

Первым делом нужно определиться, что же такое частота процессора. По сути, это показатель числа операций, которое выполняет процессор за одну секунду времени. Чем больше будет частота процессора, тем выше окажется его производительность. Как и на компьютере, в смартфоне ежесекундно протекают те или иные процессы, которые обрабатывает процессор, поэтому, чем выше частоты, тем быстрее будет исполняться действие.

В современных мобильных устройствах есть полноценная многозадачность, которая позволяет работать с несколькими приложениями одновременно, либо быстро переключаться между ними.

В операционной системе Android 7.0 и выше имеется достаточно простой и удобный способ для мгновенного переключениями между последними запущенными приложениями. Если у вас “голый” Андроид, то достаточно будет нажать на кнопку “недавние” и в появившемся списке выбрать нужное вам приложение. Если у вас сторонняя оболочка, к примеру, MIUI? где нет кнопок, а используются жесты, то проведите пальцем снизу экрана вверх, чтобы открыть недавние приложения и выбрать подходящее.

В свежих версиях Андроид есть возможность поместить на экран устройства сразу два приложения, к примеру, мессенджер и программу для работы с текстом, прослушивания музыки или просмотра видео.

Для этого вам всё также нужно открыть меню с недавно запущенными программами и в верхней части выбрать “Разделить экран”. После чего необходимо перетащить одно из приложений вверх, а второе вниз, настроить размеры каждого из окон и выполнять два дела одновременно.

Некоторые приложения позволяют просматривать видео в небольшой плавающем окошке, работая при этом вместе с другими запущенными приложениями. Например, Skype, Фильмы от Google Play, плеер VLC и, конечно же, YouTube. Последний, правда, с небольшой оговоркой. Вам придется активировать премиум подписку, иначе функция “картинка в картинке” попросту не будет работать.

Для активации данного режима, в большинстве случаев, нужно лишь свернуть приложение во время просмотра видео. В плеере VLC предварительно необходимо активировать данный режим, зайдя в [настройки] — [режим в фоне] — и поставив галочку напротив пункта [воспроизводить видео в режиме “картинка в картинке”].

При наличии устройства с большой диагональю дисплея, вы сможете запускать много приложений в окнах, используя стороннюю утилиту под названием Floating Apps Free (multitasking).

Работать с ней очень просто, нужно лишь предоставить все необходимые разрешения и после выбрать в списке приложения, которые вы хотите запустить в окне. На данный момент в программе есть более 40 утилит, которые можно запустить в отдельных окнах и скорее всего, вы найдете именно то, что вам необходимо.

Правда или нет: много ядер смартфону не нужно

Использование в смартфонах четырёхъядерных процессоров уже считается едва ли не моветоном: все современные флагманы обязаны иметь минимум восемь ядер, а лучше все десять. Но действительно ли мобильным гаджетам нужны такие чипсеты, или всё дело в маркетинговой гонке между производителями? Мы собираемся сравнить нагрузку на процессор в различных задачах на примере смартфона Honor 8 Pro с чипсетом Kirin 960 и выяснить, действительно ли Android задействует все вычислительные мощности гаджета?

Миф: приложения и игры не используют все ядра мобильного процессора

Чтобы проверить или опровергнуть это утверждение, необходимо получить статистику об использовании каждого процессорного ядра при выполнении гаджетом тех или иных задач. Готовых решений для вывода этой информации мы не нашли, а потому самостоятельно написали пару скриптов. Сначала мы с интервалом в пять секунд считали информацию о загруженности каждого ядра из системного файла /proc/stat. Затем наши инструменты построили графики по полученным данным. Исследование проводилось на смартфоне Honor 8 Pro с восьмиядерным процессором Kirin 960. Этот чипсет состоит из двух кластеров по четыре ядра каждый, причём первый получил ядра ARM Cortex-A53 с тактовой частотой 1,8 ГГц, а второй — Cortex-A73 с частотой 2,4 ГГц.

Режим ожидания. При выключенном экране графики загруженности процессора колеблются около нуля, лишь изредка поднимаясь процентов до десяти из-за wakelock’ов (сотая секунда на графике). Примерно в середине теста смартфон был разблокирован, что повысило активность ядер. Однако в отсутствие задач гаджет не использует больше двух-трёх ядер одновременно.

Загруженность ядер в режиме ожидания

Социальные сети. Использование официального клиента социальной сети «ВКонтакте» оказалось несложной задачей. Загруженность отдельных ядер редко превышала 25%, а четыре ядра из восьми и вовсе находились в «спячке».

Загруженность ядер при использовании клиента социальной сети

Сёрфинг. Больше ресурсов потребовал рендеринг сайтов новостных ресурсов в браузере Chrome — загруженность местами превышала 50%. На графике видно, что в некоторых случаях смартфон активировал сразу восемь ядер, однако основная работа во время тестирования была возложена всего на четыре из них.

Загруженность ядер при сёрфинге

Съёмка видео. Съёмка видео на камеру смартфона в разрешении Ultra HD оказалась довольно ресурсоёмкой задачей, однако для её выполнения аппарату вновь хватило всего четырёх ядер.

Загруженность ядер при съёмке видео

Игры. Тестирование Honor 8 Pro в игре Asphalt Extreme стало показательным: если четыре ядра из восьми оставались загруженными примерно одинаково во время тестирования, то оставшиеся четыре ядра резко активизировали свою работу лишь в некоторых местах, помогая гаджету справиться со сложными сценами.

Загруженность ядер в играх

Бенчмарк AnTuTu. Самым ресурсоёмким из всех оказался, конечно же, бенчмарк AnTuTu: нам даже пришлось отключить сглаживание графика, чтобы его вершины не «уползали» за отметку в 100%. В AnTuTu смартфону пришлось задействовать все восемь ядер, причём в одном из тестов загрузка каждого из них оказалась стопроцентной.

Загруженность ядер в бенчмарке

Почти на всех графиках хорошо заметно, что большую часть времени активна половина ядер гаджета, в то время как вторая половина остаётся незагруженной. Это вполне ожидаемо и соответствует кластерной структуре чипсета Kirin 960. А вот чтобы понять, как смартфону удаётся задействовать все восемь ядер, придётся сначала вспомнить особенности архитектуры ARM big.LITTLE.

Как используются ядра в архитектуре ARM big.LITTLE

На заре появления ARM big.LITTLE об этой архитектуре было много разговоров, но сейчас её использование в чипсетах никак не выделяется. Причина этому проста: буквально каждый второй смартфон и так использует эту технологию, которая, де-факто, стала стандартом в мобильных гаджетах. Выяснить, есть ли в вашем аппарате поддержка big.LITTLE, очень просто — достаточно посмотреть на его технические характеристики. Если в чипсете устройства используются минимум два кластера различных процессорных ядер (или одинаковых, но с разной частотой), значит, он построен на этой архитектуре.

Слева направо: кластерная миграция, процессорная миграция, гетерогенный мультипроцессинг

Архитектура ARM big.LITTLE имеет три типа внутреннего распределения вычислительных ресурсов. Первый — кластерная миграция, при которой одновременно может работать только один кластер, состоящий из процессорных ядер одного типа. Второй — процессорная миграция, где ядра разных типов объединяются попарно, однако в каждой паре в определённый момент времени может работать только одно ядро. Оба этих типа в настоящее время практически не используются, и найти их можно разве что в старых смартфонах. Третий тип, гетерогенный мультипроцессинг, позволяет устройству произвольно задействовать любые ядра, в том числе использовать все доступные ядра одновременно. Именно гетерогенный мультипроцессинг используется в современных смартфонах, включая тестовый Honor 8 Pro, поскольку позволяет гибко задействовать вычислительные ресурсы в зависимости от задач.

Схема чипсета Kirin 960

Но всё-таки зачем смартфону восемь или даже десять ядер, когда обычные ПК прекрасно справляются с рабочими задачами при четырёх? В действительности основная причина использования big.LITTLE — не столько производительность, сколько энергоэффективность. Интенсивность использования каждого процессорного ядра зависит от текущих задач гаджета: если в режиме ожидания смартфону хватит пары энергоэффективных ядер, работающих на низкой частоте, то при запуске ресурсоёмких приложений будут задействованы все ядра. Это позволяет гаджетам лучше экономить драгоценные проценты заряда батареи в простых задачах и работать на полную мощность в играх.

Другие архитектуры

Но как же работают другие варианты многоядерных процессоров? Чтобы ответить на этот вопрос, мы пристально посмотрели ещё на два чипсета. Первый — Qualcomm Snapdragon 801 с четырьмя одинаковыми ядрами Krait 400. В отсутствие кластерной структуры четыре ядра, как правило, работают в унисон, но имеют различную загруженность. Отдельные ядра при этом почти никогда не «спят» — разве что в режиме ожидания в отсутствие фоновых задач.

• Загрузка однородных ядер в режиме ожидания
• Загрузка однородных ядер при съёмке видео
• Загрузка однородных ядер в играх

Второй чипсет, который мы решили протестировать — Mediatek MT6750 с восемью ядрами ARM Cortex-A53, половина из которых работает на максимальной тактовой частоте 1 ГГц, а вторая умеет разгоняться до 1,5 ГГц. В этом SoC уже используется архитектура big.LITTLE, но не гетерогенный мультипроцессинг, а кластерная миграция. Из графиков ниже видно, что в режиме ожидания используются только медленные ядра на 1 ГГц, в то время как в играх и при видеосъёмке активен кластер быстрых ядер. При этом загрузка второго кластера всегда равна нулю, а загруженность ядер активного кластера оказалась примерно одинаковой. Всё это говорит о слабой эффективности работы такой схемы архитектуры big.LITTLE.

• Загрузка ядер при кластерной миграции big.LITTLE в режиме ожидания
• Загрузка ядер при кластерной миграции big.LITTLE при съёмке видео
• Загрузка ядер при кластерной миграции big.LITTLE в играх

Заключение

В большинстве задач смартфону действительно вполне хватает четырёх ядер, но как только гаджет сталкивается с необходимостью увеличить вычислительные ресурсы (например, со сложной сценой в игре или открытием нагруженного сайта) — тут же начинает работу второй кластер. Как оказалось, Android весьма неплохо справляется с задачей распараллеливания процессов: всего одна игра может задействовать сразу восемь ядер со средней загрузкой, вместо того, чтобы загрузить только четыре ядра, но максимально. Такое поведение обеспечивает гибкое управление вычислительными ресурсами системы, бо́льшую энергоэффективность чипсета и меньший нагрев устройства. Так что миф о неоправданности большого количества ядер в смартфоне можно смело считать опровергнутым. Многоядерные процессоры — это не только один из способов увеличения производительности устройства, но и средство экономии заряда аккумулятора, причём не только при простое или использовании социальных сетей, но и в более сложных задачах вроде сёрфинга или игр.

Что такое ядро в телефоне? что такое ядра процессора

Разд е л: Новичкам Дата: 20.07.2019 Автор: Александр Мойсеенко . Комментариев: 0

Последнее обновление: 27/08/2020

Процессор используется в смартфонах, планшетах и другой электронике. Микросхема размером в несколько мм регулирует работу других компонентов, обрабатывает и перераспределяет информацию. Большинство пользователей не заботит вопрос о типе процессора и работающих внутри ядрах. Поэтому мало кто с уверенностью объяснит, что такое ядро процессора и какие функции выполняет. Из-за этого часто возникает ошибочное мнение, что ядра в процессоре смартфона сопоставимы по мощности и возможностям с ядрами, что используются в настольных процессорах на ПК.

В статье мы расскажем, что собой представляет процессорное ядро и какие функции выполняет. Информация будет полезна для общего понимания, а так же пригодится тем, кто выбирает новый телефон и желает подробнее узнать о возможностях, различиях и других особенностях мобильного процессора.

Что такое ядро в процессоре

Ядро – составная часть центрального процессора, что выполняет арифметические и логические операции. Визуально процессорное ядро выглядит в виде блока транзисторов на кристалле, а не сферы, как можно было бы представить из названия.

Конфигурация процессорного ядра определяет вычислительную производительность и мощность процессора, если в составе только один вычислительный блок. В многоядерных процессорах, где 2 и более логических блока, при вычислении мощности учитываются возможности одного блока и суммы используемых блоков.

Как работает ядро процессора

Каждое ядро внутри процессора представляет собой набор микроскопических транзисторов, расположенных на кристалле кремния. Основная работа транзисторов заключается в переключении подаваемой электрической энергии. Если энергия подается – транзистор находится в открытом состоянии. При отсутствии или нехватке подаваемой энергии – в закрытом состоянии.

В понимании человека транзистор находится в состоянии «Вкл» или «Выкл», тогда как в понимании процессора – 1 или 0 соответственно, что вписывается в двоичную систему счисления. Поэтому для обращения к процессору команды кодируются из десятичной системы счисления в двоичную систему, а при получении результата происходит декодирование в обратном порядке.

Соответственно на вычислительную мощь и быстродействие процессорного ядра влияет количество транзисторов в блоке. Не последнюю роль так же выполняет «ширина шины» для передачи данных, а так же кэш-память, для хранения часто используемых инструкций и других данных.

Различия между ядрами в процессоре компьютера и телефона

Некоторые владельцы смартфонов и планшетов ошибочно полагают, что процессор мобильного устройства сопоставим или превосходит аналоги, используемые в настольных ПК и ноутбуках. В качестве приведенных аргументов указывается сопоставимое количество ядер, близкая частота или общие возможности. К примеру, на телефоне видео в разрешении 4К воспроизводится плавно, а на сравнимом ПК или ноутбуке – с задержкой.

Если рассуждать здраво, отдельные задачи на телефоне выполняются быстрее, чем на компьютере. Это объясняется разными факторами, включая задержки в используемом оборудовании, техническое состояние и возраст. А ещё важный фактор – программная оптимизация. В целом же лучшие современные мобильные процессоры с трудом конкурируют с настольными версиями середины прошлого десятилетия. А всё потому, что это два совершенно разных процессора, в плане конструкции и назначения.

Настольные процессоры построены на архитектуре x86, а мобильные на ARM. Под архитектурой процессора стоит понимать определенный набор команд, что способен выполнять процессор. В x86 используется тип процессорной архитектуры – CISC или «компьютер с полным набором команд», а в ARM используется RISC или «компьютер с сокращённым набором команд». В CISC длина набора команд не фиксирована, что позволяет задать для процессора несколько действий сразу. В RISC длина набора команд ограничена, а действия выполняются поочередно. При этом скорость исполнения команд быстрее за счет простоты.

Архитектура х86 изначально разрабатывалась с целью получения максимальной производительности. В ARM при разработке ориентировались на минимальные затраты при производстве, низкое энергопотребление и тепловыделение. Соответственно в ARM используются только необходимые инструкции, примерно 30% в сравнении с х86. Поэтому некоторые расчеты поддерживаемые процессорами на х86, в ARM недоступны. В совокупности с разницей в масштабировании, объеме кэш памяти и частоте, самые лучшие ARM процессоры едва догоняют Intel Celeron начального уровня.

С другой стороны чипы на ARM меньше в размерах, не нуждаются в массивном охлаждении, а ещё дешевле и компактны. В одном корпусе помимо процессорных ядер умещается ещё и графический ускоритель, сигнальный процессор, модемы и модули для управления беспроводных сетей. А энергопотребление минимум в 10 раз ниже самого экономичного настольного аналога.

Типы ядер и компоновка

Смартфоны и планшеты производятся с использованием многоядерных процессоров на архитектуре ARM Cortex-A, где преимущественно используются 2, 4 или 8 логических блоков. В условиях увеличения требований к мультизадачности и возможности распределения нагрузки на несколько потоков, использование нескольких вычислительных блоков вполне логичный шаг, позволяющий заметно повысить производительность.

При этом важным критерием остается достижение оптимального баланса в энергосбережении и тепловыделении. Поскольку мобильные устройства ограничены в использовании питания встроенных батарей и не рассчитаны на установку массивных систем охлаждений. Поэтому при производстве процессора используется один или два типа ядер – экономичные или экономичные и производительные. Информация о типах ядер обычно указывается на официальном сайте производителя соответственного чипа.

К экономичному типу относятся ядра Cortex-A7 , А35, А53 и А55. Такие вычислительные блоки характеризуются низким энергопотреблением и невысокой производительностью. Наиболее рациональное использование – задачи с низкой нагрузкой: просмотр фотографий, навигация в меню, загрузка страниц в браузере и т.д.

К производительному типу относятся ядра Cortex-A9, А15, А57, А72, А73, А75 и A76. В блоках такого типа в приоритете производительность в ущерб энергопотреблению. Для сравнения один производительный блок превосходит по мощности 4 блока экономичного типа. Такие ядра чаще используются в тяжелых сценариях: игры, запись или воспроизведение 4К видео и т.д.

Для достижения оптимального сочетания производительности и сбережения энергии чаще устанавливаются 8 экономичных блоков либо 4 производительных и 4 экономичных блока. Причем в первом случае чаще используется конфигурация 4+4, где один кластер экономических ядер работает на увеличенной частоте, а второй кластер на сниженной, к примеру, 1500 и 1000 МГц, 2400 и 1600 МГц. В случае с использованием производительного кластера ядер, обычно высокая частота у мощных ядер.

При этом важно достичь оптимальной настройки и регулировки вычислительных блоков. Правильно указать, в каких задачах лучше использовать производительные блоки, а в каких экономичные. С этой задачей справляется планировщик. А компания, что лучше поработала над планировщиком, достигнет качественной производительности и энергосбережения в выпускаемой продукции.

Вывод

Теперь вы знаете, что такое ядро в телефоне и что такое ядра процессора. Статья позволяет поверхностно понять строение и процесс работы вычислительных возможностей процессора. А главное понимать, почему настольные процессоры превосходят по производительности аналоги, установленные в смартфонах и другой мобильной электронике.

Оставляйте свое мнение, вопросы и пожелания в комментариях.

Учи матчасть. Выбираем смартфон по процессору

Во времена мобильных телефонов, которые были «глупыми» и мало что, по нынешним меркам, умели, особого внимания начинке покупатель не уделял. Бо́льшую важность представляли внешний вид, объем памяти для записи телефонных номеров и SMS, позже — «навороты» в виде браузера, почтового клиента и тому подобные. Может, играла роль престижность модели.

Как это часто бывает, все изменила Apple, выпустив джинна из бутылки — оригинальный iPhone. Он дал начало новой моде на девайсы. Хотя «яблочная» корпорация не была первой в сфере «умных телефонов» (ведь задолго до этого существовали IBM Simon, Nokia 9000 Communicator, Qualcomm pdQ 800 и другие), именно она смогла популяризовать направление — своим подходом, созданием должного образа и, что самое главное, экосистемы.

В бой ринулись многие, дав толчок развитию технологий, позволяющих нарастить мощность «телефонов» нового поколения — смартфонов в том виде, в котором мы привыкли их видеть. Постепенно мобильные устройства стали походить по своей производительности и возможностям на компьютеры, поэтому ожидания и требования к ним возрастали.

Сегодня рынок устоялся, основных игроков, выпускающих мобильные процессоры, не так много, к тому же они используют решение одной компании Аrm, подстраивая его под себя. Расскажем простыми словами, что это за зверь — мобильный процессор. А позже перейдем к другим компонентам смартфонов.

Коротко, о чем пойдет речь:

• Процессор — CPU — является лишь одним из компонентов SoC. SoC, в свою очередь, — это набор, включающий в себя все необходимые узлы для обеспечения работы мобильного устройства.
• Многоядерность процессоров позволяет увеличить производительность смартфонов и снизить энергопотребление.
• Вычислительные ядра бывают разные: много — не обязательно хорошо.
• Нанометровый техпроцесс: чем меньше цифра, тем лучше.
• Троттлинг — защита от разрушения процессора и необходимость для повышения производительности.
• Плохая оптимизация программной и аппаратной частей может привести к падению производительности даже самых топовых смартфонов и негативно сказаться на времени автономной работы.
• Модное веяние: выделенный нейронный процессор, который применяется для обработки фото, идентификации юзера и предметов, создания сценариев и способен на еще более интересные вещи, о которых пользователь и не узнает.

Мобильный процессор, но правильнее — SoC

В отличие от домашнего компьютера, смартфон использует несколько иную логику: в случае с умными мобильниками процессором часто называют всю «систему на чипе» — SoC (System-on-a-Chip), или «систему на кристалле». Это набор компонентов, которые выполняют основные функции смартфона — от обработки данных, поступающих из всех источников, до подключения к беспроводным сетям и вывода картинки на экран.

То есть SoC — это собственно вычислительный процессор (CPU), «видеокарта» (GPU), модемы (3G, 5G и тому подобные), модули беспроводной связи (Wi-Fi, Bluetooth) и что угодно еще, но мы будем говорить именно о «процессоре», то есть об основном вычислительном компоненте. Отметим, что существуют и раздельные решения, когда тот или иной компонент не интегрирован, однако основной путь — «все вместе».

Какие мобильные процессоры самые-самые? Сейчас к актуальным и топовым относятся: Apple A13 Bionic для iPhone, Snapdragon 855 и 855 Plus для большинства Android-смартфонов, Helio G90, Exynos 990 для смартфонов Samsung, Kirin 990 для Huawei и Honor. Хотя те, что постарше на год-два, не особенно хуже, и средний юзер не ощутит разницы в производительности от слова «вообще».

Многоядерность, тактовая частота

Все адекватные производители смартфонов используют сегодня решения с многоядерными процессорами. Многоядерность позволяет эффективнее утилизировать ресурсы.

«Многоядерность — это плюс и минус одновременно»

Появляется возможность одновременного выполнения нескольких заданий (работа приложений в фоне). Кроме того, в одном CPU обычно компонуются как менее производительные ядра, так и более производительные с разной тактовой частотой. В восьмиядерном процессоре это могут быть «наборы» 4+4, 4+3+1 или другие в зависимости от производителя процессора и требований заказчика.

Нужно набрать SMS или посмотреть список дел? Задействованы «слабые» ядра с низкой частотой, нагрузка на батарейку минимальная. Запустили игру? Включились «сильные» ядра, аккумулятор стал активнее терять заряд. В жизни это означает, что один и тот же смартфон в руках мобильного геймера или любителя поснимать видео в 4K продержится часов пять, а у предпочитающего только звонки и SMS — двое суток.

Многоядерность — это плюс и минус одновременно. Наличие разных инструментов (ядер) позволяет сделать смартфон универсальным для разных задач. Но в то же время нужно научить их работать правильно со всеми приложениями, а это получается не всегда. Что выливается в проблемы, например, с производительностью (система не понимает, что нужно включить производительные ядра, и все «тупит») или утечкой энергии (работает все на максимуме, аж дым идет, когда не надо).

Ядра бывают разные

Производители смартфонов используют ядра (архитектуру), разработанные в компании Arm. Дизайн чипов при этом проектируют отдельно: Apple делает свое, Samsung, Huawei, Qualcomm и MediaTek — свое.

Одно и то же ядро (например, Cortex-A77 — самый актуальный вариант) может работать на разной частоте в зависимости от устройства и собственной модификации. Ядра объединяют в кластеры — те самые «наборы».

От дизайна зависит, сколько может быть ядер в одном кластере. Общее количество ядер в одном процессоре Android-смартфона обычно составляет восемь (в самых свежих iPhone — шесть).

«Количество ядер не указывает на производительность смартфона»

big.LITTLE, в свою очередь, расшифровывается просто: есть ядра более производительные (big) и менее производительные (little). Смартфон должен обеспечить плавное переключение на лету между кластерами в зависимости от задач, выполняемых мобильником. Это сложно и иногда работает со сбоями. Логика инженеров Apple и их возможности немного иные. Также есть и другие нюансы, объективно выделяющие «яблоко» из остальных (часто ли вы видели тормозящий iPhone?).

В качестве примера приведем флагманский процессор Snapdragon 855+ для Android-смартфонов. Он использует чип с одним высокопроизводительным ядром до 2,84 ГГц, двумя производительными до 2,42 ГГц, построенными на базе Cortex-A76 (они же кастомные Kryo 485 Gold и Kryo 485 Gold Prime), и четырьмя энергосберегающими до 1,8 ГГц на базе Cortex-A55 (Kryo 485 Silver). Итог — три кластера под разную интенсивность работы.

И, как мы видим, ядра, базируясь на одной архитектуре, имеют модификации, что отражается на их тактовой частоте.

Еще один момент: количество ядер не указывает прямо на производительность смартфона. Поэтому восемь слабых ядер уступят компоновке из четырех мощных и четырех малопроизводительных.

Важно также, как производитель позиционирует смартфон. Поэтому заморачиваться по поводу того, какой процессор установлен в свежем флагмане, особенно не стоит: наверняка там будет адекватное решение (актуально для зарекомендовавших себя брендов).

Какие-то нанометры

«У вас будет 7-нанометровый процессор!» Речь о размерах транзисторов, из которых «собран» CPU. Чем меньше цифра, тем в теории лучше. Когда-то в смартфоны устанавливали 64-нанометровые процессоры, сейчас мейнстримом становится 7 нанометров, однако есть также 8-нанометровые, 10-нанометровые и более «крупные» для смартфонов подешевле и постарше.

Представьте, что на одну и ту же площадь можно установить больше маленьких транзисторов, повысив тем самым общую вычислительную мощность. К тому же они нагреваются меньше, что позволяет еще больше увеличить производительность.

К примеру, 7-нанометровый чип будет производительнее 14-нанометрового при том же напряжении на четверть или таким же по производительности при вдвое сниженном напряжении (и батарея сядет позже).

Но есть нюанс, связанный с маркетингом (куда без него): производители могут использовать разные способы подсчета нанометров и производительности, так что эти цифры носят отчасти условный характер, из-за чего прямое сравнение возможностей процессоров от разных компаний не всегда возможно.

Троттлинг

Обычно троттлинг означает чрезмерный нагрев процессора, после которого тот снижает частоту и заметно теряет в производительности. Это механизм защиты, придуманный для того, чтобы сохранить целостность CPU в критической ситуации. Отчего случается «плохой троттлинг»?

«Если система отвода тепла не продумана, гигагерцы не помогут»

Например, из-за желания производителя смартфона «разогнать» ядра процессора, не обеспечив эффективного охлаждения и/или не проведя оптимизацию ПО и других «железных» компонентов. Или чтобы набрать больше баллов в тестах, рекламируя свой телефон как «самый мощный». А еще из-за желания вендоров идти по грани, удерживая максимальную производительность долгое время. По большому счету троттлинг в смартфонах неизбежен, но с ним можно управиться, и чем труднее процессору добраться до точки кипения, тем он эффективнее.

В спецификациях к мобильнику можно заявить о частоте в 2,5 ГГц на все восемь ядер, производительность будет «доказана» в синтетических тестах. В реальности же смартфон не будет справляться с играми или тяжелыми приложениями: первые пару минут все будет хорошо, затем последует сильный нагрев из-за попыток CPU выдавить из себя условные 2,5 ГГц, появятся «фризы», «тормоза», аппарат будет неприятно горячим и станет бесполезным — если система отвода тепла не продумана, а ПО работает плохо.