За что отвечает процессор в телефоне?

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.

Зачем смартфону мощный процессор?

Содержание

Содержание

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.

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.

За что отвечает процессор в 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.

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?

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?

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. Источник

Pixel-Story.ru

Краткий экскурс об устройстве процессоров современных смартфонов

Краткий экскурс об устройстве процессоров современных смартфонов

Процессор или же чипсет, иначе говоря система на чипе (SoC), неотъемлемая часть любого устройства, будь то робот пылесос или умные колонки. В этой статье мы более подробно разберем, что такое система на чипе, но при этом постараемся рассказать так, чтобы было понятно любому рядовому пользователю.

На рынке мобильных устройств существует десятки различных процессоров. И это не привычные процессоры, которые устанавливаются в ПК. SoC или же система на чипе содержит в себе память, различные блоки обработки, модемы и многое другое и все это распаяно на одной небольшой плате.

Система на чипе — сердце вашего смартфона

Подобная схема объединения важных компонентов на одной печатной плате значительно помогает в удешевление производства смартфона, а также способствует наилучшему энергопотреблению. К процессору (SoC) впоследствии подключаются остальные компоненты смартфона.

Приведу небольшой список модулей, которые установлены в системе на кристалле.

• Центральный процессор (ЦП) — «сердце» SoC. Выполняет основные инструкции и алгоритмы операционной системы и приложений
• Графический процессор (GPU) — выполняет задачи, связанные с графикой, отрисовка графической оболочки операционной системы, пользовательский интерфейс в приложениях, а также обрабатывают 2D и 3D графику.
• Блок обработки изображений (ISP) — преобразует данные полученные с камеры смартфона в фотографии и видео.
• Цифровой сигнальный процессор (DSP) — выполняет более сложные математические функции, чем центральный процессор. Производит распаковку музыкальных файлов и анализ данных датчика гироскопа.
• Блок нейронной обработки (NPU) — широко применяемый модуль, используемый в смартфонах среднего и высшего сегмента. Служит для аппаратного ускорения работы алгоритмов нейронных сетей, компьютерного зрения, распознавания по голосу, машинного обучения и других методов искусственного интеллекта.
• Видеокодер / декодер — обеспечивает энергоэффективное преобразование видеофайлов и форматов.
• Модемы — преобразует беспроводные сигналы в данные, понятные вашему телефону. Компоненты включают модемы сотовой связи, WiFi и Bluetooth.

Также важно знать, что система на чипе, как и любой другой чип производится по определенному техпроцессу. Техпроцесс — это технологический процесс изготовления полупроводниковых материалов. Совершенствование технологии позволяет улучшить характеристики полупроводников (размеры, энергопотребление, рабочие частоты, стоимость) .

На сегодняшний день, мобильные процессоры построенные на архитектуре ARM, выполнены по 7-нм техпроцессу, но уже сейчас ведется освоение производства полупроводников по 5-нм техпроцессу.

Кто производит мобильные процессоры

На сегодняшний день главным производителем мобильных процессоров является Qualcomm. Следом идет Mediatek и Samsung, а также Huawei, которые в скором времени из-за санкций США прекратят разработку и производство фирменных процессоров Kirin.

Итак, Qualcomm выпускает мобильные процессоры для флагманов, среднячков и бюджетных смартфонов. Флагманские процессоры представляют линейку Snapdragon 8xx. Процессоры среднего сегмента входят в 600-ю и 700-ю серию. Некоторые из этих чипов могут иметь постфикс с 5G или с буквой “G”, первое обозначение означает поддержку сетей пятого поколения, буква “G” в название чипа означает что он заточен под игры. Процессоры начального уровня относятся к 400-й серии.

Samsung также производит чипсеты для различных сегментов. Флагманская серия относится к 900-й серии, последний процессор Exynos 990, он установлен в Galaxy S20/ Note 20. В бюджетных смартфонах устанавливают процессоры с номером Exynos 7904 и Exynos 9610

Помимо вышеперечисленных процессоров существуют чипы от всем известной компании Mediatek. Их решения чаще всего можно встретить в бюджетных и среднебюджетных смартфонах, например в OPPO Reno 3. Mediatek производит платформы с именем Helio, существует основная линейка “P”, линейка нацеленная на игры под индексом “G”, а совсем недавно были представлены процессоры под именем Dimensity с поддержкой 5G .

Процессор — за что он отвечает и для чего нужен

Центральный процессор или же система на чипе в простонародье называют просто процессором. Он разработан и спроектирован так, чтобы выполнять гибкий круг задач. Процессор в первую очередь отвечает за работу системы Android и приложений внутри ОС.

Кроме того, он отвечает за синхронную работу других чипов на печатной плате. ЦП на борту для обработки данных имеет блоки прогнозирования, регистров и исполнительных блоков. Грубо говоря они отвечают за просчет сложных математических алгоритмов. Регистры содержат биты данных или указатели на память, часто в 64-битных форматах данных.

Мобильные процессоры сейчас по большей части построены на архитектуре ARM, эта платформа сейчас занимает огромный рынок и семимильными шагами вытесняет архитектуру x86. Всеми известная компания Apple уже вовсю начинает переход на своих знаменитых компьютерах Mac и ультрабуков MacBook на собственные процессоры Apple Silicone, которые в свою очередь основаны на ARM архитектуре.

Процессоры на архитектуре ARM на данный момент выпускаются либо с восемью ядрами, из которых чаще всего два производительных и шесть энергоэффективных ядер, предназначенных для повседневных задач. Например в Snapdragon 865 используется схема 1+3+4, из которых первое ядро Cortex-A77 на частоте 2.84 ГГц, три ядра Cortex-A77 на частоте 2.42 ГГц и четыре ядра Cortex-A55 на частоте 1.8 ГГц. В обновленной версии Snapdragon 865+ инженерам удалось достигнуть 3,4 ГГц на старшем ядре.

Графика и все что с ней связано

За графику и отрисовки графического интерфейса в свою очередь отвечает графический ускоритель (графический процессор). В смартфонах по понятным причинам он не такой же, как в привычных ПК.

Графический адаптер служит для тех задач, под которые центральный процессор либо не предназначен, либо для для тех, где ГП справится в разы быстрее. Например, в параллельных задачах, в то время как ЦП подходит для последовательных, ГП способен обработать огромное количество информации выводимое на экран смартфона.

На данный момент существует два основных графических процессора — это Mali от ARM и Adreno от Qualcomm. Также существует ГП PowerVR от Imagination Technologies , который до недавнего времени устанавливался в смартфоны и планшеты от Apple.

Чем лучше процессор тем лучше фотографии

Ни для кого не секрет, что качество фотографии зависит не только от сенсора, линз и софта, но и от мощности процессора и блока обработки изображения. Вспомним Google Pixel 4, этот смартфон получил всего одну камеру, но при этом за счет флагманского процессора и фирменного гугловского процессора обработки фото, качество фотографий до сих пор на голову выше чем у многих смартфонов.

В последних смартфонах Huawei (Mate 30 Pro, P40 Pro) работающие на процессорах Kirin 990 являются лучшими фотофлагманами за счет доработанного блока ISP, который позволил улучшить шумоподавление в фото и видео. Это стало возможным благодаря технологии 3D-фильтрацией (BM3D) , обычно она используется в цифровых фотоаппаратах, исходя из этого становится понятно почему флагманы Huawei лучше по части фото чем все конкуренты.

Для чего нужны блоки нейронной обработки

Блоки нейронной обработки уже вовсю внедряют в системы на чипах. Нейронные процессоры служат для обработки математических алгоритмов, расчетов и служат для работы нейронный сетей. NPU разработаны так, чтобы выполнять задачи связанные нейронными сетями намного быстрее чем классический ЦП. Они используют собственную память, не обращаясь в оперативную, для того чтобы ускорить выполнение работы.

Во-первых, нейронные сети в смартфонах используются для обучения операционной системы, ОС учится запоминая поведение (использование смартфона) пользователя. Смартфон учится, запоминая ваше поведение, какие приложения вы используете, как часто вы запускаете ту или иную программу. Во-вторых, машинное обучение используется для достижения лучшего качества фотографии. Это еще одна причина по которой флагманы Huawei стали так круто фотографировать, все благодаря прокаченному NPU в Kirin 990.

Заключение

Системы на чипе по большому счету становятся сегодня все сложнее. С каждым годом появляются отдельные чипы для обработки конкретного алгоритма, будь то нейросеть или обработка снимка. Балом по-прежнему будет править архитектура ARM, а глобально будет меняться только техпроцесс.

На что способен процессор в смартфоне? Возможности, о которых мы даже не задумываемся

Что такое процессор в смартфоне? «Ну, это чип, отвечающий за производительность выполнения операций» — приходит на ум самый простой и очевидный ответ. Он правильный, но процентов на десять. Рассказываем, почему.

Высокая конкуренция в мобильном сегменте привела к поразительным темпам развития процессоров, и от поколения к поколению они не только увеличивают производительность и снижают потребность в энергии, но также поразительно быстро расширяют функциональность наших устройств. Графика лучших мобильных игр, просмотр 4K HDR видео на смартфоне, качество съемки фото и записи видео, бескомпромиссная защита данных, функции, связанные с машинным обучением и искусственным интеллектом, стоящие уже на пороге скорости передачи данных в сетях 5G — все это о процессорах.

Ядра: производительные, экономичные, графические, интеллектуальные

Мы привыкли к слову «процессор», подразумевая системы на кристалле, такие как Exynos 990 в флагманских смартфонах Samsung. На самом деле мобильные процессоры устроены куда сложнее и не ограничиваются ядрами центрального процессора для вычислений. Архитектура мобильных чипов предусматривает наличие эффективных ядер с высокой частотой и значительным энергопотреблением для ресурсоемких операций, а также более медленных и экономичных ядер для нетребовательных задач и фоновых процессов. С ними соседствуют графические ядра GPU, которые дают возможность запускать на смартфонах такие зрелищные игры как Call of Duty Mobile или Vainglory и даже играть в компьютерные хиты прошлых лет типа GTA или Max Payne. Но связка вычислительных и графических ядер — это еще не все.

В чипе есть сигнальный процессор DSP для обработки изображения с камеры. При нажатии кнопки спуска затвора за доли секунды в нем происходят десятки тысяч операций — а в итоге мы получаем снимок настолько высокого качества, что это идет вразрез законам оптики. С недавних пор добавились ядра NPU для работы систем машинного обучения и искусственного интеллекта. Даже если не вникать в их практическое применение, это уже звучит как небольшое технологическое чудо. Наконец, частью мобильного процессора в нашем нынешнем его понимании являются изолированные сверхзащищенные модули для самых чувствительных данных. Те самые, которые хранят биометрию, связки логинов и паролей, обеспечивают сохранность платежной информации и даже могут превратить смартфон в неприступный бастион, полностью зашифровав его память, и сделают это без потери производительности.

Зачем искусственный интеллект появился в смартфонах, как он используется и почему это важно

C недавних пор с ядрами центрального процессора и графической подсистемы в мобильных чипах начали соседствовать нейронные со-процессоры, используемые для аппаратного ускорения алгоритмов искусственных нейронных сетей, компьютерного зрения, распознавания голоса, машинного обучения и других методов искусственного интеллекта. Лучше всего AI технологии сейчас представлены в мобильной фотографии.

Сочетание двух ядер NPU с цифровым сигнальным процессором дает возможность совершать до пятнадцати миллиардов операций в секунду, как следствие, процесс работы алгоритмов незаметен для пользователя, но результат видно очень хорошо. А вообще, эти технологии и их работе на аппаратном уровне находятся в самом начале своего пути развития, так что хоть и нельзя преуменьшать важность мобильной фотографии, но в будущем мы наверняка увидим еще больше захватывающих сценариев использования NPU.

Нам давно хватает мощности процессоров, зачем им постоянно превосходить себя

Далеко в прошлом остались КПК, коммуникаторы и смартфоны, в обзорах которых непременно фигурировал абзац текста с ответом на вопрос, будет ли устройство подтормаживать при выполнении базовых задач типа анимаций интерфейса и запуска приложений. Вопрос производительности мобильных процессоров не встает уже больше десяти лет, но это вовсе не означает, что пришло время остановиться в развитии. Во-первых, гонка за повышение мощности чипов идет одновременно с работой над снижением их энергопотребления. И два эти показателя тесно между собой связаны. Кроме того, смартфоны сейчас стали настолько дружелюбными к пользователям, что не всегда мы осознаем потребность в производительности у процессов, происходящих в фоне и без прямого участия со стороны человека.

Кому-то покажется: ой, да зачем этот ежегодный прирост мощности, когда мне всего-то и нужно полистать ленты соцсетей, снять видео и скинуть его друзьям в мессенджере, ну и в дороге убить время за играми. Но именно для этих «простых» задач и привычной нам скорости их выполнения нужна та самая гонка производительности и способность NPU выполнять до 15 000 000 000 операций в секунду. Довольно иронично, что прирост мощности процессоров в итоге приводит к тому, что мы перестаём думать о том, какая мощность нужна смартфону, чтобы записывать и моментально сохранять видео в высоком качестве (а в актуальных флагманах Galaxy это формат до 8K UHD при 30 кадрах в секунду) с одновременным перекодированием для уменьшения размера файла и улучшением качества картинки посредством алгоритмов. А потом, например, в VSCO, одним нажатием «перекрасить» получившийся ролик с помощью пленочных фильтров или как-то иначе его отредактировать, причем все действия и их последствия происходят в реальном времени, без продолжительного рендеринга и ожидания результата.

Но существуют и более требовательные задачи, что лучше всего видно на примере ориентированной на продуктивность линейке Galaxy Note. Использование стилуса и рукописный ввод, многозадачность с одновременной работой даже требовательных программ, режим Dex с десктопным пользовательским опытом и работой с приложениями на большом экране.

Еще выше качество графики, еще меньше задержек

В графических ядрах тоже идет постоянный поиск баланса между производительностью и энергоэффективностью. Exynos 990 оснащен графическим процессором ARM Mali G77 MP11 и благодаря новой архитектуре Valhall он стал до 20% быстрее, но в то же время экономичней. А в сочетании с приростом мощности CPU и поддержке быстрой оперативной памяти LPDDR5 качество графики очень заметно улучшается, повышается плавность картинки даже в самые динамичные моменты геймплея, сокращается время ожидания при загрузках.

Кроме того, на уровне процессора реализована поддержка экранов с высокой частотой обновления — до 120 Гц. На практике это обеспечивает значительно более плавную отрисовку всех движений на экране, а главное, поддерживается некоторыми разработчиками в играх. Например, частота обновления 120 Гц доступна в Dead Trigger 2, BADLAND, Temple Run 2, C.A.T.S., Subway Surf, UNKILLED, Rayman Adventures и других играх, где можно увидеть все возможности связки топового дисплея и флагманского процессора.

Вычислительная фотография — новая реальность

Опираясь только лишь на законы оптики, качество мобильной фотографии и возможности съемки видео в какой-то момент должны были упереться в физические размеры устройств. И при этом остаться на неудовлетворительном уровне. В смартфонах небольшие объективы, сквозь которые проходит мало света, и крошечные матрицы, на которые этот свет попадает. А мы, тем временем, как само собой разумеющееся ждем от флагманского смартфона возможность делать качественные фото с зумом, записывать видео с рук и не думать о тряске, фотографировать ночью при минимальном количестве источников света. При этом результат не просто нам нравится, зачастую он превосходит компактные камеры, лучше оснащенные с точки зрения оптики, но лишенные возможностей обработки изображения, которые дает мобильный процессор.

Связка нейропроцессора (NPU) и процессора обработки изображений (ISP) в Exynos 990 проводит колоссальное количество операций, часть из которых происходит еще до нажатия кнопки съемки, а часть — в момент и сразу после. Это дает возможность автоматически подбирать параметры съемки, адаптированные к конкретному объекту. Например, определяя лицо в кадре, искусственный интеллект автоматически корректирует сцену в соответствии с условиями освещения и тоном кожи человека. Процессор обработки изображений также предлагает алгоритмы для уменьшения шума, улучшения текстур и устранения артефактов по краям изображения. Кроме того, алгоритмы собирают информацию из соседних пикселей в один для улучшения качества, склеивают несколько изображений с разной экспозицией, чтобы получить больше информации о цвете в самых темных и светлых частях картинки, нивелируют дрожание рук при съемке, повышают контурную резкость, делают цвета более яркими. Все эти операции и те удивительные результаты, которые мы получаем на смартфоне, получили название «вычислительная фотография» и они не были бы возможны без постоянного развития процессоров.

Процессор как цифровой бастион

С тем количеством информации, которую хранят наши смартфоны, непозволительно игнорировать вопрос безопасности. А когда речь идет о самых чувствительных данных, в дело вступают не только программные, но также и аппаратные инструменты защиты на уровне архитектуры процессора. Они позволяют надежно защитить определённую часть данных, всю память устройства, предотвратить возможность программного взлома и аппаратного при физическом доступе злоумышленника к смартфону.

Например, в Exynos 990 используется механизм шифрования DRAM с улучшенной защитой и повышенной скоростью доступа к данным. Реализована защита от клонирования памяти, генерирующая ключ на основе уникальных параметров каждого чипа. Есть отдельное хранилище iSE, функционирующее отдельно от среды операционной системы. Последнее, например, используется для биометрии и платежной информации — того, к чему ни при каких условиях не должно быть доступа у злоумышленника.

Мобильные чипы завтрашнего дня

Чего ждать от новых поколений Exynos и развития рынка мобильных процессоров в целом? Из самого очевидного, это будет продолжение роста производительности и повышение энергоэффективности. Как следствие, мы увидим дальнейшее улучшение качества съемки, новые возможности мобильных приложений, лучшую графику в играх. Едва ли снизится внимание к вопросам безопасности и защиты данных.

Но больше всего усилий наверняка будет связано с ростом производительности, а может, даже количества ядер NPU для развития машинного обучения и искусственного интеллекта, а также все связанное с сетями 5G. А уж какое этому будет практическое применение — узнаем в ближайшем будущем. Наверняка, мобильные процессоры еще не раз смогут нас удивить

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.