Процессор, он же чипсет, он же чип, он же платформа, он же система на кристалле или на что обратить внимание при выборе
Более 24 тыс. различных устройств, более тысячи различных производителей – огромная фрагментация — и это только на Android… Как в таком море вариантов выбрать то, что нужно именно вам?
На картинке выше – один прямоугольник соответствует одной модели смартфона, чем больше площадь, тем больше количество на сетях мобильных операторов в мире. Источник картинки: здесь.
Выбор смартфона стал затруднителен как никогда. Лет десять назад дизайн смартфонов имел куда большее значение, каждый новый девайс был уникален внешне – погуглите, посмотрите, например, как выглядели «мультимедийные компьютеры» Nokia N-series! (Например). Это были реальные произведения инженерного искусства. И в первую очередь, дизайн помогал определиться с выбором. Сейчас — другое дело: все смартфоны сенсорные, почти без кнопок, без движущихся частей, прямоугольные, с ходу не просто отличить.
Поражает воображение инженера сейчас другое. Небольшой параллелепипед в руке стал очевидно самым плотно укомплектованным собранием патентов. Еще в 2012 году «в области технологий изготовления смартфонов разным фирмам по всему миру принадлежит около 250 000 патентов. Трудно сказать, сколько из них может иметь отношение к одному отдельно взятому мобильному устройству, однако, в среднем, современный коммуникатор таит в себе около 110 000 патентов».
Очевидно, что используемых патентов будет становиться только больше. Области используемых патентов постоянно расширяются: это, в первую очередь, беспроводные технологии и компьютерные науки. Большая их часть – это алгоритмы, реализованные в чипсете. Современный чипсет смартфона – главный компонент, определяющий возможности устройства, его отличительные характеристики, те самые фишки, интересные дельты.
Процессор, мобильный процессор, система на кристалле (SoC), чип, чипсет, СБИС, платформа – это близкие термины, которые широко используются, не будем сейчас углубляться в отличия: кому что больше нравится, кто как привык говорить — пусть так и будет.
Главное, что хотелось бы автору подчеркнуть в этой статье, это то что, используемый чипсет – крайне важный фактор, на который имеет смысл обращать внимание при выборе вашего нового смартфона. Упоминаемые выше сотни тысяч патентов в первую очередь реализованы в нем.
Самые современные чипы – это, действительно, инженерное чудо. Задумайтесь: миллиард транзисторов в кремниевом квадратике размером, например, 14*14мм! Автор в своем детстве занимался в радиокружке и тогда примерно такого же размера был один транзистор – выглядел как маленькая пуговица с тремя ножками — такая вот миниатюризация за 30 лет. Сейчас при производстве флагманских чипсетов уже используется технология 10 нм, а это значит, что один транзистор тоньше человеческого волоса в 2500 раз.
Вычислительная система современного чипсета является гетерогенной, т.е. распределенной, неоднородной, разные типы задач распределены между несколькими специализированными процессорными подсистемами (CPU, GPU, ISP, DSP, DPU, VPU, NPU), модемом сотовой связи и интегрированной в чипсет памятью.
Каждая из составляющих чипсета заслуживает отдельного разговора. Например, от того, какой модем стоит в чипсете вашего смартфона, зависит по каким стандартам сотовой связи он может работать, какой функционал поддерживает. В качестве примера предлагаю посмотреть здесь. В этой статье чуть подробнее поговорим только о CPU, точнее только о часто обсуждаемой теме ядер, а затем перейдем собственно к рекомендациям по выбору чипсета.
Несколько слов о количестве ядер. Часто приходится слышать в салоне сотовой связи, что чем больше, тем лучше. Это конечно не так. Вот лишь несколько соображений:
— Для начала, говоря про ядра, мы должны понимать, что речь идет об одной из частей системы на кристалле – а именно, о центральном процессоре (CPU). CPU занимается общим управлением чипсета и приложениями от 3-х сторон.
— Закон Амдала никто не отменял. «Закон Амдала» (англ. Amdahl’s law, иногда также Закон Амдаля-Уэра) — иллюстрирует ограничение роста производительности вычислительной системы с увеличением количества вычислителей. Джин Амдал сформулировал закон в 1967 году, обнаружив простое по существу, но непреодолимое по содержанию ограничение на рост производительности при распараллеливании вычислений: «В случае, когда задача разделяется на несколько частей, суммарное время её выполнения на параллельной системе не может быть меньше времени выполнения самого длинного фрагмента».
— Пока в программах для смартфонов мало параллелизма. Главная специфика работы смартфона — это работа в режиме прерываний. В спящем режиме задействованы ядра с минимальным энергопотреблением.
— Больше ядер – больше энергопотребление, а это один из самых критичных параметров для смартфона.
— До недавнего времени во всех iPhone-ах было всего 2 ядра CPU, в iPad-е – 3 ядра CPU. Этого числа ядер было вполне достаточно и для премиального сегмента. Что уж говорить о среднем или бюджетном вариантах.
— Еще одна мысль – те вендоры, которые делают больше ядер, не имеют возможности разместить что-то другое т.к. физический размер чипсета имеет ограничения.
— Самые крутые на сегодня флагманские процессоры для смартфонов – октакоры, т.е. восьмиядерные CPU, — пока больше не нужно.
— В общем, просто гонка за большим числом ядер в смартфонах бессмысленна (разве что для целей маркетинга, но это уже другая история). Важен баланс, важно, как специализированные задачи распределены между подсистемами. Рано или поздно ядерное безумие уляжется.
— Другая тема – это тактовая частота центрального процессора. Сейчас максимальная частота флагманов достигает 2.45 ГГц и нужна для непродолжительных высоких нагрузок (например, при обработке 4К30 видео, при передаче данных по сети LTE со скоростями до 1 Гбит/с) или для задач бенчмаркинга (требует отдельной статьи, поэтому опустим «для ясности»).
Итак, на какие чипы стоит обратить внимание? Ниже представлена сводная таблица. Процессоры компании Qualcomm есть во всех ценовых сегментах. Это однозначный лидер. Модемные чипы компании (т.е. без AP — процессора приложений) также используются и в iPhone-ах. По остальным производителям картина не однозначна, что-то удается лучше, над чем-то еще предстоит поработать.
| Компании / сегменты SoC | Бренд | Премиальный | Высокий | Средний | Низкий | Модем |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ориентировочная цена смартфона | 30К+ руб | 20-30К руб | 10-20К руб | 3-10К руб | ||
| Qualcomm | Snapdragon | + | + | + | + | + |
| Intel | Atom | +\- | ||||
| Samsung | Exynos | + | + | + | ||
| HiSilicon | Balong | +\- | + | |||
| Mediatek | Helio | +\- | + | + | ||
| Spreadtrum | + |
Где узнать какой чипсет лег в основу гаджета, который вам понравился внешне, подходит по цене, а бренд симпатичен? На сайтах операторов сотовой связи (точно у МегаФон и МТС) тип процессора есть в качестве одного из фильтров. Еще бы, операторы понимают, что качество модема смартфона существенно влияет на пользовательский опыт абонента (обрывы, работа на границе соты, разборчивость речи, скорость мобильного интернета и т.д.) и даже на их капитальные затраты. Как правило, тип процессора, можно найти в списке технических характеристик смартфона на сайте производителя, на агрегаторе типа Яндекс.маркет, но для истинных любителей мобильных технологий можно снова рекомендовать gsmarena.com. И последнее, каждый год выходит новое поколение чипсетов, поэтому помимо производителя процессора, его уровня, обращайте внимание и на год/месяц начала производства и чипсета и смартфона. Чем новее, тем лучше, это же самая инновационная индустрия!
КАК ЭТО РАБОТАЕТ: МОБИЛЬНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ
Каждый год производители смартфонов хвалятся приростом производительности чипов в сферах графики или машинного обучения. Но каким образом достигаются эти улучшения и как при этом телефоны не теряют во времени работы?
Большинство процессоров для планшетов, телефонов и смарт-часов имеет схожую структуру, называемую «система на кристалле». Применяя данный способ «упаковки» чипов, компании могут уместить процессор, память, модем связи и модули для цифровой камеры. В отличие от, к примеру, компьютеров, где каждый компонент находится на отдельном чипе, способ «системы на кристалле» позволяет плотнее разместить компоненты, улучшить производительность и уменьшить энергопотребление. Поэтому телефоны обладают высокой производительностью при их маленьком объеме. Развитие данной сферы в мобильных устройствах показало перспективы и в сфере настольных ПК.
Но вряд ли можно ежегодно улучшать производительность просто добавляя компоненты помощнее? Все современные процессоры почти полностью состоят из транзисторов, а размер самих чипов определяется технологическим процессом, по которому они произведены. Технологический процесс влияет на размер чипа. Благодаря уменьшению техпроцесса можно добиться снижения энергопотребления. Если взять два процессора, имеющих одинаковые характеристики, кроме техпроцесса, то их производительность будет на одном уровне, но энергопотребление и нагрев будут разные. Особенно сильно этот эффект проявлялся раньше, когда уменьшение техпроцесса было относительно легче и чипы уменьшались сильнее, чем сейчас. Поэтому можно заметить, как технический прогресс намного замедлился, так как прирост производительности между устройствами становится меньше с каждым годом. Раньше производительность росла, а техпроцесс уменьшался согласно закону Мура, который был принят технологическим сообществом больше 50 лет назад. Но этот данное наблюдение становится все менее актуальным с каждым новым поколением процессоров, поэтому компании начали искать новые пути решения проблем.
Из-за интеграции в мобильных чипах блоков машинного обучения и обработки цифровой фотографии, а также специального программного обеспечения компании могут добиться лучших результатов, чем при простой обработке через процессорные вычисления. Блок машинного обучения лучше справится с такими задачами, как анализ фото или речи, чем процессор. Таким образом компании улучшают производительность чипов, несмотря на остановку развития в сфере процессорных вычислений.
Даже непосвящённые люди могут заметить, что компании стали обращать чуть меньше внимания покупателей на производительность телефонов. Производительности современных телефонов будет достаточно еще много лет, поэтому пользователи стали больше заинтересованы в качестве приложений и операционных систем, чем в количестве или частоте ядер процессора.
Устройство смартфона
Современный смартфон представляет собой сложное многофункциональное мобильное устройство, которое буквально за несколько десятилетий прошло тернистый путь от простенького, но увесистого моноблока с антенной до ультратонкого девайса с огромным экраном. Из предмета роскоши смартфон быстро трансформировался в предмет повседневного пользования, доступный даже ребенку. Обширный функционал, большое количество инструментов и приложения-помощники облегчают нашу жизнь и с помощью своего смартфона сегодня легко сделать фото, снять видео, слушать музыку, используя усовершенствованные плееры, пользоваться органайзерами, электронной почтой и выполнять массу других не менее полезных и интересных функций. И, казалось бы, спроси любого пользователя о начинке его девайса, и он с легкостью перечислит все то, что использует в телефоне (к примеру, в смартфоне бренда Хайскрин), и никто не догадается заглянуть глубже: под крышку смартфона и посмотреть — каково же устройство смартфона изнутри?
ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ СМАРТФОНА
1. Электронная плата Или материнская плата. Ее называют основой смартфона, так как именно она отвечает за выполнение его основных функций. Так же, как на стационарном компьютере или любом другом современном электронном устройстве, материнская плата выступает основной деталью всего аппарата. В мобильных устройствах плата представлена как сравнительно небольшая пластина, которая размещена по всему периметру телефона, учитывая площади, отведенные под батарею и экран. Все комплектующие смартфона, интерфейсы, модули, детали крепятся к плате. Благодаря работе электронной платы все элементы устройства работают в нормальном режиме и могут беспрепятственно функционировать между собой. Именно поэтому электронная плата является самой дорогой во всех устройствах. 2. Процессор Процессор занимает не менее значимое по важности место в работе мобильного устройства. Главная его задача лежит в обработке передаваемых данных. Можно сказать, что процессор – это «двигатель» смартфона, главная вычислительная мощность, он отвечает за быстродействие телефона, его адекватную работу, возможность одновременного выполнения нескольких опций так, чтобы при этом операция не отразилась негативным образом на быстродействии. 3. Оперативная память Ни одно устройство смартфона не обходится без оперативной памяти и модуля постоянной памяти. Это такая же важная деталь для девайса, как и материнская плата, и процессор. Без оперативной памяти смартфон просто не будет работать, так как до того момента, как информация попадает на обработку, она должна быть перемещена из постоянной памяти в оперативную. Не следует преуменьшать и важность постоянной (или временной) памяти – если в устройстве ее нет, то аппарат попросту не сможет обрабатывать данные, передавать их на дисплей и т.д. Все программные компоненты сосредоточены на внутренней памяти, которая может иметь расширение в виде специального слота для карты памяти, объем ее зачастую в несколько раз превышает размер встроенной памяти. 4. Комплектующие или детали корпуса К ним относится, как правило, клавиатурный блок и, в зависимости от рассматриваемой модели смартфона, моноблок (в устаревших вариантах: слайдер, флип и т.д.) 5. Дисплей Его задача заключается в передаче визуальной информации и ориентирования в программном обеспечении. Современные смартфоны сегодня оснащаются очень качественными дисплеями при максимально возможных минимальных размерах, по параметрам разрешения не уступающим большим двадцатидюймовым мониторам привычных ПК. Существует дисплеи, которые: подключаются к материнской плате и дисплеи или припаиваются непосредственно к корпусу. К слову сказать, дисплей является одной из самых дорогих по цене составляющих любого смартфона. 6. Аккумулятор Источник питания смартфона, позволяющий длительный период времени мобильному устройству работать в автономном режиме без подключения к электросети. Сегодня телефоны оснащаются литий-ионными или литий- полимерными батареями. Также, встречаются съемные аккумуляторы и встроенные. 7. Камера Как правило, размещается в верхней части смартфона. Вверху камеры располагается блок линз, который мы и называем камерой. Главная деталь фотокамеры — матрица, которая крепится к нижней части устройства камеры и закрыта специальной защитной крышкой.
ВТОРОСТЕПЕННЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ СМАРТФОНА
1. Динамики, микрофоны и разъем для наушников. Несмотря на то, что данные модули причисляют к второстепенным по важности составляющим, их работа – качественный звук и его воспроизведение играют важную роль в работе телефона. Устройство смартфона современного образца может включать порядка 3-х микрофонов: для разговоров, для записывания звуков на диктофон и для шумопонижения в момент телефонного разговора. 2. Шлейф. С его помощью соединяют подвижные части в мобильных устройствах. В защищенных смартфонах данной детали уделяется особое внимание. 3. Вибромотор. Отвечает за такую привычную всем вибрацию в смартфоне. 4. Антенна. Модуль, отвечающий за передачу сигнала радиостанций. Представлен в виде штырька или пластины внутри корпуса телефона. В заключение необходимо подчеркнуть, что многофункциональность смартфона, возможность использования его инструментов и приложений – это всего лишь верхушка айсберга в устройстве смартфона. Современное мобильное устройство представляет собой достаточно непростой, с точки зрения электроники и электротехники, аппарат, который, несмотря на очень компактные размеры, объединяет в себе мощный функционал и неплохой потенциал для развития.
Процессоры для смартфонов — главные характеристики и производители
Каждый, кто выбирал себе смартфон, задумывался над тем, что ему нужно получить от своего будущего гаджета.
Одни делали выбор в пользу бюджетных вариантов, другие выбирали флагманы, не обращая внимания на технические характеристики. Но большинство людей точно знают, какой смартфон и для каких целей им нужен. Основной элемент «начинки» телефона, на который смотрят в первую очередь — это процессор. От него зависит и время, скорость и плавность работы устройства, а также производительность в ресурсоемких играх и приложениях. У каждого процессора есть основные параметры.
Частота процессора
Основной показатель мощности измеряется в ГГц. В ультрабюджетных смартфонах используются чипсеты с тактовой частотой 1 ГГц и меньше, а производительные флагманы снабжают процессорами с частотой от 2 ГГц. Например, топовый на начало 2018 года Snapdragon 845 работает на частоте до 2,8 ГГц.
Важно понимать, что производительность устройства зависит не только от тактовой частоты. Модель самого телефона, его компоненты и версия операционной системы могут как улучшить, так и ухудшить показатели мощности. Чтобы наверняка определить производительность, можно воспользоваться любым бенчмарком. Это специальные программы, предназначенные для определения мощности аппарата и сравнения его показателей с другими гаджетами. Наиболее известными бенчмарками являются AnTuTu и Geekbench.
Ядра процессора
Количество ядер также определяет производительность смартфона, но и здесь есть свои нюансы. Опустим бюджетные версии гаджетов, имеющие процессор с одним или двумя ядрами. Приобретая гаджет с четырьмя и более ядрами, неопытные пользователи часто надеются получить очень мощное устройство, которое будет тянуть сразу несколько игр в многооконном режиме при открытом YouTube и браузере.
К сожалению, эти ожидания часто рушатся. Не каждый смартфона использует сразу все ядра процессора, а их тактовая частота может быть низкой. «Тяжелые» игры очень требовательны, и при одновременном запуске нескольких таких приложений гаджет начнет заметно тормозить и греться. Не нужно акцентировать внимание на количестве ядер, потому что далеко не все приложения рассчитаны на использование более двух-трех ядер. Также нужно понимать, что некоторые 4-ядерные чипсеты мощнее и производительнее 8-ядерных — все зависит от совокупности характеристик процессора.
Техпроцесс
Техпроцесс — показатель, влияющий на производительность чипсета и измеряющийся в нанометрах (нм). Процессор состоит из тысячи контактов и транзисторов. Чем меньше расстояние между этими компонентами, тем выше продуктивность и мощность чипсета. Процессоры с низким техпроцессом в большинстве случаев и тестов более автономные, быстрые и компактные. Подробнее об этой характеристике читайте здесь.
Производители процессоров для смартфонов
Как и в других областях рынка, среди производителей процессоров выделяются явные фавориты. Неправильно было бы их разделить по какому-то критерию кроме продаж, ведь каждый производитель создает чипсеты для определенных нужд и сегментов пользователей.
Qualcomm
Qualcomm — идейный лидер рынка мобильных процессоров. Компания была в 1985 году и сейчас известна топовой линейкой Snapdragon. Эти чипсеты устанавливаются во флагманские девайсы Samsung, LG, OnePlus, Xiaomi, Sony и других производителей. На данный момент самым мощным процессором является Snapdragon 845 — он состоит из 4 ядер по 2,8 ГГц и 4 ядер по 1,8 ГГц.
MediaTek
MediaTek — китайская компания, работающая с 1997 года. Она завоевала популярность своей массовостью, так как основное направление в производстве процессоров направлено на бюджетные версии. Топовый на данный момент чип Helio P70 набирает почти 157 000 очков в приложении AnTuTu. Отличный результат синтетического теста.
HiSilicon Kirin
Huawei во многом отличается от большинства производителей смартфонов из Поднебесной. Она создала специальное подразделение HiSilicon Technologies, специалисты которого занимаются производством процессоров для гаджетов компании. Стоит отметить, что около 70% сотрудников — доктора и магистры технических наук. Благодаря большому количеству молодых специалистов Huawei удается регулярно удивлять мощностью и производительностью гаджетов, а собственная разработка чипов позволяет снизить цену на смартфоны и сделать ее максимально привлекательной для покупателя.
Exynos
Производством Exynos занимается компания Samsung Electronics. Она производит чипы не только для своих телефонов, и для других производителей мобильных гаджетов. Первый процессор был создан еще в 2003 году, а уже в 2018 производитель оборудовал флагманы Samsung Galaxy S9 и S9+ на фирменным Exynos 9810, построенным на 10-нм архитектуре и вмещающим в себя 8 ядер с максимальной тактовой частотой до 2,9 ГГц. Компания активно развивается в данной отрасли и уже начала поставку процессоров Meizu.
NVIDIA Tegra
NVIDIA известна благодаря геймерским видеокартам для ПК. С этим у компании все хорошо, но в сфере мобильных устройств есть проблемы. NVIDIA создает чипы Tegra, наиболее известным является Tegra X1. Он имеет 8 ядер (4 — Cortex-A57, 4 — Cortex A53), поддержку 4К/60 Гц и 2К/120 Гц, а также достаточно высокий ценник. Tegra X1 создан исключительно для игр, и в этом компоненте ему сложно составить конкуренцию. Но нужен ли такой процессор людям, которым играть вообще не нужно?
Intel
Нельзя не упомянуть одну компанию, которая немного отстает от конкурентов — Intel. Как и в случае с NVIDIA , на рынке компьютерных технологий у Intel все прекрасно, а с мобильными устройствами дела обстоят значительно хуже. Процессоры имеют массу проблем: высокую цену, посредственную поддержку, низкую производительность. Топовый для производителя чип Z3580 оснащен 4 ядрами с тактовой частотой 2,33 ГГц, что позволяет ему на равных бороться только с устаревшими конкурентами от других ведущих производителей.
Итоги
При выборе смартфона нужно учесть тактовую частоту, количество ядер, техпроцесс и производителя чипсета. Сейчас лидирующие позиции на рынке смартфонов бесспорно занимает компания Qualcomm с линейкой процессоров Sapdragon. Не забывайте, что процесс — хоть и важная, но не главная составляющая гаджета.
Рекомендуем почитать:
- Как настроить и использовать прокси на смартфоне?
- Обзор Huawei MateBook 16s (2023): рабочий ноутбук с топовыми характеристиками
- Как узнать все характеристика телефона?
- Кодеки LDAC, AAC и SBC — чем отличаются и какой лучше?
- Видеокарты и видеоускорители в смартфонах — что это и как работает?