Процессор в смартфоне что это такое
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
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.
Мобильные процессоры. Вводная часть
Версия архитектуры
Следующей характеристикой (идём от большего к меньшему) мобильного процессора является ядро. Именно используемое в том или ином чипе ядро и определяет производительность, энергопотребление и тактовую частоту процессора. Компания ARM разрабатывает ядра серии Cortex, но сторонним производителям процессоров ничего не мешает использовать собственные. Так, например, поступают компании Qualcomm (ядра Krait) и Apple (ядра Swift).
Раз уж мы заговорили о ядрах, здесь же стоит упомянуть и о количестве ядер в процессоре. В одном процессоре, которые можно найти в современных коммуникаторах, могут быть объединены 2 или 4 одинаковых ядра. Это делается для увеличения скорости работы девайса за счёт распараллеливания выполняемых процессов. То есть, задачи, требующие высокой производительности, можно выполнять не в одном процессе, а в нескольких. Такая возможность должна быть предусмотрена разработчиком и используется в некоторых приложениях, как, например, трёхмерные игры или программы для обработки видео. Если же программа сама по себе не поддерживает многопоточность и не требует больших ресурсов, то неиспользуемые ядра просто-напросто отключаются для экономии заряда батареи. Иногда с этой же целью используется пятое ядро-компаньон для самых неприхотливых задач, вроде работы устройства в спящем режиме или при проверке почты.
Тактовая частота
Конечно, на этом полный список характеристик любого процессора не заканчивается, но оставшиеся слишком специфичны для того, чтобы их было необходимо знать каждому пользователю.
Графические ускорители
Компания ARM разрабатывает GPU серии Mali, но сторонним производителям чипов ничто не мешает использовать собственные графические ускорители. Так поступает, прежде всего, компания Nvidia, которая делает ставку именно на GPU при позиционировании чипов Tegra. В качестве другого примера можно привести крупнейшего производителя SoC, компанию Qualcomm, в процессорах которой используются графические ускорители серии Adreno.
Особенности процессоров в разных ОС
В настоящее время всё описанное выше многообразие процессоров можно найти, прежде всего, в коммуникаторах под управлением Android OS. Эта операционная система является открытой, то есть, любой производитель может использовать её в любых устройствах. Поэтому и применяться в Android-устройствах могут как сверхбюджетные одноядерные процессоры малоизвестных компаний с рабочей частотой ниже 1 ГГц, так и ультрамощные четырёхъядерные чипы (причём, ARM утверждает, что это ещё не предел) с частотой выше 2 ГГц (такими будут процессоры Qualcomm Snapdragon 800). Похоже, что подобная ситуация будет складываться в дальнейшем и с новыми ОС вроде Canonical Ubuntu или Mozilla Firefox OS, чей исходный код также доступен всем желающим.
Особняком стоят операционные системы Apple iOS и Blackberry OS. Компании Apple и Blackberry разрабатывают эти ОС только для собственных устройств и планомерно увеличивают их производительность в соответствии с реальными потребностями. В результате, современные трёхмерные игры идут с максимальным качеством графики на процессорах, которые в случае с Android OS считались бы решением для среднего сегмента. Пользователи указанных операционок, в свою очередь, не задумываются о мощности используемых чипов, зная, что покупая последнее устройство в линейке не будут испытывать проблем с производительностью.
Производители процессоров
Тем не менее, сбрасывать со счетов другие компании было бы глупо. Основным конкурентом Qualcomm является Nvidia, разрабатывающая процессоры из линейки Tegra, направленные на игровую производительность. Такие чипы действительно имеют определённое преимущество перед другими в современных трёхмерных играх, но, вместе с тем, обладают и некоторыми недостатками и, фактически, являются менее универсальными.
Не слишком популярна на западе, лидирующие позиции в Китае занимает компания MediaTek, чьи процессоры используются как в бюджетных, так и топовых китайских смартфонах. По производительности они обычно уступают чипам компаний, ориентированных именно на западный рынок, но, вместе с тем, стоят гораздо дешевле. В отдельную группу можно вынести такие компании как Samsung (Exynos), Huawei (HiSilicon) и Apple, которые разрабатывают процессоры для собственных устройств (хотя Samsung, к примеру, продаёт чипы и некоторым сторонним производителям). Причём, если говорить об Android-устройствах, то в синтетических тестах процессоры Samsung иногда оказываются быстрее чипов Qualcomm. Конкуренция в этой сфере очень высока, и некоторые производители, не выдержав её, уходят с рынка. Так, например, поступила компания Texas Instruments, выпускавшая чипы OMAP. Одним из последних известных гаджетов, использующих такой процессор, можно считать Google Glass.
Конечно, производством ARM процессоров занимаются и другие компании, например STMicroelectronics, но среди процессоров в коммуникаторах и планшетах обычно можно встретить продукцию именно указанных поставщиков.
Заключение
Несмотря на то, что ARM является многопрофильной архитектурой, свою популярность она обрела именно в мобильных устройствах, где требуется низкое энергопотребление, в том числе в коммуникаторах и планшетах. Но если компания ARM Limited, занимающаяся разработками в этой области, фактически, является монополистом, то между производителями, создающими процессоры по лицензиям ARM, ведётся непрерывная борьба. Впрочем, это не мешает некоторым компаниям её успешно игнорировать и просто выпускать качественные чипы для своих устройств. Если вы решили при выборе гаджета смотреть на используемый процессор, то помните, это имеет смысл делать не со всеми операционными системами. К тому же, кроме чипов, имеется множество других характеристик, отличительных для каждого сегмента устройств, но при выборе флагманского коммуникатора действительно можно обратить внимание именно на используемый процессор. В этом материале мы обсудили основные характеристики мобильных чипов и лишь поверхностно коснулись предложений различных компаний. Тем не менее, такие гиганты как ARM и Qualcomm заслуживают более подробного рассказа, и мы обязательно уделим им внимание в ближайшее время.
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:
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.
Как выбрать смартфон с хорошим процессором? Учимся читать характеристики
Компания Samsung выпускает свои смартфоны как на фирменных чипах Exynos, так и на Snapdragon для американского рынка. Последние больше пользуются спросом из-за большей стабильности, хотя в синтетических тестах показатели обоих чипсетов практически не различаются. В чем дело? Есть такое волшебное слово, как оптимизация. Именно оптимизированное программное обеспечение может дать лучший пользовательский опыт, нежели увеличенная тактовая частота или больший объем оперативной памяти.
Как тогда выбрать смартфон, чтобы у него был хороший чипсет? На что стоит обращать внимание, важны ли показатели синтетических бенчмарков и что вообще значат цифры в AnTuTu и GeekBench?
SoC в смартфонах — основные категории и чем они отличаются
Мобильные аппараты можно грубо поделить на три категории: флагманы, средний сегмент и устройства начального уровня. В зависимости от того, в какой ценовой категории находится мобильник, пользователь получает чипсет с топовой, средней или базовой мощностью. Флагманские решения — это ультимативные разработки с использованием передовых технологий для идеальной работы во всех задачах.
Топовых SoC существует всего несколько, точнее три — они обновляются каждый год. В 2020 году актуальными чипами флагманского уровня являются Snapdragon 865 и 865+, Kirin 990 и Exynos 990. Есть еще свежий Mediatek Dimensity 1000+, но его уровень производительности сравним с флагманами Snapdragon, Kirin и Exynos 2019 года. То есть Mediatek отстает от конкурентов на одно поколение (на 1 год). Apple A Bionic и вовсе не берем в расчет, поскольку это совсем другая вселенная. При этом чипы Apple мощнее любого решения, производимого для Android-гаджетов.
Среднебюджетные SoC позволяют как поиграть в тяжелые игрушки на оптимальных настройках графики, так и предоставить комфорт пользователю в повседневных задачах. Чипы начального уровня дают возможность смартфону комфортно «переваривать» базовые утилиты и даже поиграть на низких настройках графики.
С чипсетами среднего и начального уровня существенно сложнее, поскольку их намного больше, они разнообразнее и не всегда новые модели лучше предшественников. Именно для этих целей и существуют такие программы, как AnTuTu и GeekBench (есть и другие, но эти самые популярные). С помощью бенчмарков определяется, скажем так, теоретическая мощность чипсета. Поэтому полностью полагаться на синтетику не стоит, важно еще и реальное быстродействие SoC и смартфона в целом.
Повторимся, это очень грубое представление той многогранности выбора, предоставляемого производителями мобильных чипов и смартфонов. Если углубиться в детали, чего делать на самом деле не стоит, рассказывать можно очень долго.
На что стоит обращать внимание при выборе SoC
В первую очередь на само мобильное устройство. Одним чипсетом сыт не будешь: важны дизайн, эргономика, камеры, экран, — в общем все. SoC — это лишь одна из важных составляющих мобильника, но не главенствующая.
Технологический процесс
Характеристика масштаба технологии, определяющая размер используемых полупроводников. Чем меньше значение (измеряется в нанометрах), тем лучше. Нынешний предел — это 5 нм (Apple A14 Bionic, Kirin 9000 и готовящийся к выпуску Snapdragon 875). Маленький техпроцесс позволяет при одних и тех же размерах кристалла разместить на нем больше транзисторов, тем самым увеличив мощность и снизив потребление энергии. Для 2020 минимально допустимым является техпроцесс 14 нм.
Тактовая частота
Показатель, измеряемый в ГГц, отображающий сколько вычислений может произвести процессор и графический ускоритель в единицу времени. В 2020 году флагманские чипсеты предлагают CPU с частотой до 3 ГГц, среднебюджетные решения имеют CPU с частотой до 2,5 ГГц, а бюджетники CPU до 2,2 ГГц. Чем выше этот показатель, тем лучше, но прямой зависимости между тактовой частотой и производительностью нет. Эффект от повышения этого параметра наблюдается только когда один и тот же вид ядер, допустим Cortex-A76, разгоняют до более высоких значений.
Тип и компоновка ядер CPU
В современных чипсетах применяется система кластеризации big.LITTLE. Кластер big отвечает за высокую производительность и в нем применяются тип ядер Cortex-A75, Cortex-A76, Cortex-A77 и т.д. (чем выше число, тем лучше). Кластер LITTLE необходим для выполнения несложных задач, таких как звонки, СМС, социальные сети и т.п. Он использует ядра Cortex-A53 и Cortex-A55 — другие не используются! В итоге получается сбалансированная система с оптимальным энергопотреблением и высокой производительностью.
Однако некоторые производители чипсетов любят поэкспериментировать. Так, Qualcomm использует в Snapdragon ядра Kryo, а Samsung — Mongoose. И первое и второе является кастомизированным решением ядер Cortex-A 50-й и 70-й серий. Также компании отступают и от классической компоновки ядер 4x big + 4x LITTLE, применяя схемы 1 + 3 + 4, 2 + 6 или 2 + 2 + 4.
Что из этого стоит усвоить? Если процессор включает в себя только ядра класса Cortex-A53/A55, то это чип начального уровня. Если имеется минимум 2 ядра Cortex-A 70-й серии, то это чип среднего класса. Остальное — флагманы.
Графический ускоритель (GPU)
В 2020 году актуальными являются видеоподсистемы Adreno и Mali. Adreno используется только в решениях Qualcomm (Snapdragon), а Mali применяется в Exynos, Kirin и Mediatek.
Что предпочтительнее? В последнее время видеоускорители Mali существенно подросли, но до Adreno им все еще далеко. Сказываются не только лучшие инженерные решения, разработанные Qualcomm, но и оптимизация игр, поэтому геймеры предпочитают девайсы на Snapdragon.
Оперативная и пользовательская память
Эти характеристики хоть и имеют прямое отношение к чипсетам, но тип используемой памяти необходимо смотреть непосредственно в параметрах смартфона. Дело в том, что условный Snapdragon 765G поддерживает как медленную память типа eMMC 5.1, так и быструю UFS 3.0. Производители смартфонов ради низкой цены могут экспериментировать с этими параметрами, используя память помедленнее. Для 2020 года актуальными стандартами являются LPDDR4 и выше для ОЗУ, а также UFS 2.0 и выше для ПЗУ.
Баллы в синтетических бенчмарках — что нужно знать
Бенчмарки, если что, это специальный софт, в котором можно посмотреть оценку конкретного процессора на основе множества параметров. И сравнивать его с другими. Здесь работает принцип «чем больше — тем лучше». Но не все так просто, как может показаться, — сейчас объясним.
GeekBench в плане информативности менее эффективен, так как оценивает только производительность процессорной части. С другой стороны, это кроссплатформенный бенчмарк и позволяет сравнить мощность процессора в телефоне с производительностью CPU на компьютере. Зачем это необходимо, не совсем понятно, но факт остается фактом.
Что в итоге?
Возникает вопрос, а что тогда выбрать, чтобы девайс работал быстро и плавно? Отвечаем числами из AnTuTu: