بررسی دقیق پردازنده (SOC) موبایل

در دنیای امروز با گسترش کامپیوترها و گجت‌ها نیاز به قطعات متناسب و در خور این دستگاه‌ها که توان مصرفی پایین داشته و ابعاد کوچکی داشته باشند، بیش از پیش احساس می‌شود. از این‌رو شرکت‌های زیادی اقدام به ساخت پردازنده (SOC) موبایل می‌کنند که در مقاله معرفی انواع پردازنده گوشی می‌توانید با انواع تولید کنندگان این قطعه آشنا شوید، اما شاید بهتر باشد ابتدا با این قطعه مهم و ساختار و اجزای آن آشنا شویم، پس تا پایان همراه ما باشید.

پردازنده موبایل (SOC)

عموما وقتی صحبت از پردازنده گوشی‌های هوشمند می‌شود به جای CPU عبارت SOC بکار برده می‌شود. این عبارت مخفف System On Chip می‌باشد و به معنای سیستم روی تراشه است. بیشتر پردازش‌های اسمارت فون‌ها وابسته به این تراشه می‌باشد و کلیه هسته‌های پردازشی، واحد گرافیکی GPU، رم (RAM)، واحد پردازش صوتی، واحد امنیتی، WiFi، کنترلر حافظه و … در ارتباط مستقیم با SOC هستند. حتی تعداد مگاپیکسل‌های دوربین گوشی و پشتیبانی از فیلمبرداری 4K نیز مربوط به پردازنده (SOC) موبایل می‌باشند.

پردازنده (SOC) موبایل باید با کمترین ولتاژ مصرفی، سنگین‌ترین محاسبات را اجرا می‌کند. عوامل موثر بر قدرت و سرعت اجرای وظایف پردازنده موبایل شامل

• نحوه‌ی برقراری ارتباط میان اجزای مختلف
• میزان و نوع حافظه‌ی مشترک میان اجزا
• روش دسترسی به حافظه
• نحوه‌ی تعامل سیستم‌عامل با اجزای مختلف پردازنده‌
• معماری هسته‌های پردازنده

می‌باشد. از این رو باتوجه به تعداد هسته‌ها و سرعت کلاک نمی‌توان سرعت یک پردازنده (SOC) موبایل را نسبت به پردازنده دیگر پیش‌بینی کرد. برای نمونه نمی‌توان گفت یک پردازنده 8 هسته‌ای سرعت بیشتری نسبت به یک پردازنده 6 هسته‌ای دارد.

پردازنده مرکزی (CPU) و هسته‌های آن

پردازنده مرکزی یا CPU، مهمترین جز پردازنده (SOC) موبایل ،می‌باشد و از المان‌هایی به نام هسته تشکیل شده است که مستقلا با همکاری یکدیگر وظایف محاسباتی سنگین و سبکی را انجام می‌دهند. برای هدف اجرای چند وظیفه مستقل، هر یک از هسته‌ها بخشی از وظایف را برعهده می‌گیرند که به این حالت پردازش چند وظیفه‌ای یا Multi Tasking می‌گویند. به این ترتیب برای اجرای وظایف محاسباتی سنگین براساس کدنویسی بهینه متناسب با پردازش چند هسته‌ای، آن وظیفه به بخش‌های کوچکتر تقسیم می‌شود و هر بخش توسط یک هسته انجام می‌شود. برای انجام وظایف سبک و عادی روزمره که نیازمند پردازش‌های سنگین نیستند سایر هسته‌ها در وضعیت آماده به کار (Standby) باقی می‌مانند و وارد فرآیند پردازش نمی‌شوند.

معماری هسته‌های CPU

اسمارت فون‌ها با پردازنده تک هسته‌ای و چند هسته‌ای به بازار عرضه می‌شوند. پردازنده‌های چند هسته عموما متشکل از هسته‌های کوچک و بزرگ با معماری متفاوت می‌باشند. هسته‌های بزرگتر قدرت و سرعت بیشتری داشته و توان مصرفی و دمای کاری بالاتری دارند. هسته‌های کوچک‌تر با وجود سرعت کمتر، بازدهی توانی بیشتری دارند. به این معناکه با کمترین توان مصرفی وظایف معمولی نظیر مرور صفحات وب یا پخش فایل‌های صوتی و مولتی مدیا را انجام می‌دهند. برای اجرای بیشتر وظایف روزمره و معمولی اسمارت فون‌ها از هسته‌های پردازنده (SOC) کوچک استفاده می‌کننداما در مواردی که وظیفه در حال اجرا به منابع بیشتری از سیستم نیاز داشته باشد، وظیفه به هسته‌های بزرگتر با سطح کارایی بیشتر سپرده می‌شود. همچنین برای انجام بازی‌ها و اپلیکیشن‌های گرافیکی سنگین از ترکیب پردازنده مرکزی و پردازنده گرافیکی استفاده می‌شود. با این کار میان سطح عملکرد مورد نیاز و ملاحظات گرمایی سیستم تعادل برقرار می‌شود.

آیا تعداد هسته‌های پردازنده موبایل تعیین کننده قدرت پردازنده است؟

تعداد هسته‌های پردازنده یا فرکانس هسته‌ها بطور دقیق بیان کننده قدرت یک پردازنده نسبت به سایر رقبا نمی‌باشد. با این وجود، گوشی‌ها با چند هسته جداگانه، امکان گرفتن عکس و فیلم با کیفت بالاتر و پیمایش اپلیکیشن‌ها بدون توقف امکان‌پذیر است. به علاوه فیلم‌ها و انیمیشن‌ها بدون کندی و پرش قابل مشاهده هستند و بازی‌های سنگین گرافیکی با نرخ فریم بالا و بدون لگ و تاخیر قابل اجرا می‌باشند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت در اغلب موارد پردازش‌های چند هسته‌ای سرعت اجرای بالاتری دارند.

پردازنده چهار هسته‌ای یا هشت هسته‌ای؟

باتوجه به توضیحات فوق، تنها زمانی یک پردازنده (SOC) موبایل 8 هسته‌ای بهتر از پردازنده 4 هسته‌ای عمل می‌کند که برنامه در حال اجرا برای استفاده از مزایای پردازش چند هسته‌ای بهینه‌سازی شده باشد و یا کاربر همزمان از چند وظیفه استفاده کند. برای نمونه یک هسته در حال پردازش محتوای وبی باشد که کاربر در حال مطالعه آن است و هسته دیگر در حالت آماده به کار به سر ببرد. در چنین شرایطی با برقراری تماس ورودی، هسته دیگر وارد فرآیند پردازش تماس می‌شود. در چنین شرایطی دو وظیفه میان وظایف هسته‌ها تقسیم شده و بدون نقص اجرا می‌شوند. اما لزوما روند اجرا سرعت قبل را نخواهد داشت.

ARM، معماری ساخت پردازنده‌های موبایل

ترکیبی از عوامل نظیر نوع چینش هسته‌ها، معماری و فناوری ساخته هسته و سرعت کلاک، تعیین کننده قدرت پردازنده (SOC) موبایل هستند. امروزه در ساخت پردازنده‌های مدرن موبایل از معماری ARM استفاده می‌شود. ARM شرکت صاحب ایده است که امتیاز معماری انحصاری خود شامل معماری 32 بیتی و 64 بیتی، طراحی هسته‌های خاص برای پردازنده‌ها، پردازنده‌های گرافیکی، تراشه‌های پردازش تصویری و… را به شرکای تجاری خود نظیر اپل، کوالکام، سامسونگ و سایر شرکت‌های تولید کننده تراشه می‌فروشد.

شرکت‌های تولید کننده و سازنده تراشه معماری ARM را برای ساخت هسته‌های پردازنده (SOC) موبایل انحصاری خود بکار می‌گیرند. برای نمونه شرکت کوالکام با استفاده از معماری ARM تراشه‌های اسنپدراگون را تولید می‌کند یا کمپانی اپل با تکیه بر معماری ARM پردازنده‌های سری A بیونیک را برای استفاده در محصولات آیفون استفاده می‌کند. به این ترتیب تمام شرکت‌های تولید کنننده، هسته‌های ARM را با طراحی مخصوص خود مطابقت داده و با یکدیگر ترکیب می‌کنند. هر شرکت رویکردهای طراحی خود شامل نحوه‌ی چینش هسته‌ها، سرعت کلاک، نوع و میزان حافظه‌ی در دسترس و چیدمان و فرم اتصالات داخلی اجزا را در پیش می‌گیرد. این کار موجب ایجاد توازن بین سطح عملکرد، الزامات توانی، ابعاد تراشه و هزینه‌های ساخت می‌گردد.