Мобильные процессоры. Вводная часть

Процессор (CPU) - сердце абсолютного любого компьютера, в том числе и смартфона, отвечающее за все вычисления, производимые устройством и, одновременно, самая технически сложная часть коммуникатора. Процессоров с разными характеристиками существует великое множество и зачастую, пользователю бывает очень трудно разобраться в этом многообразии. Но тем, кому это действительно интересно, помогут освоиться наши статьи о мобильных процессорах.

Для начала важно отметить, что процессоры как таковые, в мобильных гаджетах не используются. Дело в том, что объединяясь вместе с другими компонентами они образуют SoC - System on a chip или систему-на-кристалле. Это означает, что на одной микросхеме находится полноценный компьютер, среди компонентов которого - процессор, графический ускоритель и другие, более специфические части. Как мы и обещали, сейчас речь пойдёт о процессорах, но в конце мы скажем пару слов и о GPU.

Архитектура процессора

Список спецификаций любого процессора начинается с основополагающего понятия архитектуры процессора. Не будем вдаваться в подробные объяснения этого понятия, но, в  общем смысле, архитектура - это совокупность свойств процессора по внутреннему устройству и возможности выполнять определённые наборы команд. Если мы говорим о чипах для смартфонов, то на рынке безоговорочно доминирует архитектура ARM, которая разрабатывается одноимённой компанией ARM Limited. Все остальные компании (лидерство держат Qualcomm, Nvidia, Samsung, MediaTek, Apple и другие) занимающиеся производством процессоров, лицензируют технологию у ARM и затем продают готовые чипы производителям смартфонов (или используют их в собственных устройствах). Также, некоторым количеством устройств представлена архитектура x86 компании Intel, но до недавнего времени она была рассчитана только на бюджетные коммуникаторы. С анонсом Lenovo IdeaPhone K900, выйти в hi-end сектор попыталась Intel, но конкурировать с компанией ARM будет очень трудно. Остаётся главный вопрос: в чём различие между различными архитектурами для конечного пользователя? Ответ звучит так: практически ни в чём. Android OS хорошо работает как на ARM процессорах, так и на x86, а несовместимость владелец x86-устройства сможет встретить, разве что, в каких-либо специфических приложениях или, возможно, в современных играх. Все остальные современные мобильные операционные системы, в том числе iOS и Windows Phone работают на ARM архитектуре.

Версия архитектуры

Неразрывно с архитектурой связана версия архитектуры - их иногда, с полным на то правом, рассматривают как единое целое. Причиной появления разных версий архитектур служит ничто иное, как технический прогресс: на смену устаревшей версии приходит новая, которая может обеспечить лучшую производительность, малое энергопотребление и другие преимущества. Зачастую различий между версиями архитектуры не меньше, чем между разными архитектурами. Например, владельцы устройств с процессорами ARMv6 столкнулись с тем, что на их смартфонах не работали игры, которые писались с расчётом на новую версию ARMv7 (на данный момент она и является актуальной).

Ядро

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

Последней характеристикой процессора, которая может оказаться полезной пользователю, является тактовая частота. Эта величина показывает, сколько тактов способен отработать процессор за единицу времени (одну секунду). Например, если в спецификациях к устройству указана частота 1,7 ГГц, это значит, что за 1 секунду его процессор осуществит 1 700 000 000 (1 миллиард 700 миллионов) тактов. Количество тактов, затрачиваемое на выполнение чипом одной операции может разниться в зависимости от его типа и самой операции, но, обобщённо, более высокая тактовая частота означает более высокую скорость работы. Особенно это становится заметно, если сравнивать одинаковые ядра, работающие на разной частоте. Это значение иногда ограничивается производителем, в целях уменьшения энергопотребления (разумеется, чем выше скорость процессора, тем больший ток он потребляет) или даже маркетинга (сейчас компания выпускает коммуникатор с ограничением частоты процессора, а через несколько месяцев - его улучшенную версию без таковых). К счастью, эти ограничения может снять любой владелец устройства, имея на нём права суперпользователя (иногда также может понадобиться установка сторонней прошивки ядра). Важное замечание: ядро как вычислительный элемент и ядро как часть прошивки устройства на английском языке имеют разные названия (core и kernel соответственно), но на русском обозначаются одинаково.

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

Как и обещали в самом начале, мы не обойдём стороной ещё один немаловажный компонент SoC - графический процессор (GPU) или графический ускоритель. Нетрудно догадаться, что этот компонент отвечает за графическую производительность устройства и используется, в первую очередь, в играх. Соответственно, чем лучше GPU, тем более качественные трёхмерную графику и текстуры, а также быстродействие (или fps), можно получить. Также, графический ускоритель можно использовать и для отрисовки интерфейса операционной системы, но, в случае с Android OS производители коммуникаторов такой возможности могут и  не давать, хотя зачастую умельцам удаётся её включить в неофициальных прошивках. Для выделения собственного GPU среди других некоторые производители могут заявить о высоких характеристиках их ускорителей, например о количестве так называемых “графических ядер” (у Nvidia Tegra 4 их аж 72), но обычно это всего лишь маркетинг. Главное значение для пользователя имеет лишь сам используемый графический процессор.

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.

Подобно Android, дела схожим образом обстоят и у Microsoft Windows Phone, но с некоторыми существенными отличиями. Дело в том, что Microsoft намеренно устанавливает рамки для устройств на своей операционке, несмотря на то, что производители всё равно имеют довольно широкий выбор. Возможно, это даже к лучшему: с одной стороны, компании не могут выпустить WP-смартфон с слишком низкими характеристиками, на котором подтормаживать будет даже стандартный интерфейс, а с другой стороны - конечные потребители не будут переплачивать за “лишние” гигагерцы и ядра, которые будут простаивать без дела. Вообще, причина того, что Android-смартфонам необходимы быстрые четырёхъядерные процессоры, в то время как другие операционки работают хорошо и на относительно “средних” двухъядерных кроется гораздо глубже, нежели в производительности “железа”, но затрагивать принципы работы ОС в рамках этого материала мы не будем. К чему всё это? Дело в том, что обратной стороной политики Microsoft является маркетинг: большинство пользователей, далёких от мира высоких технологий, скорее купят смартфон с процессором с большим количеством ядер и большей тактовой частотой, что предлагают именно производители Android-коммуникаторов.

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

Большинство современных смартфонов на самых различных операционных системах используют ARM-процессоры, производством которых по лицензиям ARM Limited занимаются сторонние компании. У кого-то это получается лучше, у кого-то - хуже, но признанным лидером среди производителей является Qualcomm. Чипы этой компании, которая предлагает как бюджетные, так и топовые решения, используются в девайсах на Android OS, Windows Phone, BlackBerry OS, Firefox OS и других операционных системах.

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.

Источник: 4pda.ru