Что надо знать о процессоре – Все запчасти

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?

Что такое процессор в телефоне?

• Прежде чем переходить к ядрам, для начала нужно понять, что такое процессор. Процессор – это миниатюрное устройство, которое отвечает за математические, логические и управленческие операции, внесённые человеком в машинный код.
• Как правило, процессор выполнен в виде одной интегральной схемы, основу которой составляет кремниевый чип и огромное количество, расположенных на нем, транзисторов. В некоторых случаях процессор может состоять из двух и более специализированных микросхем.

• Скорость или же мощность процессора напрямую зависит от общего числа транзисторов, нанесенных на кремниевый чип. Мощность процессора измеряется в тактовой частоте (Ггц) и чем больше на кремниевом чипе нанесено транзисторов, тем выше будет тактовая частота процессора (мощность).
• Однако, идущий по транзисторам ток, имеет свойство нагревать кремниевый чип, который под воздействием высоких температур выходит из строя. И чем больше транзисторов располагается на чипе, тем быстрее он нагревается и достигает своего теплового предела. Как раз для того, чтобы избежать перегрева, были придуманы процессоры с двумя и более ядрами.

Выбор оптимального процессора для смартфона

При выборе смартфона с производительным процессором не нужно руководствоваться только количеством ядер. Есть более важные характеристики, например, графический ускоритель. Многие производители оснащают дорогостоящие модели телефоном дополнительным чипом, отвечающим за обработку трехмерной графики. Существует большое разнообразие 3D-ускорителей, изготавливаемых под брендами Adreno и Mali. Большинство чипсетов не ориентированы на тяжелые игры, поэтому нужно уточнять этот момент заранее.

Второй важный показатель — нагрев. Избыточное выделение тепла процессором может спровоцировать появление желтых пятен на поверхности матрицы экрана. Также нагрев отрицательно сказывается на процессорном чипе. Чтобы этого избежать, процессор понижает частоту. Такая особенность называется троттлингом. Иными словами, чем горячее смартфон, тем медленнее он будет работать. Рекомендуется обращать внимание на результаты тестов перед покупкой, а также выбирать устройства с теплопроводящим корпусом.

Третьим фактором производительной работы является оптимизация. Она достигается благодаря совокупности нескольких факторов. Например, объем оперативной памяти неразрывно связан с процессором. Даже мощные чипсеты при малом количестве ОЗУ не способны полностью продемонстрировать свои функциональные возможности. Сегодня оптимальным размером оперативной памяти является 4-6 ГБ. Приобретать смартфоны с ОЗУ меньше 2 ГБ настоятельно не рекомендуется. Нет пока большого смысла в гаджетах с 8 и 10 ГБ ОЗУ — они обычно бесполезны и выведены на рынок только благодаря маркетингу.

Четвертый показатель — бенчмарки. Каждый мобильный процессор проходит синтетическое тестирование в специальных программах для определения вычислительной мощности. Обычно она измеряется в баллах AnTuTu. Чем больший показатель наберет устройство, тем лучший результат заметит пользователь при запуске игр или требовательных приложений. Однако ориентироваться только на цифры не рекомендуется — некоторые производители подтасовывают результаты тестов через специально «обученные» смартфоны.

Наконец, пятый критерий выбора — производитель процессора. Сегодня первенство на рынке устойчиво держат Snapdragon от Qualcomm (вот последний актуальный рейтинг). Они изготавливают чипсеты разного ценового сегмента отличного качества. Также большой популярностью обладают процессоры Exynos, созданные корпорацией Samsung. Они встречаются только в аппаратах южнокорейского производителя. Среди бюджетных моделей широкой известностью обладают чипы от MediaTek, значительно уступающие Snapdragon по параметрам производительности, однако стоящие намного дешевле конкурентов.

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.

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.

Ядро в смартфоне Android

Мы рассмотрим именно Андроид, но это не значит, что для других ОС данное понятие не актуально.

Зачем оно нужно? Операционная система сама по себе является комплексом программ, благодаря которому возможна скоординированная работа телефона.

Когда мы запускаем приложение «Камера», то на экране отображается интерфейс с перечнем элементов (фото, видео, настройки), оптика переводится в полную боевую готовность. Если проводим время за игрой, Android «раздает указания» оперативной памяти, ЦПУ, графическому процессору, чтобы они выделили требуемое количество ресурсов для обеспечения достаточной производительности.

То есть, как работает ядро? Оно управляет всем, что касается мобильного устройства. Это своего рода посредник, без которого сложно было бы представить слаженное функционирования Андроид, грамотную расстановку приоритетов.

Если копнуть глубже, то мы имеем дело с набором драйверов (понятие должно быть знакомо пользователям Windows). Это файлы (утилиты), оптимизирующие управление оборудованием.

РЕКЛАМА

Еще одна наглядная демонстрация. На рабочем столе много ярлыков. Вы нажимаете на один из них. При этом kernel задействует сенсор дисплея, вычисляются точные координаты точки, они сравниваются с текущей разметкой (пользовательской настройкой интерфейса), затем отправляется команда — «запустить требуемое приложение».

Уверены, что суть ясна. Но остался еще один важный момент, который стоит рассмотреть.

Что такое ядра процессора в смартфоне и за что они отвечают?

• Ядро – это основной модуль процессора, где обрабатывается вся информация и производятся расчеты. Если провести аналогию с человеческим организмом, то процессор является мозгом, а ядра – его полушариями. У человеческого мозга их два, а вот количество ядер процессора смартфона может достигать восьми штук.

• Выше мы говорили о том, что мощность процессора зависит от количества нанесенных на него транзисторов и упомянули о перегреве. Наличие нескольких ядер в процессоре нужно для того, чтобы распределить между ними нагрузку на процессор и снизить теплоотдачу.
• Таким образом, если одно ядро не справляется с потоком обрабатываемой информации, автоматически активируется второе ядро и возьмет часть работы на себя, тем самым предотвратив перегрев. Наличие в процессоре двух или более ядер позволяет нанести на него больше транзисторов и соответственно увеличить его мощность или скорость обработки данных.

Как запустить все ядра процессора

Итак, способов будет несколько. По этому показываю первый.

Заходим в пуск — выполнить или клавиши win+r

Пишем msconfig

Далее в открывшемся окне переходим в загрузки — дополнительные параметры.

Выбираем ваше максимальное число процессоров.

Так кстати можно узнать количество ядер процессора. Но это виртуальные ядра, а не физически. Физических может быть меньше.

Нажимаем ОК, перезагружаемся.

Далее способ 2.

• Заходим в диспетчер задач — ctrl+shift+esc.
• Или ctrl+alt+del и диспетчер задач.
• Или нажимаем правой кнопкой по панели управления и выбираем диспетчер задач.

Переходим во вкладку процессы. Находим игру и нажимаем правой кнопкой мыши по процессу. Да кстати, игра должна быть запущена. Свернуть её можно или Win+D или alt+tab.

Выбираем задать соответствие.

Выбираем все и нажимаем ок.

Чтобы посмотреть, работают все ядра или нет, то в диспетчере задач заходим во вкладку быстродействие.

Во всех вкладках будет идти диаграмма.

Если нет, то нажимаем опять задать соответствие, оставляем только ЦП 0, нажимаем ок. Закрываем диспетчер задач, открываем опять повторяем все, то же самое, выбираем все процессоры и нажимаем ок.

Ещё!

В ноутбуках, бывает настроено энергосбережение таким образом, что настройки не дают использовать все ядра.

• Win7 — Заходим в панель управления, идем в электропитание — Изменить параметры плана — изменить дополнительные параметры питания — управление питанием процессора — минимальное состояние процессора.
• Win8, 10 — Или: параметры — система — питание и спящий режим — дополнительные параметры питания — настройка схемы электропитания — изменить дополнительные параметры питания — управление питанием процессора — минимальное состояние процессора

Для полного использования, должно стоять 100%.

Как работает ядро процессора

Каждое ядро внутри процессора представляет собой набор микроскопических транзисторов, расположенных на кристалле кремния. Основная работа транзисторов заключается в переключении подаваемой электрической энергии. Если энергия подается – транзистор находится в открытом состоянии. При отсутствии или нехватке подаваемой энергии – в закрытом состоянии.

В понимании человека транзистор находится в состоянии «Вкл» или «Выкл», тогда как в понимании процессора – 1 или 0 соответственно, что вписывается в двоичную систему счисления. Поэтому для обращения к процессору команды кодируются из десятичной системы счисления в двоичную систему, а при получении результата происходит декодирование в обратном порядке.

Соответственно на вычислительную мощь и быстродействие процессорного ядра влияет количество транзисторов в блоке. Не последнюю роль так же выполняет «ширина шины» для передачи данных, а так же кэш-память, для хранения часто используемых инструкций и других данных.

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.

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.

Какое самое большое количество ядер в смартфоне?

• На сегодняшний день в мобильные телефоны и планшеты устанавливаются процессоры с максимальным количеством ядер в десять штук. Наверняка их могло бы быть и больше, однако разработчики не видят в этом необходимости в данное время.
• Но, несмотря на точку зрения производителей процессоров, многие аналитики и эксперты придерживаются мнения, что будущее гаджетов стоит за их многозадачностью, которая невозможна без наличия многоядерных процессоров.

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.

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.

Оптимизация программной и аппаратной частей

Лучше всего обстоят дела у процессоров Apple серии A. Компании не приходится распыляться на сонм моделей, ОС полностью своя, приложения пишутся под ограниченный набор устройств, а не тысячи разных.

А некоторые известные компании переболели «детской болезнью»: Huawei настрадалась с Kirin, например, то и дело возникают вопросы к фирменному чипу Samsung Exynos, что подталкивает некоторых покупателей искать смартфоны Samsung на базе Snapdragon. MediaTek постепенно исправляется.

Можно использовать самые последние технологии и техпроцессы, но не достичь гармонии: процессор считается идеальным в проекте, уделывает остальных в тяжелых приложениях, набирает уйму баллов в тестах, а потом не справляется с собственной программной оболочкой.

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.

За что еще отвечает процессор?

За все в смартфоне: мегапиксели в камере, разрешение экрана, проигрывание видео, объем оперативной памяти, поддержку сетей связи и даже скорость зарядки аккумулятора. Но обо всем этом и многом другом расскажем в следующий раз.

Продолжение следует.

Читайте также:

• iPhone или Samsung? Протестировали Galaxy S20 Ultra
• Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии
• Apple, Huawei, Samsung, Honor или Xiaomi? Послушали и сравнили компактные наушники

Библиотека Onliner: лучшие материалы и циклы статей

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. nak@onliner.by

Зачем создавались чипсеты

Разработка интегрированных решений была чистой воды необходимостью. Инженеры при своих работах опирались на несколько целей-следствий, среди которых было повышение универсальности и одновременное понижение энергетического потребления. Сборка устройств из отдельных блоков приводила к конфликту между компонентами и большим затратам питания. Зато с внедрением интегрированных решений инженеры смогли переложить груз ответственности (за стоимость разработки) на производителей SoC’ов. Да и мы обязаны ученым, ведь в итоге именно их деятельности мы получаем сейчас готовые универсальные решения, которые используем в повседневной жизни.