هرآنچه لازم است درباره چیپست موبایل بدانید، به زبان ساده

تیتر20- دوست‌داران تکنولوژی عاشق صحبت درباره قدرت پردازشی و چیپ‌ها هستند، چه موضوع صحبت کامپیوترهای شخصی و کنسول‌های بازی باشد، چه آخرین اسمارت‌فون‌های بازار. ما هم در دیجیاتو عاشق این مسائل هستیم و گاهی عمیقاً وارد مقوله‌های تخصصی مربوط به آخرین پردازنده‌های آرم، هواوی، کوالکام، سامسونگ، مدیاتک و سایرین می‌شویم.

برای افراد ناآشنا، تمام این صحبت‌ها مثل چرند و پرندی می‌ماند که اصلاً معنی نمی‌دهد. مطالعه در این زمینه و یادگیری مسائل کلی درباره طراحی چیپ هم نیازمند سال‌ها تلاش است و طبیعتاً وقتی صرفاً بخواهید تحقیقی کوتاه برای خرید یک محصول داشته باشید، چنین کاری شدنی نیست. امروز و در این مقاله می‌خواهیم یکی از مشکلات کاربران را برطرف کرده و با استفاده حداقلی از کلمات محیرالعقول فنی، هرچه لازم است درباره چیپ موبایل‌های مدرن بدانید را تشریح کنیم.
بسیار خب، سیستم بر چیپ چیست؟

سیستم بر چیپ گاهی با نام مخفف SoC شناخته می‌شود. همانطور که از نامش پیداست، سیستم بر چیپ یک سیستم پردازشی کامل است که درون یک پکیج واحد قرار گرفته. یک سیستم بر چیپ شامل چندین واحد پردازشی، حافظه، مودم و دیگر قطعات اساسی است که درون یک چیپ واحد قرار گرفته‌ و روی برد مدار تعبیه شده‌اند.

ترکیب کردن تمام قطعات روی یک چیپ واحد باعث می‌شود در استفاده از فضا، هزینه و مصرف انرژی صرفه‌جویی شود. سیستم‌های بر چیپ ضمناً به سایر قطعات مانند دوربین، نمایشگر، رم و حافظه فلش هم متصل می‌شوند. یک سیستم بر چیپ اساساً مغز اسمارت‌فون شماست که هرچیزی -از سیستم عامل اندروید گرفته تا تشخیص فشردن شدن دکمه پاور- را مدیریت می‌کند.

لیست پایین شامل قطعات رایجی است که درون چیپست موبایل‌های هوشمند خواهید یافت. برخی از قطعات مهم‌تر را نیز در جایی دیگر از همین مقاله پوشش خواهیم داد.

واحد پردازش مرکزی (CPU): «مغزهای» یک چیپست که اکثر کدهای سیستم عامل اندروید و اکثر اپلیکیشن‌ها شما را به اجرا در می‌آورند.

واحد پردازش گرافیکی (GPU): وظایف مرتبط با گرافیک را برعهده دارد، مانند تصویرسازی رابط کاربری یک اپلیکیشن یا گیمینگ دوبعدی و سه‌بعدی.

واحد پردازش تصویر (ISP): اطلاعات را از دوربین موبایل گرفته و تبدیل به فایل‌های تصویری و ویدیویی می‌کند.

پردازنده سیگنال دیجیتال (DSP): کارهای ریاضیاتی دشوارتر برای پردازنده را مدیریت می‌کند. مانند دی‌کامپرس فایل‌های موزیک و تحلیل اطلاعات سنسور ژیروسکوپ.

واحد پردازش عصبی: عمدتاً در اسمارت‌فون‌های پرچمدار استفاده می‌شود تا سرعت وظایف مرتبط به یادگیری ماشین را افزایش دهد. چیزهایی مانند تشخیص صدا و پردازش دیتای دوربین.

مودم‌ها: سیگنال وایرلس را تبدیل به دیتایی می‌کند که برای موبایل شما قابل درک باشد. قطعاتش شامل مودم‌های بلوتوث، وای‌فای، 4G LTE و 5G می‌شود.

علاوه بر این‌ها، وقتی صحبت از چیپست باشد معمولاً به چیزی دیگر به نام پروسه تولید هم اشاره شده و معمولاً در لیست‌ها از ارقامی براساس واحد نانومتر یاد می‌شود. اگر خیلی عمومی بخواهیم بگوییم، هرچه اندازه به نانومتر کمتر باشد، سیم‌کشی داخل چیپست کوچک‌تر است. و هرچه سیم‌کشی کوچک‌تر باشد، بهینگی مصرف انرژی بالاتر می‌رود. ۷ نانومتر در حال حاضر کوچک‌ترین پروسه تولید ممکن برای چیپست‌های اسمارت‌فون به حساب می‌آید.
مثال‌هایی از چیپست

حالا که بینشی کلی درباره چیپست داریم، شاید بد نباشد که چند مثال هم بزنیم. در حوزه اسمارت‌فون‌ها، شرکت‌های سامسونگ، هواوی، مدیاتک و کوالکام اصلی‌ترین تولیدکنندگان چیپست به حساب می‌آیند. به احتمال بسیار زیاد، موبایل شما به چیپستی مجهز شده که یکی از این شرکت‌ها تولیدش کرده است.

کوالکام بزرگ‌ترین تامین‌کننده چیپست موبایل به حساب آمده و در هر سال، بی‌شمار موبایل پرچمدار، میان‌رده و اقتصادی از سخت‌افزارهای آن بهره می‌گیرند. چیپست‌های کوالکام ضمناً تحت برند اسنپدراگون عرضه می‌شوند. چیپست‌های پریمیوم که بهترین تکنولوژی‌های این کمپانی را به کار می‌گیرند در سری اسنپدراگون ۸۰۰ دسته‌بندی می‌شوند: مانند اسنپدراگون ۸۶۵.

محصولات میان‌رده هم در سری اسنپدراگون ۶۰۰ و ۷۰۰ دسته‌بندی می‌شوند: مانند اسنپدراگون ۷۶۵ که از اتصالات 5G پشتیبانی می‌کند. محصولات اقتصادی هم در سری ۴۰۰ برند کوالکام هستند.

چیپست‌های اگزینوس سامسونگ نیز به همین شکل در سه رده پریمیوم، میان‌رده و اقتصادی دسته‌بندی می‌شوند. این محصولات قبلاً به عنوان اگزینوس ۹۹۰۰، ۹۸۰۰ و ۹۶۰۰ شناخته می‌شدند و محصولات سری اگزینوس ۷۰۰۰ هم کاملا اقتصادی بودند. با این همه، آخرین چیپست پریمیوم سامسونگ، اگزینوس ۹۹۰ است و اگزینوس ۹۸۰ هم چیپستی میان‌رده با قابلیت‌های 5G به حساب می‌آید.

نام‌گذاری سامسونگ برای محصولات اگزینوس کاملا شبیه به رویکرد هواوی است. کایرین ۹۹۰ آخرین چیپ پرچمدار هواوی است که در دو مدل با پشتیبانی از 4G و 5G عرضه شده. سری کایرین ۶۰۰ درست مانند سری اسنپدراگون ۶۰۰ است و مشخصاتی میان‌رده را برای موبایل‌های ارزان‌قیمت‌تر ارائه می‌کند. در نهایت مدیاتک هم سری P از چیپست‌های هلیو را برای محصولات مقرون به صرفه و سری G را برای محصولات متمرکز بر گیمینگ در نظر گرفته.

احتمالا با کلمه پردازنده از پیش آشنا باشید، چرا که این کلمه در گذر زمان معنایی مشابه به واحد پردازش مرکزی یافته است. واحد پردازش مرکزی یا سی‌پی‌یو رایج‌ترین نوع از پردازنده‌هاست. این سخت‌افزار طراحی شده تا شدیداً انعطاف‌پذیر و برای گستره عظیمی از وظایف مناسب باشد. به این ترتیب، سی‌پی‌یو سیستم عامل اندروید و اپلیکیشن‌های شما را به اجرا در می‌آورد و در عین حال مسئولیت همگام‌سازی اطلاعات میان دیگر پردازنده‌های داخل چیپست را هم برعهده دارد.

سی‌پی‌یو به کمک واحدهای پیش‌بینی، رجیسترها و واحدهای اجرا به کار خود ادامه می‌دهد. این چیزیست که به آن معماری سی‌پی‌یو می‌گویند. رجیسترها حاوی اطلاعاتی اندک هستند که معمولاً فرمت‌شان ۶۴ بیت است. واحدهای اجرا هم کارهای مختلفی مانند خواندن یا نوشتن در حافظه یا محاسبات ریاضیاتی را به کمک یک یا چند رجیستر امکان‌پذیر می‌کنند. ضمناً امکان استفاده همزمان از چندین واحد اجرا در یک سی‌پی‌یو وجود دارد.

سی‌پی‌یوها آنقدر انعطاف‌پذیرند که گستره وسیعی از وظایف را امکان‌پذیر می‌کنند. عملکرد آن‌ها نیز بسته به بالا یا پایین بردن سرعت کلاک (به گیگاهرتز)، تعداد هسته‌ها یا تغییرات به وجود آمده در حافظه تحت تاثیر قرار می‌گیرد.

سی‌پی‌یوهای تعبیه شده در چیپست‌های موبایل انواع و اقسام مختلفی دارند، اما تمامی آن‌ها براساس معماری Arm طراحی شده‌اند. آخرین هسته‌های پردازشی ARM هم Cortex-A77 و Cortex-A55 هستند. سی‌پی‌یوهای موبایل معمولاً با ساختار هشت هسته‌ای از راه می‌رسند. هسته‌های بزرگ‌تر اپلیکیشن‌های سنگین را مدیریت می‌کنند و هسته‌های کوچک‌تر از نظر مصرف انرژی بهینه هستند تا عمر باتری به بیشترین مقدار ممکن برسد.

گذشته از سی‌پی‌یو، واحد پردازش گرافیکی (یا GPU) را هم داریم که یک قطعه رایج‌ دیگر در چیپست موبایل به حساب می‌آید. جی‌پی‌یوها کارکرد عمومی کمتری نسبت به سی‌پی‌یوها دارند و در نتیجه، طراحی متفاوتی هم دارند. این قطعه ساخته می‌شود تا به صورت موازی میان چندین کارکرد ریاضیاتی گردش کند و این کار را بسیار سریع‌تر از سی‌پی‌یو عادی به انجام می‌رساند. به یاد داشته باشید که میلیون‌ها پیکسل روی نمایشگر 1080p موبایل شما به نمایش درمی‌آید و تک‌تک آن‌ها هنگام اجرای اپلیکیشن یا بازی محبوب شما باید محاسبه شوند.

اکثر عملیات‌های گرافیکی آنقدر تکرار و تکرار می‌شوند تا پیکسل‌ها نمایشگر موبایل را کاملاً بپوشانند. به همین خاطر است که جی‌پی‌یوها را به گونه‌ای طراحی می‌کنند که قادر به محاسبات ریاضیاتی موازی باشند.

برخلاف سی‌پی‌یوها که در هر سیکل یک یا دو عملیات را اجرا می‌کنند، جی‌پی‌یوها باید ده‌ها، صدها و حتی هزاران عملیات موازی را در هر سیکل مدیریت کنند. این موضوع بستگی به ابعاد و عملکرد طراحی جی‌پی‌یو دارد.

مهم‌ترین جی‌پی‌یوها در حوزه چیپست موبایل، جی‌پی‌یوهای Mali و Adreno هستند که به ترتیب به Arm و کوالکام تعلق دارند. هر دو ورژن‌های مختلفی دارند و هر دو قدرتمندترین سخت‌افزار خود را برای پرچمدارها و گیمینگ سه‌بعدی به کار می‌گیرند.
دوربین عالی، پردازنده عالی هم می‎خواهد

به دورانی رسیده‌ایم که موبایل‌های هوشمند تا حد زیادی براساس توانایی‌های دوربین‌شان قضاوت می‌شوند. اگرچه بهترین سنسورها و لنزها عنصری مهم هستند، توانایی‌های پردازش تصویر قدرتمند هم به همان اندازه مهم است. فقط کافیست نگاهی به دوربین ساده تعبیه شده روی گوگل پیکسل 4 و عکس‌های محشری که تحویل می‌دهد بیندازید.

اگرچه ادیت و دستکاری تصویر معمولاً به کمک سی‌پی‌یو و جی‌پی‌یو امکان‌پذیر می‌شود، کلی کار پردازشی دیگر باید روی اطلاعات سنسور دوربین انجام شود تا اصلاً ذخیره تصویر روی موبایل‌تان امکان‌پذیر باشد. واحد پردازش تصویر ورژنی تخصصی‌تر از پردازنده سیگنال دیجیتال است که کارهای رایج تصویربرداری مانند فوکوس و کاهش نویز را برعهده دارد. به بیان دیگر، این واحد اطلاعات دیجیتالی به دست آمده از سنسور دوربین را تبدیل به عکسی زیبا می‌کند.
پردازش هوش مصنوعی نسل بعد

عباراتی مانند واحد پردازشی عصبی، پردازنده‌های هوش مصنوعی یا هسته‌های یادگری ماشین معمولاً برای رساندن مفاهیمی متفاوت استفاده می‌شوند اما همگی به چیزی واحد درون چیپست اسمارت‌فون‌های مدرن اشاره دارند: یک پردازنده که صورت خاص برای ریاضیات و الگوریتم‌های رایج شبکه‌های عصبی بهینه شده است.

درست مثل جی‌پی‌یوها که پردازنده‌هایی بهینه برای ریاضیات گرافیکی هستند، واحدهای پردازش عصبی هم پردازنده‌هایی هستند که طراحی شده‌اند تا وظایف مرتبط به شبکه‌های عصبی و یادگیری ماشین را سریع‌تر و بهینه‌تر از سی‌پی‌یو به انجام برسانند. این قطعه ضمناً حافظه کش خاص خود را هم دارد تا فرآیندها سرعت بگیرند و نیازی به کاهش سرعت رم نباشد.

شبکه‌های عصبی معمولاً برای عملیات‌هایی استفاده می‌شوند که لازم است در جریان آن‌ها چندین اطلاعات مختلف در کنار یکدیگر قرار گرفته و خروجی یک دیتای واحد باشد.

واحدهای پردازش عصبی تازه‌ترین نوع از پردازنده‌های مورد استفاده در چیپست موبایل‌های هوشمند هستند و گرچه معمولاً در چیپ موبایل‌های پرچمدار استفاده می‌شوند، اما در آینده نزدیک راه خود را به موبایل‌های مقرون به صرفه‌تر نیز باز خواهند کرد.

مودم‌های 4G و 5G

آخرین قطعه در یک چیپست مدرن موبایل، مودم دیتا است که به شما اجازه می‌دهد به شبکه‌های دیتای اپراتورتان دسترسی داشته باشید. مودم‌های مختلف، سرعت و کیفیت اتصال دیتای شما را تعیین می‌کنند. قدرتمندترین مودم‌ها به سرعتی بالاتر از ۱ گیگابیت بر ثانیه دست پیدا می‌کنند. علاوه بر این مودم‌هایی هم برای وای‌فای و بلوتوث داریم، اما امروز و در این بخش از مطلب روی مودم‌های 4G و 5G تمرکز می‌کنیم.

تمام چیپست‌های موبایل امروزی مودم‌های 4G دارند. این یعنی مودم 4G درون چیپست تعبیه شده است. نخستین مودم‌های 5G برای موبایل اکسترنال هستند، این یعنی باید به شکلی دیگر به چیپست اصلی متصل شوند. این رویکرد از نظر مصرف انرژی چندان بهینه نیست اما تعبیه این قابلیت را راحت‌تر می‌کند و به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد شبکه‌های 5G را به دست مشتریان بیشتری برسانند.

نخستین چیپست‌های بهره‌مند از مودم‌های 5G همین حالا از راه رسیده‌اند. هواوی یک ورژن 5G از کایرین ۹۹۰ تدارک دیده و کوالکام هم با اسنپدراگون ۷۶۵، همین قابلیت را ارائه می‌کند. با این همه، قدرتمندترین مودم‌های 5G هنوز اکسترنال هستند. برای مثال مودم‌های اسنپدارگون X55 کوالکام و اگزینوس ۵۱۲۳ سامسونگ سرعت بالاتری نسبت به همتایان یکپارچه خود دارند و از امواج میلی‌متری هم پشتیبانی می‌کنند./دیجیاتو