واحد خبر mobile.ir : در نیمه دوم سال 2018 میلادی، شرکت‌های مختلف فعال در زمینه ساخت چیپ‌ست‌های موبایلی از جدیدترین محصولات خود رونمائی کردند که هواوی با Kirin 980 از سایرین در این زمینه کاملا جلوتر بود؛ این پروسسور 7 نانومتری که در اکتبر 2018 در پرچمداران Mate 20 و Mate 20 Pro به کار گرفته شد با تأخیری نسبتا زیاد رقبائی را در کنار خود دید که شامل چیپ‌ست 8 نانومتری Exynos 9820 سامسونگ و پروسسور 7 نانومتری Snapdragon 855 کوالکام می‌شد. در ساختار این چیپ‌ست‌ها از جدیدترین هسته‌های پردازشی ARM استفاده شده و در زمینه گرافیک نیز در بهترین شرایط قرار دارند اما نقطه ضعف و قوت هریک کجاست و عنوان برترین پردازنده به کدامیک تعلق می‌گیرد؟

تمرکز اصلی سازندگان چیپ‌ست‌های موبایلی در طی سال‌های گذشته در گذار از یک نسل به نسل بعدی معمولا به مواردی مثل کاهش لیتوگرافی ساخت، ارتقاء هسته‌های پردازشی (از لحاظ تعداد، فرکانس و به‌ویژه نوع پردازنده) و بهبود در زمینه گرافیکی محدود بوده و به جز این موارد معمولا تغییر بزرگ دیگری در طی سالیان متمادی در این گونه پردازنده‌ها صورت نمی‌پذیرفت. با ارتقاء فناوری‌های ارتباطی، حداکثر نرخ تبادل اطلاعات مورد پشتیبانی در چیپ‌ست نیز در کانون توجه قرار گرفت و افزایش سایز و وضوح صفحه‌نمایش از یک سو و ارتقاء رزولوشن و نرخ برداشت تصویر دوربین، از سوی دیگر، اهمیت بهبود بخش‌های تصویری به خصوص ISP را یادآوری نمود. سرعت دسترسی به اطلاعات حافظه و پشتیبانی از حافظه‌های پر سرعت UFS دیگر الزام نسبتا جدیدتر در پروسسورهای موبایلی به خصوص در نمونه‌های پرچمدار بود و آرام‌آرام با مطرح شدن مفهوم تازه‌ای به اسم NPU، گزینه هوش مصنوعی و واحد پردازش عصبی نیز جایگاه ثابتی را در لیست مشخصات این نوع پردازنده‌ها به خود اختصاص داد.

به این لیست در سال 2019 به احتمال قریب به یقین گزینه پشتیبانی از شبکه‌های نسل پنجمی یا 5G نیز افزوده می‌شود که البته هنوز در مراحل ابتدائی خود قرار داشته و شرکت‌های سازنده چیپ‌ست نیز این قابلیت را حداکثر به صورت یک افزونه اکسترنال یا جداگانه ارائه کرده‌اند.

چیپ‌ست‌های سه‌گانه حاضر در این رقابت از مشخصاتی نزدیک به هم برخوردارند که این شباهت‌ها در زمینه هسته‌های پردازشی، گرافیک، هوش مصنوعی، حافظه و حداکثر رزولوشن مورد پشتیبانی (صفحه‌نمایش و دوربین) کاملا مشهود است. پیش از آغاز مقایسه این سه چیپ‌ست، بهتر است مشخصات اصلی آنها را در کنار هم مرور کنیم.

هر سه این پروسسورها به هسته‌های جدید مبتنی بر آخرین معماری شرکت ARM مجهز شده‌ و نسل تازه‌ای از گرافیک‌ها نیز در آنها به چشم می‌‌خورد؛ یادگیری ماشینی به واسطه پردازنده‌های جداگانه به سطح تازه‌ای ارتقاء یافته و مودم‌های LTE پر سرعت که در دو نمونه سامسونگ و کوالکام به سرعت 2Gbps دست پیدا کرده‌اند شرایط را برای تحول ارتباطات موبایلی و حرکت به سوی 5G آماده کرده‌اند. این شرایط در زمینه‌های مولتی‌مدیائی نیز ادامه داشته و تولید و نمایش محتوای HDR و وضوح 8K (در زمینه پخش ویدئو در هر دو محصول سامسونگ و کوالکام) جالب‌توجه به نظر می‌رسد. پشتیبانی سخت‌افزاری از کدک‌های H.265 و VP9 نیز کارائی و راندمان را به میزان زیادی ارتقاء بخشیده است.

لیتوگرافی ساخت: رقابت نانومترها

کوچک‌سازی پردازنده‌ها یکی از مهم‌ترین روش‌های افزایش قدرت پردازشی از یک سو و کاهش مصرف انرژی از سوی دیگر است؛ به‌واسطه این کوچک‌سازی امکان قرارگیری تعداد بیشتری ترانسیستور در یک فضای مشخص یا کاهش فضا به‌ازای تعداد ترانسیستورهای یکسان فراهم آمده و امکان افزایش قدرت پردازشی و کاهش چشمگیر در مصرف انرژی ایجاد می‌شود. هواوی اولین شرکتی بود که در میانه سال 2018 با تکیه بر لیتوگرافی 7 نانومتری شرکت TSMC اقدام به ساخت پروسسور Kirin 980 نمود و پس از آن پلتفرم Snapdragon 855 کوالکام نیز با دقیقا همین معماری TSMC عرضه شد. راه‌حل سامسونگ برای Exynos 9820 اما با دو رقیب دیگر متفاوت بوده و در آن به جای TSMC از فرایند 8 نانومتری داخلی این شرکت استفاده شد. در این فرایند سامسونگ از 10 درصد کاهش مصرف انرژی نسبت به نسل قبلی پردازنده‌های 10 نانومتری خود سخن گفته حال آنکه این میزان برای پردازنده‌های TSMC در انتقال از 10 به 7 نانومتر به گفته این شرکت بین 30 تا 40 درصد خواهد بود. این اختلاف با آنکه روی کاغذ و در زمینه دوام باتری، کفه ترازو را به شدت به سمت کوالکام و هواوی خم می‌کند اما در عمل فاکتورهای مهم دیگری نیز در مصرف انرژی موثر بوده و ممکن است این اختلاف در نهایت چندان چشمگیر نباشد.

کلاستر DynamiQ: یک رویه جدید

تقریبا تمامی پردازنده‌های موبایلی حال حاضر بازار به خصوص در رده‌های میانی و بالا از معماری big.LITTLE شرکت ARM استفاده می‌کنند که در ‌آنها دو یا چهار هسته قوی‌تر در یک کلاستر یا دسته جداگانه (موسوم به دسته big) برای انجام کارهای سنگین قرار گرفته و هسته‌های ضعیف‌تر نیز برای اتجام پردازش‌های سبک‌تر در دسته دیگری (به نام LITTLE) جای دارند. این روند که هنوز نیز در تقریبا همگی گوشی‌های موبایل دیده می‌شود از این پس با تغییر بزرگی که از آن با نام کلاستر DynamiQ یاد می‌شود روبرو خواهد شد؛ DynamiQ که توسط شرکت ARM در زمان معرفی پردازنده‌های ARM A75 و A55 مطرح شد، امکان جای‌گیری هسته‌های ترکیبی متنوع در یک کلاستر منفرد را فراهم آورده و بدین‌ترتیب نیازی به یکسان بودن نوع هسته‌ها در یک کلاستر وجود ندارد.

هر سه پروسسور این رقابت یعنی Kirin 980 ،Snapdragon 855 و Exynos 9820 به نوعی از این فناوری متنفع شده‌اند اما نحوه اجرای آنها با یکدیگر متفاوت است. در Kirin 980 و Snapdragon 855 از هسته‌های ARM A76 و A55 استفاده شده اما Exynos 9820، ترکیب متنوع‌تری را ارائه کرده و سه هسته مختلف یعنی هسته کاستوم M4 سامسونگ همراه با هسته‌های A75 و A55 از شرکت ARM در آن حضور دارد البته شرکت ARM‌ اجازه حضور هسته‌های کاستوم (همچون هسته M4 سامسونگ) را در ساختار کلاستر DynamiQ نمی‌دهد اما ظاهرا سامسونگ با ایده‌ گرفتن از این موضوع ساختار مشابه‌ای را خلق کرده است.

جدا از تغییر در نوع هسته‌ها، همان‌طور که اشاره شد هر سه شرکت رویکرد متفاوتی را نیز از لحاظ چینش پردازشگرها اتخاذ کرده‌اند که از نگاه هریک شرایط ایده‌آلی را در سناریوهای پردازشی روزمره فراهم می‌آورد؛ در Kirin 980 از چهار هسته ARM A76 در یک کلاستر استفاده شده اما این هسته‌ها از نظر فرکانس، یکسان نیستند و دو هسته برتر با فرکانس 2.6 گیگاهرتز و دو هسته میانی، با فرکانس 1.92 گیگاهرتزی ارائه می‌شوند. علت اصلی انتخاب دو فرکانس مختلف برای هسته‌های قوی‌تر A76 در این پروسسور در این واقعیت نهفته است که در صورت استفاده همزمان از هر چهار هسته با فرکانس بالا، توان حرارتی تولید شده، احتمالا فراتر از حد معمول قابل تحمل توسط پلتفرم بوده و به مشکلاتی جدی منجر می‌شود. از این رو با استفاده از فناوری کلاستر DynamiQ شرکت ARM، پردازنده‌ها به دو دسته تقسیم شده تا ضمن کاهش اتلاف حرارتی، امکان دستیابی به حداکثر پرفورمنس تک هسته‌ای در فرکانس بالاتر نیز فراهم شود. Kirin 980 جدا از این هسته‌های قوی‌تر، از چهار هسته سطح پائین ARM A55 با فرکانس 1.8 گیگاهرتزی نیز در یک کلاستر جداگانه بهره می‌برد. حافظه کش L2 برای هر چهار هسته A76 این پروسسور، حداکثر میزان آن یعنی 512 کیلوبایت در نظر گرفته شده و هسته‌های A55 نیز دارای 128 کیلوبایت حافظه L2 هستند. حافظه L3 این پروسسور نیز 4 مگابایت است که در مقایسه با Snapdragon 845، دو برابر شده است.

تصویر واقعی از بستر پروسسور Kirin 980

در Snapdragon 855 شرایط به کلی متفاوتی حاکم است؛ در این چیپ‌ست از یک هسته قدرتمند براساس ARM A76 که کوالکام به آن Kryo 485 Gold می‌گوید با فرکانس 2.84 گیگاهرتز در یک کلاستر تکی استفاده شده که 512 کیلوبایت حافظه کش L2‌ دارد. در دومین کلاستر، سه هسته دیگر از همین نوع با فرکانس 2.42 گیگاهرتز دیده می‌شود که حافظه L2 آنها به نصف، یعنی 256 کیلوبایت کاهش پیدا کرده است؛ در نهایت در کلاستر سوم، چهار هسته ARM A55 با فرکانس 1.8 گیگاهرتزی قرار دارد که 128 کیلوبایت حافظه L2 دارند. نبود یک منبع انرژی جداگانه برای تک هسته قدرتمند این مجموعه و وابسته بودن آن به کلاستر دوم و سه هسته دیگر برای تأمین انرژی، بزرگ‌ترین ایراد وارد بر Snapdragon 855 نسبت به رقبای خود در زمینه پردازشی‌ست.

راه‌کار Exynos 9820 تا حدودی به آنچه در Kirin 980‌ دیده‌ایم شباهت دارد و در اینجا نیز از یک ترکیب 4+2+2 هسته‌ای برای چینش پردازنده‌ها استفاده شده با این تفاوت که تنها دو هسته قوی‌تر از نوع پردازنده کاستوم M4 سامسونگ بوده و دو هسته دیگر از نوع A75 یعنی هسته‌های قدیمی‌تر ARM هستند. یک تفاوت بزرگ Exynos 9820 با دیگر چیپ‌ست‌های این رقابت، قرار گرفتن همه هسته‌های پردازشی در یک کلاستر منفرد است که در آن حافظه L3 به صورت سلسه‌مراتبی به همه هسته‌ها ارائه شده و نه‌فقط هسته‌های قوی‌تر، بلکه CPUهای ضعیف‌تر نیز از این طریق با بهبود عملکرد روبرو می‌شوند.

در رابطه با برتری پردازشی هریک از این سیستم‌ها نمی‌توان به سادگی قضاوت نمود و شاید انتظار برای حضور آنها در دیوایس‌های متنوع واقعی تنها راه مشخص شدن برتری‌های هریک باشد اما به صورت نظری و روی کاغذ شاید در بخش تک هسته‌ای با فرکانس بالاتر و کش 512 کیلوبایتی، Snapdragon 855‌ در جایگاه بالاتری قرار داشته باشد و برتری در رقابت چند هسته‌ای نیز به لطف ARM A76 بودن هر چهار هسته و کش 512 کیلوبایتی آنها به Kirin 980 تعلق داشته باشد. در سوی دیگر، با وجود آنکه در مورد قدرت پردازشی Exynos 9820 سامسونگ با پردازنده کاستوم ناشناخته M4 نمی‌توان اظهارنظر دقیقی کرد اما به لطف حضور پردازنده کوچک‌تر و کم‌مصرف‌تر ARM A75 احتمالا در زمینه مصرف انرژی شرایط بهتری نسبت به رقبا وجود داشته باشد.

رقابت گرافیک: عملکرد در زمین بازی

صنعت بازی‌های موبایلی در سال 2018 به لطف عناوین فوق‌ محبوب Battle Royale به سطح تازه‌ای از موفقیت دست یافت و سود سرشاری را نصیب سازندگان نرم‌افزاری و سخت‌افزاری این حوزه نمود. در همین راستا پردازنده‌های گرافیکی چیپ‌ست‌های جدید موبایلی نیز برای پاسخ به این نیاز فزاینده با قدرت بالاتری به بازار عرضه شدند؛ هر دو چیپ‌ست Kirin 980 و Exynos 9820 از آخرین نسل پردازنده‌های گرافیکی شرکت ARM یعنی Mali-G76 بهره می‌برند که تغییرات بزرگی را نسبت به گذشته تجربه کرده است.

پردازنده گرافیکی Kirin 980 از چینش 10 هسته‌ای این گرافیک برخوردار است که تقریبا معادل گرافیک 20 هسته‌ای Mali-G72 نسل قبلی‌ست. تعداد این هسته‌ها در Exynos 9820 به 12 عدد می‌رسد که با وجود آنکه روی کاغذ دست بالاتر را در اختیار سامسونگ قرار می‌دهد اما این عملکرد در دنیای واقعی به عواملی دیگری نیز وابسته خواهد بود و به همین خاطر تا بررسی رو در روی این دو گرافیک در دستگاه‌های واقعی باید به انتظار نشست.

در بررسی‌های صورت گرفته از Kirin 980 در پرچمداران جدید هواوی، پرفورمنس گرافیکی این مجموعه تقریبا هم‌سطح و اندکی بالاتر از نسل فعلی Snapdragon 845 ارزیابی می‌شود و بدین‌ترتیب در حالی که کوالکام از 20 درصد بهبود عملکرد در Snapdragon 855 سخن می‌گوید احتمالا راه‌کار هواوی در بین برترین‌های گرافیک موبایلی سال 2019 در جایگاه نخست قرار نمی‌گیرد.

در مجموع روی کاغذ احتمالا برترین تجربه گرافیکی در چیپ‌ست‌های سال 2019 به Snapdraogn 855 و گرافیک Adreno 640 آن تعلق دارد و پس از آن به ترتیب باید از Exynos 9820 و Kirin 980 یاد کرد؛ هرچند با حضور SD855 و Exynos 9820 در دیوایس‌های پرچمدار ممکن است این ترکیب اندکی تغییر کند.

هوش مصنوعی: معماری پردازش عصبی

هوش مصنوعی یا یادگیری ماشینی که به کلمه‌ای کلیدی در تمامی اسمارت‌فون‌های سال 2018 بدل شده و تقریبا هیچ گوشی موبایل جدیدی در این سال بدون اشاره به این قابلیت عرضه نشد در حقیقت به توانائی دستگاه برای تحلیل خودکار اطلاعات و تصمیم‌گیری‌های مستقل به هنگام روبرو شدن با موقعیت‌های مختلف اطلاق می‌شود که یکی از بدیهی‌ترین نمونه‌های آن، تشخیص هوشمندانه سوژه‌های عکاسی و اعمال تنظیمات خودکار به دوربین به‌ازای هر سوژه است.

هر سه چیپ‌ست این رقابت برای این مسئله اهمیت فراوانی قائل شده‌اند؛ جائی‌که هواوی به‌دنبال رونمائی از واحد پردازش عصبی یا NPU در Kirin 970، حالا در Kirin 980، نسل دوم این واحد یا NPU‌ دوگانه را به نمایش گذاشته و در سامسونگ نیز واحد هم‌نامی با 7 برابر ارتقاء عملکرد نسبت به Exynos 9810 به چشم می‌خورد. داستان در مورد کوالکام نیز تقریبا بر همین منوال است و این شرکت که تا به امروز از ترکیب پردازنده، گرافیک و DSP برای پشتیبانی از تسک‌های یادگیری ماشینی استفاده می‌کرد، در Snapdragon 855 از پروسسور سیگنال دیجیتال (DSP) جدیدی با نام Hexagon 690 بهره می‌برد که فارغ از 20 درصد افزایش کارائی نسبت به نسل قبلی، به یک واحد اختصاصی جدید موسوم به شتاب‌دهنده تنسور یا tensor accelerator نیز مجهز شده که با وجود آن‌که کوالکام به آن نسل چهار موتور هوش مصنوعی اطلاق می‌کند اما در عمل باید آن را نسل اول موتور یادگیری ماشینی این شرکت تلقی کرد.

مقایسه چیپ‌ست‌های مختلف در زمینه هوش مصنوعی نیز چندان ساده و سرراست نیست و عملکرد این بخش به میزان زیادی به نوع الگوریتم، نوع داده مورد بررسی و توانائی‌های ویژه هر چیپ‌ست بستگی دارد. در این معیارها، هر سه چیپ‌ست این رقابت حداقل روی کاغذ از عملکرد بسیار مناسبی برخوردار بوده و در زمینه مصرف انرژی نیز شرایط ایده‌آلی را ارائه می‌کنند. برای کاربران اما هوش مصنوعی بیشتر در کاربری‌هائی نظیر تشخیص سریع‌تر چهره با مصرف انرژی حداقلی، پاسخگوئی به دستورات صوتی کاربران بدون نیاز به اینترنت و تجزیه و تحلیل تصاویر جلوه‌گر می‌شود و بدین‌ترتیب به احتمال قریب به یقین هر سه چیپ‌ست حاضر در این رقابت مشکلی برای برطرف کردن نیازهائی از این دست نخواهند داشت.

شبکه: مودم‌های گیگابیتی

دسترسی به بالاترین سرعت در شبکه‌های موبایلی یکی دیگر از ویژگی‌های برجسته همه چیپ‌ست‌های پرچمدار بازار محسوب می‌شود و طبیعتا سه مدل اشاره شده در این رقابت نیز از این لحاظ استثنا نخواهند بود. حداکثر سرعت تبادل دیتا در Snapdragon 855 و Exynos 9820 با پشتیبانی از LTE Cat.20‌ به 2Gbps در دانلود و 316Mbps در آپلود می‌رسد که نسبت به Kirin 980 با سرعت 1.4Gbps در داتلود و 200Mbps در آپلود برتری مشخصی را ارائه می‌کنند. همچنین Snapdragon 855 امکان ارتقاء به شبکه 5G از طریق مودم اکسترنال Snapdragon X50‌ را (در صورت تمایل شرکت سفارش‌دهنده) خواهد داشت. البته HiSilicon (شرکت سازنده پردازنده‌های Kirin از زیر مجموعه‌های هواوی) نیز همچون کوالکام در کنار معرفی Kirin 980 از برنامه خود برای ساخت یک مودم 5G جدید به نام Balong 5000 خبر داده که احتمالا امکان فعال کردن 5G برای این چیپ‌ست در آینده را خواهد داشت.

کلام آخر: برندگان رقابت

برای تعیین برنده این رقابت و مشخص نمودن سریع‌ترین و کارآمدترین پروسسور موبایلی سال 2019 مطمئنا باید از دیوایس‌های واقعی و نتایج رو در رو استفاده نمود اما تا این لحظه و تا قبل از معرفی دیوایس‌های متعدد (حداقل برای Snapdragon 855 و Exynos 9820) از روی اعداد و ارقام شاید بتوان Snapdragon 855 را در زمینه پردازشی به‌خصوص پردازش‌های تک هسته‌ای در بالاترین جایگاه این رقابت قرار داد و پس از آن احتمالا به ترتیب Kirin 980 و Exynos 9820 قرار می‌گیرند. البته در زمینه پردازش‌های چند رشته‌ای احتمال تعویض جایگاه اول و دوم این لیست نیز دور از ذهن به نظر نمی‌رسد. ذکر این نکته نیز کاملا اهمیت دارد که هنوز اطلاعات کاملی در مورد عملکرد هسته‌های قوی‌تر M4 در Exynos 9820 در دست نیست و همین مسئله ممکن است ترتیب اشاره شده در بالا را با تغییر روبرو سازد.

در بخش گرافیک احتمالا، Snapdragon 855 با Adreno 640 به پیشتازی خود ادامه می‌دهد و جایگاه‌های دوم و سوم نیز به ترتیب به Exynos 9820 و Kirin 980 تعلق می‌گیرد.

SD855 در زمینه ارتباطی و دیگر نکات جانبی با تکیه بر LTE پر سرعت، امکان پشتیبانی از 5G، پشتیبانی از پخش وضوح 8K و شارژ سریع در جایگاه بهتری نسبت به رقبا قرار گرفته و شرایط برای تحسین Exynos 9820 و Kirin 980 نیز کاملا وجود دارد.

در یک نگاه کلی هر سه چیپ‌ست پردازشی Snapdragon 855 ،Kirin 980 و Exynos 9820 از امکانات گسترده و قدرت بالائی در زمینه‌های پردازشی، گرافیکی و ارتباطی برخوردار بوده و با وجود برخی اختلاف‌ها در اجرا، بی‌شک برترین راه‌حل‌های پردازش موبایلی در کلاس اندروید به حساب می‌آیند؛ این اختلاف‌ها را با وجود آنکه در بنچ‌مارک‌های مختلف می‌توان به عینه مشاهده کرد اما در عمل تفاوت بزرگ و خاصی برای اکثر قریب به اتفاق کاربران ایجاد نکرده و در دنیای واقعی شرایط برای تحسین هر سه حداقل تا پایان سال 2019 به‌خوبی فراهم است.