هر آنچه باید درباره چیپست موبایل (SoC) بدانید - طفره

طراحی تراشه یک موضوع بسیار تخصصی به حساب می آید و برای درک کامل جزئیات این موضوع، باید سال ها مطالعه و پژوهش انجام داد. اما در این مطلب قصد داریم با زبان بسیار ساده، مهم ترین مفاهیم مربوط به چیپست موبایل را تشریح کنیم تا درک مطالب مربوط به آن ها ساده تر گردد.

سیستم روی چیپ (SoC) چیست؟

سیستم روی چیپ یا همان SoC، یک سیستم پردازشی کامل به حساب می آید که درون یک پکیج واحد قرار گرفته است. یک SoC از چندین بخش پردازشی، مموری، مودم و دیگر قطعات اساسی تشکیل شده که درون یک چیپ قرار گرفته و بر روی برد مدار تعبیه شده اند.

ترکیب چندین بخش مختلف در یک تراشه منجر به صرفه جویی در فضا، هزینه و مصرف انرژی می گردد. به زبان بسیار ساده، یک SoC یا چیپست مغز موبایل شما است که از تمام پردازش های سیستم عامل گرفته تا تشخیص فشردن دکمه پاور را انجام می دهد. همچنین هر چیپست با دیگر قطعات موبایل مانند دوربین ها، نمایشگر، رم، حافظه داخلی و دیگر بخش ها ارتباط برقرار می نماید.

در ادامه می توانید لیست قطعات رایج تعبیه شده در چیپست موبایل را مشاهده کنید که در ادامه این مطلب، به مهم ترین بخش های تراشه بیشتر می پردازیم.

• واحد پردازش مرکزی (CPU): مغز چیپست محسوب می گردد که بیشتر کدهای سیستم عامل و بیشتر اپلیکیشن ها را اجرا می نماید.
• واحد پردازش گرافیکی (GPU): وظایف مربوط به گرافیک مانند به تصویر کشیدن رابط کاربری اپلیکیشن و اجرای بازی های دو بعدی و سه بعدی را مدیریت می نماید.
• واحد پردازش تصویر (ISP): داده های دریافتی از دوربین را به فایل های تصویری و ویدیویی تبدیل می نماید.
• پردازنده سیگنال دیجیتال (DSP): نسبت به واحد پردازش مرکزی، محاسبات پیشرفته تر ریاضی را بر عهده می گیرد. به عنوان مثال می توانیم به خروج فایل های موسیقی از حالت فشرده و تحلیل داده های مربوط به ژیروسکوپ اشاره کنیم.
• واحد پردازش عصبی (NPU): این بخش عمدتاً در تراشه های پرچم دار و رده بالا استفاده می گردد تا سرعت پردازش های مربوط به یادگیری ماشینی را افزایش دهد. به عنوان مثال می توانیم به تشخیص صدا و پردازش تصاویر اشاره کنیم.
• انکودر و دیکودر ویدیو: تبدیل انواع فایل های ویدیوی را با مصرف انرژی کمتری انجام می دهد.
• مودم ها: سیگنال های بی سیم را به داده های قابل درک برای گوشی تبدیل می نمایند. در این بین می توانیم به مودم های 4G، 5G، وای فای و بلوتوث اشاره کنیم.

علاوه بر این موارد، وقتی که صحبت از چیپست موبایل به میان می آید معمولا به فناوری استفاده شده برای فراوری آن هم اشاره می گردد که واحد آن نانومتر است. به زبان بسیار ساده، هرچقدر این عدد کمتر باشد، سیم کشی داخل چیپست کوچک تر است که این موضوع منجر به بهینگی مصرف انرژی و کاهش اندازه چیپست می گردد. فناوری های مختلفی برای ساخت تراشه ها مورد استفاده قرار می گیرد و فقط بر اساس این موضوع نمی توانیم آن ها را مقایسه کنیم. در حال حاضر 5 نانومتر کوچک ترین فناوری ساخت چیپست موبایل محسوب می گردد.

نمونه های چیپست موبایل

حالا که مهم ترین ویژگی های چیپست موبایل را مطرح کردیم، بهتر است در این زمینه مثال هایی را مطرح کنیم. در حال حاضر کوالکام، اپل، سامسونگ، هواوی و مدیاتک عظیم ترین نام های بازار چیپست موبایل محسوب می شوند و گوشی شما از تراشه ساخت یکی از این شرکت ها بهره می برد.

در بازار جهانی، کوالکام عظیم ترین تأمین نماینده چیپست موبایل به حساب می آید و بخش زیادی از گوشی های پرچم دار، میان رده و حتی پایین رده از تراشه های این شرکت بهره می برند. تراشه های سری 800 اسنپ دراگون کوالکام بیشترین توان پردازشی را ارائه می دهند و بهترین مدل آن اسنپدراگون 888 نام دارد. تراشه های میان رده کوالکام هم در سری 600 و 700 اسنپدراگون قرار دارند. در سری 400 اسنپدراگون هم شاهد تراشه های پایین رده هستیم.

• تاریخچه چیپست های سری اسنپدراگون 800

چیپست های اگزینوس سامسونگ هم در سه رده پرچم دار، میان رده و پایین رده قرار دارند. این محصولات قبلا به عنوان سری اگزینوس 9900، 9800 و 9600 شناخته می شدند و سری اگزینوس 700 هم در گوشی های بسیار ارزان مورد استفاده قرار می گرفتند. اما حالا جدیدترین تراشه پرچم دار سامسونگ، اگزینوس 2100 نام دارد و اگزینوس 1080 هم یک تراشه میان رده با قابلیت پشتیبانی از اینترنت 5G است.

نام گذاری تراشه های سامسونگ شباهت زیادی به رویکرد هواوی داشت که البته حالا این رویکرد تغییر نموده است. کایرین 9000 جدیدترین تراشه هواوی به حساب می آید که در دو مدل 4G و 5G عرضه شده است. سری کایرین 600 هم مشابه سری 600 اسنپدراگون هستند و برای گوشی های میان رده مورد استفاده قرار می گیرند. در نهایت باید به تراشه های مدیاتک اشاره کنیم که مثلا سری P در گوشی های مقرون به صرفه استفاده می گردد و سری G هم گوشی های گیمینگ را هدف گرفته است.

پردازنده مرکزی

معمولا از واحد پردازش مرکزی به عنوان پردازنده یاد می گردد و کاربران زیادی تا حدی با این بخش از چیپست آشنا هستند. پردازنده بسیار انعطاف پذیر است و از پس انجام وظایف مربوط به طیف وسیعی از وظایف مختلف برمی آید. روی هم رفته، پردازنده سیستم عامل و اپلیکیشن ها را اجرا می نماید و همچنین مسئولیت همگام سازی داده های بین دیگر پردازشگرهای درون چیپست را بر عهده دارد.

پردازنده ها با استفاده از واحدهای موسوم به پیش بینی، ثبات و اجرا کار خود را انجام می دهند. ثبات ها یا رجیسترها دارای داده های اندکی هستند که معمولا فرمت این داده ها 64 بیتی است. واحدهای اجرا هم با استفاده از یک یا چند ثبات، کارهایی مانند خواندن یا نوشتن در حافظه یا محاسبات ریاضی را انجام می دهند. لازم به ذکر است یک پردازنده به طور همزمان می تواند از چندین واحد اجرا استفاده کند.

پردازنده ها به لطف انعطاف پذیری بالا می تواند کارهای متنوعی را انجام دهند. عملکرد آن ها تا حد زیادی به سرعت کلاک (به گیگاهرتز)، تعداد هسته ها و همچنین معماری آن بستگی دارد. تمام چیپست های موبایل مبتنی بر معماری Arm هستند و پردازنده مرکزی آن ها معمولا از 8 هسته استفاده می نمایند. هسته های اصلی وظایف سنگین را انجام می دهند و هسته های ضعیف تر هم انرژی کمتری را مصرف می نمایند و برای کارهای معمولی مورد استفاده قرار می گیرند.

گرافیک مجتمع

در کنار پردازنده، واحد پردازش گرافیکی (GPU) هم یکی دیگر از مهم ترین بخش های چیپست موبایل محسوب می گردد. پردازنده گرافیکی برخلاف پردازنده اصلی همه فن حریف نیست و در نتیجه طراحی متفاوتی هم دارد. این قطعه به طور موازی قادر به پردازش چندین تابع ریاضیاتی است و این کار را بسیار سریع تر از پردازنده مرکزی انجام می دهد. لازم به ذکر است میلیون ها پیکسل در نمایشگر گوشی شما وجود دارد که هرکدام از آن ها هنگام استفاده از اپلیکیشن یا بازی موردنظر باید محاسبه شوند.

بیشتر فرایندهای گرافیکی بارها و بارها تکرار می شوند تا تمام پیکسل های نمایشگر را پوشش دهند. به همین خاطر، پردازنده های گرافیکی طوری طراحی شده اند که می توانند حجم عظیمی از محاسبات ریاضی را به طور همزمان انجام دهند.

برخلاف پردازنده های مرکزی که در هر سیکل یک یا دو عملیات را انجام می دهد، پردازنده های گرافیکی ده ها، صدها و حتی هزاران عملیات موازی را در هر سیکل مدیریت می نمایند. این موضوع ارتباط مستقیمی با اندازه و طراحی آن ها دارد.

مهم ترین پردازنده های گوشی های اندرویدی Mali و Adreno نام دارند که به ترتیب توسط شرکت های Arm و کوالکام توسعه پیدا نموده اند. هر دوی آن ها در مدل های مختلفی در چیپست موبایل تعبیه می شوند که توان پردازشی مختلفی را به ارمغان می آورند. اپل هم از پردازنده گرافیکی اختصاصی خود بهره می برد و قرار است AMD هم به زودی گرافیک تراشه های اگزینوس سامسونگ را متحول کند.

پردازش تصویر

یکی از مهم ترین معیارهای خرید گوشی، کیفیت دوربین آن است. اگرچه کیفیت سنسور و لنز اهمیت بسیار زیادی دارد، اما در عین حال اهمیت توان پردازش تصویر هم کمتر از آن ها نیست. به عنوان مثال می توانیم به عکس های جذاب پیکسل 4 اشاره کنیم که با دوربین های بسیار ساده ای ثبت می شوند.

در حالی که بخش اصلی ویرایش و تغییر عکس های عمدتا با بهره گیری از پردازنده مرکزی و پردازنده گرافیکی انجام می گردد، اما قبل از ذخیره کردن عکس ها معمولا پردازش های متنوعی صورت می گیرد. واحد پردازش تصویر نسخه تخصصی تر پردازنده سیگنال دیجیتال است که کارهایی مانند فوکوس، کاهش نویز و شفاف سازی تصاویر را بر عهده دارد. به عبارت دیگر، اطلاعات دیجیتالی به دست آمده از سنسور را به عکس های جذاب تبدیل می نماید.

پردازش هوش مصنوعی

اصطلاحاتی مانند واحد پردازش عصبی، پردازنده هوش مصنوعی و هسته های یادگیری ماشینی اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند اما در چیپست های موبایل امروزی معنای یکسانی دارند؛ یک پردازنده که به طور تعیین برای ریاضیات و الگوریتم های رایج شبکه های عصبی بهینه شده است.

درست مانند پردازنده های گرافیکی که برای ریاضیات گرافیکی و واحدهای پردازش تصویر که برای پردازش تصاویر بهینه شده اند، واحدهای پردازش عصبی هم طوری طراحی شده اند تا شبکه های عصبی و وظایف مربوط به یادگیری ماشینی را با سرعت و کارایی بیشتری نسبت به پردازنده مرکزی اجرا نمایند. این واحدهای پردازش عصبی از حافظه کش اختصاصی هم بهره می برند تا بدون احتیاج به استفاده از حافظه رم، کارهای موردنظر را انجام دهند.

شبکه های عصبی معمولا برای فرایندهایی مورد استفاده قرار می گیرند که به چندین داده ورودی برای ارائه یک خروجی واحد احتیاج دارند. واحدهای پردازش عصبی جدیدترین بخش چیپست موبایل محسوب می شوند که عمدتا برای تراشه های پرچم دار و میان رده های پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرند اما در حال راهیابی به تراشه ها و گوشی های ارزان قیمت نیز هستند.

مودم های 4G و 5G

یکی دیگر از بخش های مهم چیپست موبایل، مودم مختص اینترنت موبایل است که امکان اتصال به اینترنت اپراتورهای مخابراتی را امکان پذیر می نماید. مودم های مختلف در زمینه سرعت و کیفیت اینترنت تفاوت هایی با یکدیگر دارند. بهترین مودم ها از سرعت بالاتر از 1 گیگابیت در ثانیه پشتیبانی می نمایند و همچنین باید به مودم های وای فای و بلوتوث هم اشاره کنیم ولی تمرکز این بخش از مطلب معطوف به مودم های 4G و 5G است.

تمام چیپست های موبایل عرضه شده در چند سال اخیر دارای مودم 4G یکپارچه هستند. این یعنی مودم موردنظر درون چیپست موبایل تعبیه شده است. اولین مودم های 5G اکسترنال بودند و این یعنی آن ها باید به چیپست موبایل وصل می شدند. چنین رویکردی از نظر مصرف انرژی چندان بهینه نیست اما به شرکت های مختلف اجازه می دهد که به راحتی پشتیبانی از اینترنت 5G را برای گوشی های خود ارائه دهند.

از طرف دیگر، در حال حاضر چندین چیپست دارای مودم 5G یکپارچه در بازار حضور دارند. تراشه های پرچم دار از مودم های 5G یکپارچه بهره می برند که از امواج میلی متری و فرکانس های زیر 6 گیگاهرتز مختص اینترنت 5G پشتیبانی می نمایند. همچنین کوالکام و مدیاتک از جمله شرکت هایی هستند که چندین تراشه ارزان قیمت با قابلیت پشتیبانی از فناوری 5G را معرفی نموده اند.

سخن آخر

اگرچه هواداران پروپاقرص تکنولوژی و گوشی های هوشمند علاقه دارند که تعیینات پردازنده های مرکزی و پردازنده های گرافیکی را با یکدیگر مقایسه نمایند، اما با پیشرفت تکنولوژی روزبه روز فاصله بین آن ها کمتر می گردد. چیپست های موبایل دیگر مانند گذشته فقط متمرکز بر چند قابلیت محدود نیستند و هماهنگی بین قابلیت های مختلف اهمیت بیشتری پیدا نموده است.

گوشی های امروزی نسبت به گذشته کارهای بسیار متنوع تری را انجام می دهند. در نتیجه، تعداد پردازنده های اختصاصی موجود در چیپست همچنان در حال افزایش است. چند سال قبل، مهم ترین قطعات چیپست های موبایل پردازنده اصلی و پردازنده گرافیکی بودند اما حالا واحد پردازش تصویر، بخش پردازش عصبی و پردازشگر سیگنال دیجیتال اهمیت زیادی پیدا نموده اند. کاربران اندکی به این قطعات توجه نشان می دهند اما با پیشرفت امکانات امنیتی، یادگیری ماشینی و اینترنت 5G، اهمیت آن ها روزبه روز بیشتر از گذشته می گردد.

• چرا چیپست های پرچم دار موبایل دیگر اهمیت گذشته را ندارند؟

منبع: Android Authority