چه تفاوتی بین انواع پردازنده های ARM وجود دارد؟

از طرف دیگر شرکت Texas Instruments که سازنده چیپ های معروف موبایل OMAP است؛ دم از پردازنده های OMAP 4 می زند. در همین حال که همه در حال صحبت از سرعت کلاک بالاتر هستند، بعضی چیزهای مهم در پردازش موبایلی در این بین گم می شوند. در این مقاله می خواهیم ببینیم که چه فرقی بین پردازنده های مختلف موبایل بر پایه پلتفرم ARM وجود دارد. پس روی ادامه مطلب کلیک کنید تا فرق بین OMAP، Snapdragon، Tegra و Hummingbird را بیابید. ما می خواهیم به عمق SoC يا همان System on Chip ها وارد شویم پس بحث ما از سرعت کلاک فراتر خواهد رفت. با ما همراه باشید

- Hummingbird از سامسونگ:

پردازنده های Hummingbird از سامسونگ برای اولین بار در تلفن Galaxy S به کار گرفته شدند. هامینگبرد از معماری 45 نانومتری Cortex A8 استفاده می کند. تنظیمات دستورالعملی آن هم روی نسخه هفتم تنظیمات ارائه شده توسط ARM ست شده اند که به ARMv7 Instruction Set شناخته می شود. این بخش از پردازنده را (( پردازنده برنامه)) نیز می نامند.

این که می گوییم معماری از تکنولوژی 45 نانومتری تبعیت می کند یعنی این که ترانزیستور ها کوچکتر هستند و به این ترتیب می توان در سایز یکسان ترانزیستور های بیشتری روی آن جا داد. مثلا روی یک چیپ 1 اینچی با معماری 45 نانومتری ترانزیستور های بیشتری نسبت به معماری 55 نانومتری جا می شود. چون هر کدام از ترانزیستور ها 10 نانومتر کوچکتر هستند. لازم به ذکر است که کوچک کردن ترانزیستور ها روی عملکرد آن ها تاثیر مستقیمی ندارد. تاثیر غیر مستقیم آن این است که گرما را کاهش داده و با گرمای کمتر موجب عملکرد بهتر آن ها می شود.

اما استفاده از معماری ARM فقط قدم اول در طراحی یک SoC است. پس سامسونگ باید برای یک SoC اقدام به تولید بخش هایی دیگر بنماید که کاملا از پردازنده ARM جداهستند. در واقع یک SoC کامل نیاز به کدگذار و کدگشا های ویدئویی – پردازنده های گرافیکی سخت افزاری دو و سه بعدی – هسته های CPU و پردازنده صوتی دارد. وقتی می گوییم یک اس.او.سی بر مبنای ARM طراحی شده، یعنی این که در هسته های CPU و بعضا در سایر ارگان ها از تکنولوژی های ساخت ARM استفاده می نماید.

در مورد Hummingbird سامسونگ با عوض کردن طراحی منطقی CPU توانسته است امکان انجام عملیات باینری را با دستورالعمل های کمتر محقق کند. این یعنی Hummingbird در قسمت CPU قادر است که همان عملیات را به طور کامل اجرا کند؛ اما در مدت زمان کمتر. این باعث شده است که هامینگبرد بتواند 5 تا 10 درصد بهتر از تکنولوژی اصلی ای .آر.ام عمل نماید.

در طراحی هامینگبرد؛ سامسونگ بر مدیریت صحیح و درست مصرف انرژی، ضمن کلاک بالا تاکید داشته است. تا حالا بیشتر هامینگبرد ها روی کلاک 1 گیگاهرتز تنظیم شده اند اما تلفن Infuse 4G که به زودی وارد بازار خواهد شد، روی فرکانس 1.2 گیگاهرتز کار می کند. همچنین هامینگبرد 32 کیلوبایت کش برای داده ها و دستورالعمل ها اختصاص داده و البته سایز کش L2 آن متغیر است. SoC های هامینگبرد از افزونه های ARM NEON برای عملیات مولتی مدیا استفاده می نماید. استفاده از NEON برای سامسونگ؛ واقعا یک مزیت محسوب می شود. با وجود آن، هامینگبرد قادر به عملکرد بهتر در زمینه کدگذاری و کدگشایی سخت افزاری ویدئو ها – پردازش گرافیک با کیفیت بالا و پردازش صدا خواهد بود.

بخش دیگر یک اس.او.سی را GPU آن تشکیل می دهد. این چیپ از PowerVR SGX540 به عنوان پردازنده گرافیک استفاده می کند. در تئوری، Hummingbird باید قادر به رندر کردن 90 میلیون اشکال مثلثاتی در ثانیه باشد. پس می توان پردازنده گرافیکی آن را یک واحد کاملا قدرتمند توصیف کرد که توانست در همان بدو ورودش Snapdragon را در پردازش گرافیکی مغلوب خود سازد. اگر چه نسل جدید پردازنده های Snapdragon بعضی چیز ها را کاملا تغییر دادند. ضمنا باید به این نکته اشاره کنیم که معماری پردازنده های A4 شرکت اپل که در آیفون و ... استفاده می شوند هم بسیار شبیه Hummingbird می باشد.

- Snapdragon از Qualcomm

Snapdragon اولین ((سیستم روی چیپی)) بود که سرعت 1 گیگاهرتزی را در اختیار شما قرار می داد. اولین نسل از پردازنده های اسنپ دراگون را می توانید روی تلفن هایی مانند HD2، نکسوس وان و Evo 4G مشاهده کنید. حالا نسل جدید چیپ های Snapdragon می خواهد چند پله بالا تر برود. برخلاف هامینگبرد، اسنپ دراگون از ((پردازنده برنامه)) ARM استفاده نمی کند. بلکه Snapdragon از هسته هایی استفاده می کند که توسط خود کوالکام طراحی شده و Scorpion یا عقرب نامیده می شوند. خیلی از امکانات این هسته ها مشابه Cortex A8 است اما هنوز از ARMv7 Instruction Set استفاده نمی کنند و سیستم دستورالعملی این هسته های پردازنده متفاوت است.

استفاده از سیستم دستورالعملی متفاوت باعث شده که قدرت پردازش دستورالعمل ها در سیکل کلاک، کمی بهتر از Cortex A8 باشد. آخرین نسل از چیپ های اسنپ دراگون که روی Nexus One قرار گرفته بود از تکنولوژی 65 نانومتری استفاه می کرد. اما الان، تلفن هایی مانند Desire Z , Tunderbolt و Desire HD از نسل جدید اسنپ دراگون ها و بر پایه تکنولوژی 45 نانومتری استفاده می نمایند. همانطور که در قسمت هامینگبرد خواندید، این یعنی ترانزیستور های بیشتر – گرمای کمتر و در نتیجه عملکرد بهتر. به طوری که حتی در فرکانس 800 مگاهرتز هم می تواند عملکردی بهتر از نسل قبلی 1 گیگاهرتزی اش ارائه دهد!

در بخش پردازنده گرافیکی باید گفت که کوالکام، Adreno که از سوی شرکت AMD ارائه شده را برگزیده است. در نسل قبلی که روی تلفن هایی مانند نکسوس وان ارائه شده بود، از Adreno 200 استفاده می شد که یک انتخاب کاملا ضعیف بود و توانایی برای رقابت نداشت. اما حالا در نسل جدید از Adreno 205 استفاده شده که در سرعت به اندازه Hummingbird سریع است. اما نه سریع تر از آن. عملکرد کوالکام را می توان در حل این مشکل بزرگ؛ تحسین برانگیز اعلام کرد.

کار دیگر این است که کوالکام هم GPS و هم آنتن های تلفن همراه را به SoC خودش اضافه کرده است. این کار یک الزام در تولید SoC نیست. اما کوالکام با استفاده از این قابلیت به توسعه دهندگانش اجازه داده است که تلفن های همراه خود را راحت تر طراحی کنند و بسازند. این کار به باریک تر کردن طراحی هم کمک می کند. اگر نه طراحان می توانند به جای آنتن از کامپوننت های دیگری استفاده کنند و امکانات تلفن هایشان را باز هم بیشتر نمایند. این هم دلیلی است برای این که کارخانه های زیادی با کوالکام کارکنند و مدل های بیشتری از آن تولید شوند.

می توان گفت که اسنپ دارگون بسیار سفارشی شده تر از هامینگبرد است و انجصار گرایی بیشتری در تکنولوژی هایش به خرج داده تا به یک پردازنده خوب و متفاوت تبدیل شود.

- OMAP از Texas Instrumennts:

این همان پردازنده ایست که در قلب موتورلا دروید در سال 2009 قرار داده شد. مانند سامسونگ، Texas Instruments هم تحت لیسانس Cortex A8 کار می کند اما برخلاف سامسونگ اقدام به اصلاح سیستم دستورالعمل و پردازش منطقی نکرده است. و برخلاف دیگر کارخانه ها، در هر نسل از این پردازنده ها چند مدل وجود دارد که کمی کاربر را در این که واقعا چه درون آن می گذرد گیج می کند!

سری OMAP 34x از تکنولوژی قدیمی 65 نانومتری استفاده می کردند اما در سری OMAP 36x از تکنولوژی 45 نانومتری استفاده می شود. TI تعدادی از عناصر جالب را به SoC خود افزوده است که تعدادی از آن ها بیشتر از بقیه کاراییی دارند. یک شتاب دهنده IVA 2 وجود دارد که از کدگذاری سخت افزاری اختاصی برای سنسور دوربین پشتیبانی می کند. با وجود هماهنگی این شتاب دهنده با پردازشگر یک پارچه سیگنالی (ISP : Integrated Signal Processor) آن شما می توانید عکس هایی سریع تر و بهتر + مصرف کمتر باتری را تجربه نمایید. GPU آن بسیار شبیه آن چیزی است که در iPhone 3Gs استفاده شده و همچنین مانند هامینگبرد از NEON استفاده می کند تا عملکرد مولتی مدیای خوبی را ارائه دهد.

حالا TI دارد سخت روی طراحی سری OMAP 4 کار می کند. شاید بتوانیم در سال آینده چند نمونه از گجت های مبتنی بر آن را ببینیم. گرچه هیچ کس انتظارش را نداشت، اما معلوم شد که در تبلت Playbook هم از همین پردازنده استفاده شده است. این چیپ جدید هم مانند هامینگبرد از پردازنده گرافیکی PowerVR SGX540 استفاده می نماید و شتاب دهنده تصویری آن به IVA 3 ارتقاء یافته است. وقتی هم به سراغ پردازنده اصلی برویم باید از دو هسته ی Cortex A9 با فرکانس 1 گیگاهرتز صحبت کنیم. این چیپ احتمالا رقیبی برای تگرا 2 خواهد شد اما فعلا هنوز در مرحله پیشگویی می باشد.

- تگرا 2 از انویدیا:

راستش؛ هم در مورد کرتکس A9 و هم در مورد تگرا 2 خیلی صحبت کردیم. به همین دلیل می توانید بررسی تخصصی این چیپ را در این مقاله بخوانید. اگر هم می خواهید از نسل بعدی یعنی تگرا 3 و تگرا 2.5 اطلاع پیدا کنید؛ به این جا مراجعه کنید. برای حالا فعلا کافی است بدانید که پردازنده گرافیکی این چیپ از PowerVR 540 هم سریع تر است – مصرف باتری بسیار کمی دارد – از دو هسته Cortex A9 با فرکانس 1 گیگاهرتز استفاده می کند – از خروجی HDMI و فیلم های تمام اچ.دی پشتیبانی کرده و روی تلفن های بسیار قدرتمندی مانند Atrix به کار گرفته شده است.

همچنین باید به پردازنده گرافیکی 8 هسته ای آن اشاره کنیم که البته از استاندارد های PC طبعیت نمی کند و 4 تا از این هسته ها به سایه زن ها و 4 تای دیگر آن به پردازش پیکسل ها اختصاص پیدا می کند. معماری GPU با CPU زمین تا آسمان اختلاف دارد و هسته های بیشتر لزوما به اندازه CPU در عملکرد موثر نیستند. بلکه می توان آن ها را مجموعه ای از استریم پروسسور ها یا CUDA ها دانست که در 8 کلاستر یا گروه جمع شده اند. مانند کارت GTX 480. البته با قدرت بسیار کمتر از آن و بیشتر از سایر پردازنده های موبایل!

- سخن آخر:

تا کنون انویدیا توانسته است با معرفی تگرا 2 از رقیبانش پیشی بگیرد. البته این شرکت به همینجا بسنده نکرده و تگرا 2.5 و تگرا 3 را هم رونمایی کرده است و قرار است آن ها را در سال 2012 به بازار عرضه کند. پس این پیشرو ترین شرکت در این بازار خواهد بود.

پلتفرم کوالکام هم سفارشی سازی شده ترین SoC در این بین به شمار می رود که تقریبا سعی کرده که همه چیز را منحصر به فرد به کار ببرد. به دلیل توسعه پذیری بالا و طراحی آسان گوشی های مبتنی بر این پلتفرم، روی بسیاری از مدل های تلفن همراه از اسنپ دراگون استفاده می شود.

در مورد OMAP فعلا نمی توانیم اظهار نظر کنیم. چون فعلا همه چیز درباره نسل بعدی آن در مرحله پیشگویی قرار دارد. اما در آینده دو حالت بیشتر نخواهد داشت: اول این که: وعده ها درست بوده و به رقیبی برای تگرا 2 تبدیل می شود. دوم اینکه : اگر وعده های داده شده اش را عملي نکند؛ وضعیتی مشابه افشین قطبی در فوتبال ایران پیدا میکند!

و حالا وقتی که به پایان کار و هامینگبرد می رسیم باید از موفقیت آن در تلفن های همراه یاد کنیم و این که الهام بخش پردازنده A4 اپل بوده است و همچنان منتظر هستیم که عملکردش را بهبود ببخشد و بهتر از این ها هم عمل کند.

شما از بین این پردازنده ها، کدام را بیشتر می پسندید و آینده آن را روشنتر می دانید؟ نظر خود را بیان کنید.