بهترین سیستم-روی-یک-چیپ (SoC) کدام است: کوالکام Snapdragon S4 دوهسته‌ای یا سامسونگ Exynos 4412 d و انویدیا Tegra 3 چهارهسته‌ای؟

آیا یک پردازنده ۲ هسته‌ای همیشه از ۴ هسته‌ای ضعیف‌تر است؟ مقایسه قدرت پردازش یک وسیله دیجیتال در این روزها کار ساده‌ای نیست، دیگر با مقایسه یک یا دو عدد نمی‌توان سریع قضاوت کرد که چه سیستم-روی-یک-چیپی (SoC) بهتر است. باید نقاط قوت و ضعف هر یک را سنجید و بر اساس نیاز مصرف‌کننده تصمیم گرفت، چرا که واقعا برنده‌ای بی رقیب در این نبرد وجود ندارد. در این مقاله زومیت قصد دارد به این ابهام بزرگ پاسخ دهد که آیا تعداد هسته‌ها می‌تواند معیار مناسبی برای سنجیدن قدرت پردازش باشد یا خیر و اینکه هر یک از سه غول دنیای موبایل دقیقا چگونه عمل می‌کنند. با زومیت همراه باشید تا ببینید بهترین پردازنده موبایل برای شما کدام است.

اطلاعات و بنچمارک‌های پردازنده‌های مختلف در این مقاله نتیجه جمع آوری مجموعه بزرگی از اطلاعات از منابع معتبر است، بسیاری از این اعداد واقعی به نظر می‌رسند و چه بسیار اعدادی که با یکدیگر تناقض داشتند. ما داده‌های غیرمعتبر را حذف نموده و اعدادی که درست به نظر می‌رسیدند و از منابع معتبر‌تر بدست آمده‌ بودند را در نظر گرفتیم تا نتیجه ساعت‌ها جستجو و تحلیل در یک مقاله در اختیار شما قرار گیرد. در ضمن از گنجاندن اطلاعات و مشخصات فنی که روی تصمیم گیری تاثیری ندارند خودداری کردیم تا بشکلی بهینه‌تر، تنها به مسائل مهم بپردازیم.

سیستم-روی-یک-چیپ یا SoC چیست؟

به مدار مجتمع (IC) یا تراشه‌ای می‌گویند که تمام عناصر یک کامپیوتر را در خود داشته باشد. ساختار SoC تولید شرکت‌های مختلف، بعضا تفاوت‌های کوچکی با یکدیگر دارند، اما همگی آنها معمولا شامل کنترلر حافظه، حافظه کش پردازنده، پردازنده اصلی، پردازنده گرافیکی، کنترلر ورودی/خروجی‌ها، رگولاتور ولتاژ و بسیاری قطعات بزرگ و کوچک دیگر می‌شود. در مواردی مانند SoC شرکت کوالکام ، این سیستم-روی-یک-چیپ شامل چیپ کنترل کننده شبکه‌های مخابراتی نسل چهارم و سوم ، بلوتوث و WiFi نیز می‌شود که باعث هزینه کمتر برای تولید کنندگان در طراحی تلفن هوشمند شده است. پس SoC ترکیبی از چند پردازنده و تراشه کنترلر و گنجاندن آنها در کنار هم و در یک تراشه کوچک است.

در ابتدا ساختار این پردازنده‌ها و یا به عبارت درست‌تر سیستم-روی-یک-چیپ‌ها (SoC) را با یکدیگر مقایسه می‌کنیم.

SoCلیتوگرافیپردازنده اصلیپردازنده گرافیکیپهنای باند رم
NVIDIA Tegra 3/Kal-El40nm4 x ARM Cortex A9 w/ MPE @ ~1.3GHzGeForce++1 x 32-bit LPDDR2
Samsung Exynos 421232nm4 x ARM Cortex A9 w/ MPE @ 1.4-1.6GHzARM Mali-400 MP42 x 32-bit LPDDR2
Qualcomm MSM896028nm2 x Krait @ 1.5GHzAdreno 2252 x 32-bit LPDDR2
TI OMAP 446045nm2 x ARM Cortex A9 w/ MPE @ 1.5GHzPowerVR SGX 5402 x 32-bit LPDDR2
TI OMAP 447045nm2 x ARM Cortex A9 w/ MPE @ 1.8GHzPowerVR SGX 5442 x 32-bit LPDDR2
TI OMAP 528nm2 x ARM Cortex A15 @ 2GHzPowerVR SGX 544MPx2 x 32-bit LPDDR2

همانطور که مشاهده می‌کنید در این بخش پردازنده کوالکام S4 و سامسونگ Exynos 4412 به دلیل پشتیبانی از 2 درگاه 32 بیتی رم LPDDR2 بهتر از Tegra 3 به نظر می‌رسند و در زمینه‌ لیتوگرافی یا اندازه‌ ترانزیستورها پردازنده کوالکام از رقبا پیشرفته‌تر و به‌روز‌تر بوده و لیتوگرافی آن 28 نانومتری است.

اهمیت‌ لیتوگرافی پردازنده و تاثیر آن بر عوامل مختلف

اگر بخواهیم لیتوگرافی را بصورت خلاصه و ساده توضیح دهیم، لیتوگرافی فرایند چاپ ترانزیستورها در نیمه هادی است. هر چه در این فناوری فاصله بین ترانزیستورها کمتر باشد، تعداد بیشتری ترانزیستور در تراشه جای شده و علاوه بر آن دمای تولید شده و انرژی مورد نیاز نیمه هادی نیز کاهش می‌یابد. پس در کل هر چه لیتوگرافی دقیق‌تر باشد بهتر است. به عنوان مثال تراشه‌های ساخته شده با فناوری لیتوگرافی ۲۲ نانومتری نسبت به ۳۲ نانومتری انرژی کمتری مصرف نموده و دمای کمتری نیز ایجاد می‌کنند. برای اینکه این موضوع بهتر برایتان قابل درک باشد به تصویر منتشر شده توسط دو شرکت سامسونگ و کوالکام که در آن اهمیت کاهش‌ اندازه پردازنده نمایش داده شده، توجه کنید. در ابتدا تصویری که شرکت کوالکام ارایه کرده را مشاهده می‌کنید:

SoC-war-power-temp-diagram

همانطور که مشاهده می‌کنید در شرایط یکسان در تمامی‌ دما‌ها‌ لیتوگرافی 28 نانومتری مصرف کمتری دارد و نکته مهم دیگر این است‌ که تراشه در لیتوگرافی 40 نانومتری خیلی سریع‌تر به دمای نهایی خود می‌رسد و برای رسیدن به عملکرد مناسب حتما باید زیر آن دما کار کند.

در پایین تصویر دیگری که شرکت سامسونگ برای مقایسه مصرف انرژی تراشه 32 نانومتری با معادل 40 یا 45 نانومتری ارائه کرده است را مشاهده می‌‎کنید:

Exynos2-640x354

در این عکس نیز تفاوت مصرف انرژی مشهود است. به گفته سامسونگ چیپ 32 نانومتری بیش از 30 درصد کمتر از معادل 40 یا 45 نانومتری انرژی مصرف می‌کند در حالی که فرکانس بالاتری نیز دارد (1.5 گیگاهرتز در مقابل 1.2 گیگاهرتز).

پس تاثیر مستقیم‌ لیتوگرافی در شرایط و معماری یکسان را می‌تواند در موارد زیر خلاصه کرد:

  • کاهش مصرف انرژی در شرایط مشابه
  • دمای کمتر تراشه در شرایط کاری مشابه و دیرتر رسیدن به دمای نهایی (دمایی که عملکرد پردازنده شروع به افت ملموس خواهد کرد)
  • امکان افزایش تعداد ترانزیستورها و متقابلا افزایش سرعت و کارایی پردازنده
  • ارزان‌تر شدن تولید پردازنده به دلیل این که از یک ویفر سیلیکون تعداد بیشتری تراشه استخراج خواهد شد.
  • کاهش‌اندازه سیستم-روی-یک-چیپ (SoC)

بنابراین کوالکام Snapdragon S4 با دارا بودن‌ لیتوگرافی 28 نانومتر از بقیه رقبا جلو‌تر است، البته  تراشه 32 نانومتری HKMG یا High-K Metal Gate سامسونگ نیز راندمان بسیار خوبی دارد. در این میان انویدیا Tegra 3 تا حدی قدیمی‌ به نظر می‌رسد که در ادامه خواهیم گفت که چگونه انویدیا این مشکل را حل نموده است.

مقایسه پردازنده اصلی

در ابتدا باید گفت که این نبرد دو پردازنده 4 هسته‌ای و یک پردازنده 2 هسته‌ای است، که در نگاه اول ناعادلانه به نظر می‌رسد، اما نباید فراموش کرد که این پردازنده 2 هسته‌ای به طور کامل با یک فناوری از نسل جدید ساخته شده است (هسته پردازنده با نام Krait بر اساس معماری ARM Cortex-A15 و با طراحی اختصاصی کوالکام)، و راندمان بسیار بالاتری نسبت به معماری ARM Cortex-A9، که در SoC انویدیا و سامسونگ استفاده می‌شود،  ارایه می‌کند. جالب است بدانید که بر اساس اعداد منتشر شده در مورد عملکرد ARM-Cortex A15 (سه و نیم میلیون دستور Dhrystone در ثانیه به ازای یک مگاهرتز) می‌توان ادعا کرد که Krait شرکت کوالکام تقریبا با A15 عملکردی مشابه دارد. با توجه به اینکه A15 قرار است طی چند ماه آینده و اوایل سال 2013 وارد بازار شود، این یک موفقیت بزرگ برای کوالکام به حساب می‌آید. در نظر داشته باشید، برخی معتقدند که آیفون ۵ اپل که مجهز به SoC خود این شرکت با نام A6 است از معماری شبیه به ARM-Cortex A15 بهره می‌برد.

  ARM 11ARM Cortex A8ARM Cortex A9 ARM Cortex A15Qualcomm ScorpionQualcomm Krait
DMIPS/MHz1.252.02.53.52.13.3

این جدول معیاری را مقایسه می‌کند که نشان‌دهنده میزان محاسبات هسته پردازنده در یک ثانیه می‌باشد. این معیار در واقع میزان بهینه بودن ساختار هسته پردازنده را نشان می‌دهد و هر چه بالاتر باشد به معنای عملکرد بهتر در شرایط یکسان است (فرکانس، Cache، پهنای باند و... برابر).

بنابراین قدرت پردازش خام، SoC دو هسته‌ای کوالکام را بدون در نظر گرفتن طراحی معماری و هزاران معیار دیگر می‌توان تقریبا معادل 3 هسته ARM Cortex-A9 به حساب آورد. حال چیزی که مهم است عملکرد در دنیای واقعی است، پس به بنچمارک‌هایی که در اپلیکیشن‌های مختلف‌اندازه‌گیری شده‌اند، نگاهی بیاندازید.

 QuadrantVellamoAnTuTuSunSpider 0.9.1 (ms)Browser MarkLinpack Single-threadedLinpack Multi-threadedCF-Bench
Exynos 4412 4Core 1.6 Ghz/Mali400 4core6644246611736133015305
Exynos 4412 4Core 1.4 Ghz/Mali400 4Core445420721196014241610004113913110
Snapdragon S4 2Core 1.5 GHz/Adreno 22550002416650016001110001082179439
Tegra 3 1.4 Ghz 4Core1668166867001737110000521159479
Galaxy Nexus OMAP 4460200098660801988970004577
Intel Medfield Atom Z2460 1.6Ghz single core129812791050009092

مقایسه پردازنده گرافیکی

Tegra 3 از یک پردازنده گرافیکی 12 هسته‌ای Geforce که توان مصرفی و خروجی آن بهینه شده و کاهش یافته، استفاده می‌نماید، Exynos 4412 از یک پردازنده گرافیکی 4 چهارهسته‌ای Mali-400 شرکت ARM بهره می‌برد و در نهایت کوالکام از Adreno 225 هشت‌هسته‌ای که توسط خود این شرکت طراحی و تولید شده، استفاده می‌نماید، البته این پردازنده گرافیکی در SoC دو هسته‌ای S4 بکار گرفته شده است. در جدول زیر می‌توانید توان اسمی‌ این پردازنده‌های گرافیکی را مقایسه کنید:

 موبایل SoC GPU مقایسه
 Adreno 225PowerVR SGX 540PowerVR SGX 543PowerVR SGX 543MP2Mali-400 MP4GeForce ULPKal-El GeForce
SIMD Name-USSEUSSE2USSE2CoreCoreCore
# of SIMDs84484 + 1812
MADs per SIMD42444 / 21?
Total MADs3281632188?
GFLOPS @ 200MHz12.8 GFLOPS3.2 GFLOPS6.4 GFLOPS12.8 GFLOPS7.2 GFLOPS3.2 GFLOPS?
GFLOPS @ 300MHz19.2  GFLOPS4.8 GFLOPS9.6 GFLOPS19.2 GFLOPS10.8 GFLOPS4.8 GFLOPS?

متاسفانه انویدیا در رابطه با ساختار اصلی پردازنده گرافیکی Kal-El اطلاعاتی در اختیار خبرگزاری‌ها قرار نداده است. اما با مقایسه Adreno 225 و Mali-400 چهارهسته‌ای درمی‌یابیم که کوالکام این بار از لحاظ اسمی‌ تقریبا دو برابر رقیب خود قدرت پردازش دستورالعمل‌ها را دارد.

اما این اعداد برای کاربران نون و آب نمی‌شود و هرچند که در نهایت این اعداد تاثیر مستقیم بر قدرت و بازده SoC دارد اما باید عملکرد آنها را زمانی که همگی قسمت‌ها و تکنیک‌های سخت افزاری کنار یکدیگر قرار می‌گیرند با یکدیگر مقایسه کنیم. در ادامه بنچمارک‌های گرداوری شده از منابع مختلف را می‌توانید مشاهده کنید.

 RightWare Basemark 2.0 TaijiRightWare Basemark 2.0 HoverjetGlb 2.1 Egypt OS 720pGlb 2.1 Pro OS 720pNenaMark 2
Exynos 4412 Quad Core 1.4 Ghz/Mali400 Quad core585310310158
Snapdragon S4 dual Core 1.5 GHz/Adreno 2255560569559
Tegra 3 1.4 Ghz Quad Core3132639057
Intel Medfield Atom Z2460 1.6Ghz single core16265252
Galaxy Nexus OMAP 446015234141

[widgetkit id=297]

نکات برجسته معماری این سه SoC برای بهبود مصرف بهینه انرژی در عین عملکرد مناسب

معماری تمامی‌ این تراشه‌ها با هنر و توان فنی 3 شرکت با سابقه در این زمینه صورت گرفته است، بنابراین نباید انتظار داشت که یک شرکت با یک معماری بسیار پیشرفته بتواند رقبا را کنار بزند.در ضمن وارد جزییات شدن در این زمینه کمکی به تصمیم گیری نخواهد کرد و ما در انتها تنها به نکات جالب در زمینه معماری و ساختار این SoCها اشاره خواهیم کرد و فایده آنها را برای خریدار شرح خواهیم داد، در واقع به این موضوع می‌پردازیم که با خرید محصول مجهز به هر کدام از این SoCها، چه فوایدی نصیب شما خواهد شد.

اول از همه به Tegra 3 که تا حدی در بخش قبل به آن کم لطفی شد می‌پردازیم.

همانطور که در شکل پایین مشاهده می‌کنید بر خلاف تصور بسیاری از ما پردازنده Tegra 3 چهار هسته‌ای نیست و یک هسته همراه 4 هسته ARM Cortex-A9 وجود دارد که مصرف کمتر و عملکرد پایین‌تری دارد.ایده انویدیا که در نوع خود جالب است این بوده که Tegra 3 با هر مشکلی آنگونه که شایسته است برخورد کند. اگر مسئله تنها همگام کردن یک ایمیل یا پخش ویدیو با نرخ بیت پایین است نیازی به 4 هسته ARM Cortex-A9 نیست و یا در هنگام بازی دو بعدی یک هسته از آن چهار هسته می‌تواند جوابگو باشد. به همین صورت انویدیا توانسته ضعف‌ لیتوگرافی40 نانومتری خود را برطرف نموده و حتی در مواردی مصرف کمتری نیز نسبت به رقبا داشته باشد. در واقع زمانی که نیاز به پردازش سنگین است ۴ هسته اصلی Tegra 3 سکان امور را بدست می‌گیرند و در امور روزمره مانند برقراری تماس یا حرکت بین صفحه های رابط کاربری، هسته کم مصرف و ضعیف پنجم وظیفه پردازش را برعده می‌گیرد. در انتهای مقاله بیشتر به این موضوع می‌پردازیم.

SoC-war-tegra3

نکته برجسته Exynos 4412 که با رقبا متفاوت است استفاده از ISP یا پردازنده سیگنال تصویر جداگانه قدرتمند (طراحی سامسونگ) است که باعث بهبود کیفیت عکس‌های گرفته شده و افزایش سرعت عکس‌برداری گلکسی اس 3 و گلکسی نوت 2 شده است. مسئله مهم دیگر در این‌ تراشه سیلیکونی این است که روش بهینه سازی مصرف انرژی هم در پردازنده اصلی و هم در پردازنده گرافیکی در نظر گرفته شده است و بسته به نیاز از تعداد معینی پردازنده استفاده می‌نماید. البته این عکس معماری داخلی پردازنده اصلی و گرافیکی را نشان نمی‎دهد و تنها به ورودی/خروجی‌ها و امکانات این سیستم-روی-یک-چیپ اشاره دارد.

SoC-war-exynos-4212

در مورد کوالکام باید گفت که این شرکت واقعا سنگ تمام گذاشته است. نکاتی که در سیستم-روی-یک-چیپ کوالکام موجب افزایش کارایی در عین کاهش مصرف انرژی شده در زیر به طور خلاصه آمده است:

Qualcomm SoC

  • استفاده از هسته بهینه‌تر در نتیجه عملکرد مشابه با فرکانس پایین‌تر و مصرف کمتر.
  • پردازنده گرافیکی بهینه‌تر به همراه 8 هسته متحدشده که بسته به نوع درخواست می‌توانند سایه پیکسل یا چندضلعی‌ها را رندر کنند. در نتیجه در عملکرد مشابه مصرف کمتری دارد.
  • استفاده از سیستم aSMP که موجب 25 تا 40 درصد کاهش مصرف انرژی پردازنده چند هسته‌ای می‌شود، به همراه بسیاری بهینه سازی‌های دیگر در زمینه تنظیم هوشمند ولتاژ،کلاک و پهنای باند حافظه که باز هم باعث بهبود مصرف انرژی شده‌اند.

 

SoC-war-qualcomm-dmips-powersaving

یک معیار بسیار خوب که برای مقایسه راندمان مصرف انرژی SoCهای مختلف وجود دارد، مقایسه شرایط دقیقا یکسان در اجرای کارهای مشابه است. به لطف دو نسخه بودن ۲ گوشی هوشمند HTC One X و Galaxy S III که یکی در آمریکا و بهمراه SoCکوالکام S4 و دیگری نسخه بین‌المللی با پردازنده Tegra 3 یا Exynos 4412 ارائه شده‌اند، مقایسه عادلانه بین این پردازنده‌ها میسر شده است. شما در بنچمارک‌های زیر به راحتی می‌توانید توانایی هر یک از این سیستم-روی-یک-چیپ‌ها را در بهینه سازی مصرف انرژی در کارهای روزمره مشاهده کنید:

عمر باتری در مرور اینترنت WiFi به ازای یک وات ساعت باتریعمر باتری مرور اینترنت WiFi (ساعت)عمر باتری در مرور اینترنت 3G به ازای یک وات ساعت باتریعمر باتری مرور اینترنت 3G (ساعت)ظرفیت باتری (وات ساعت) 
1.55410.351.4499.656.66HTC One X /Snapdragon S4
1.2048.0171.0496.986.66HTC One X /Tegra 3
2.08111.869.855.29آیفون 4S
0.865.5830.875.656.48گلکسی نکسوس

همان‌طور که از اعداد و ارقام مشخص است، کوالکام به دلیل استفاده از هسته نسل جدید Krait در کنار ارایه عملکردی یکسان و در بعضی موارد حتی بیشتر، عمر باتری بیشتری را در اختیار کاربران قرار می‌دهد. این موضوع نشان می‌دهد که استفاده از یک SoC دو هسته‌ای نسل جدید بهتر از استفاده از یک چهار هسته‌ای نسل قدیمی‌است. باید به خاطر داشت که Tegra 3 هم در بسیاری موارد مانند اجرای بهتر طیف گسترده‌ای از بازی‌ها، پخش ویدیو و موارد دیگر بهینه سازی شده است و تجربه نسبتا خوبی را ارایه می‌کند.

در مورد تفاوت مصرف باتری Exynos 4412 و Snapdragon S4 هنوز اطلاعات دقیقی وجود ندارد. اما گفته‌ها و نظر بسیاری حاکی از آن است که اختلاف این دو از اختلاف S4 با Tegra 3 کمتر است ولی باز هم کوالکام در مصرف بهینه انرژی بهتر عمل نموده است.

جمع‌بندی

حال پاسخ به سوال مطرح شده در ابتدای مقاله: « آیا یک پردازنده دو هسته‌ای همیشه از چهار هسته‌ای ضعیف‌تر است؟»  می‌توان با آسودگی پاسخ داد: خیر، این طور نیست. یک ۲ هسته‌ای نسل جدید نه تنها تجربه‌ای مشابه در اختیار کاربر قرار می‌دهد، بلکه مصرفی بهینه‌تر و طول عمر باتری بیشتری را نیز ارایه می‌کند. بنابراین با دیدن کلمه Dual Core Snapdragon S4 در لیست مشخصات فنی یک موبایل نباید از خرید آن صرف نظر کنید چرا که واقعا کوالکام با این سیستم-روی-یک-چیپ، بازار موبایل را در اختیار گرفته است و به دلیل پشتیبانی از شبکه نسل چهارم LTE و بسیاری از شبکه‌های دیگر و همچنین عملکرد بی‌نظیر و مصرف بسیار مناسب انرژی به عنوان گزینه اول شرکت‌های سازنده تلفن هوشمند جایگاه خود را تثبیت کرده است.

نظر شما در مورد این SoCهای مختلف چیست؟

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده
تبلیغات

بیشتر بخوانید