نگاهی دقیق به تراشه‌های 64 بیتی S810 و S808 کوآلکام با ساختار big.LITTLE

تولیدکنندگان و طراحان تراشه‌های مبتنی بر ARM همگی تاکنون تراشه‌های 3 بیتی تولید می‌کردند. کوآلکام با دستکاری هسته‌های Cortex A9 هسته‌های جدیدی به نام Krait طراحی کرده بود، در تراشه‌ی قدرتمند S800 با 4 هسته‌ی کریت 400 سروکار داشتیم. کریت 300، 200 و هسته‌های رده‌پایین‌تر همگی حاصل تلاش کوآلکام بوده‌اند و از نظر مدیریت مصرف انرژی، موفق ظاهر شدند. قدرت کریت 400 در فرکانس کاری برابر کمی کمتر از Cortex A15 است، اما توان مصرفی آن با تغییر سرعت کلاک بسیار متغیر است.

سامسونگ از طرف دیگر با استفاده از ساختاری به نام big.LITTLE و معرفی تراشه‌های 8 هسته‌ای به رقابت پرداخت. تراشه‌های سری 5 اکسینوس سامسونگ مثل 5410 قبلاً به علت پیاده‌سازی ناکامل بیگ.لیتل، چندان موفق نبودند، اما تبلت‌های گلکسی نوت‌پرو که از مدل‌های جدیدتر اکسینوس بهره می‌برند، در نقد و بررسی‌ها موفق‌تر ظاهر شده و هم از نظر کارایی و هم از نظر مصرف باتری، بهتر از نسل اول اکسینوس‌های سری 5 عمل‌ کردند.

موفقیت سامسونگ برای کوآلکام هم یک موفقیت محسوب می‌شود چرا که حالا کوآلکام هم تصمیم گرفته از ساختار هسته‌های بزرگ و کوچک یا همان big.LITTLE استفاده کند. در این ساختار امور محوله بسته به سبکی و سنگینی پردازش مورد نیاز، به هسته‌های کم‌مصرف و ضعیف یا بر عکس، به هسته‌های قدرتمند و پر مصرف واگذار می‌شوند. شاید تنها مشکل قیمت تمام شده‌ی تراشه باشه که به علت مساحت بیشتر هزینه‌ی بالاتری هم دارد. مشکل دیگری که در مورد هسته‌های کریت وجود نداشت، سرعت کلاک یکسان برای هسته‌های موجود در یک گروه است. مثلاً تمام 4 هسته‌ی A15 باید سرعت یکسانی داشته باشند. اما گروه دیگر می‌تواند سرعت کلاک پایین‌تری داشته باشد، چیزی که در تراشه‌های 8 هسته‌ای اکسینوس 5 سامسونگ شاهد هستیم.

Snapdragon 810 یا به اختصار S810 حاصل همین استراتژی جدید کوآلکام است. در این تراشه هسته‌ی قدرتمند A57 در کنار 4 هسته‌ی کم‌مصرف A53 قرار می‌گیرند. توجه کنید که Cortex A57 از نظر قدرت پردازشی با Cortex A15 قابل قیاس است چرا که در واقع نسخه‌ی تکامل یافته‌ی هسته‌ی A15 برای پشتیبانی سخت‌افزاری از پلتفرم 64 بیتی است.

یک هسته‌ی Cortex A57 از نظر IPC یا تعداد دستورات اجرایی در یک سیکل کلاک، بین 25 تا 55 درصد قوی‌تر از یک هسته‌ی Cortex A15 است. اما این پایان کار نیست، توان مصرفی هم افزایش می‌یابد. به این صورت که اگر هر دو با لیتوگرافی 20 نانومتری تولید شوند، مصرف A57 حدود 20 درصد بیشتر از A15 خواهد بود. هسته‌های Cortex A7 هم تکامل پیدا کرده‌اند و با پشتیبانی از معماری مجموعه دستورات ARMv8 که ساختاری 64 بیتی است، به هسته‌های Cortex A53 تبدیل شده‌اند.

بنابراین تراشه‌های S810 و همچنین مدل مشابه S808 هر دو شامل ترکیبی از هسته‌های A57 و A53 هستند، درست شبیه به Exynos 5420 سامسونگ که شامل 4 هسته‌ی A15 و 4 هسته‌ی A7 است، با این تفاوت که حالا تمام هسته‌ها 64 بیتی شده‌اند.

کوآلکام با توجه به بیشتر بودن توان مصرفی هسته‌های 64 بیتی، از لیتوگرافی 20 نانومتری استفاده کرده که موجب کاهش توان مصرفی می‌شود.

قبلاً سه مدل دیگر از تراشه‌های 64 بیتی کوآلکام به نام‌های S410، S610 و S615 معرفی شده بود که هیچ یک ساختار big.LITTLE را به همراه ندارد.

برای رقابت با اپل بزرگ که تنها یک گوشی می‌سازد و بهترین‌ها را انتخاب می‌کند، برای رقابت با سامسونگی که طیف وسیعی از محصولات با قیمت‌های متنوع را رونمایی می‌کند و در حوزه‌ی صفحه نمایش، دوربین و حسگرها و حتی نرم‌افزار موفقیت‌های بزرگی داشته و دوست دارد سود تراشه‌ها هم کاملاً به جیب خودش سرازیر شود، برای رقابت با تگراهای انویدیا که در عرصه‌ی پردازش گرافیکی و پردازش تصویر، توانمندی خود را به رخ می‌کشد و در نهایت اینتلی که دیر شروع کرده ولی از روز شروع تاکنون روند صعودی فوق‌العاده‌ای دارد، به تراشه‌های متنوع با سرعت کلاک، هسته‌ها و امکانات مختلف نیاز است.

از این رو صف تراشه‌های 64 بیتی کوآلکام از همین ابتدا متنوع و شلوغ است:

S808 یک تراشه‌ی 6 هسته‌ای است، که همانند اگزینوس هگزای سامسونگ 2 هسته‌ی قوی در کنار 4 هسته‌ی ضعیف قرار می‌گیرند و احتمالاً نتیجه بازدهی بالای تراشه باشد. S810 تنها به محصولات رده اول اختصاص دارد چرا که با 8 هسته‌ی کارآمد، توان مصرفی بالاتری هم دارد.

توجه کنید S808 و S810 بر خلاف 5410 سامسونگ که به خاطر عدم فعالیت هم‌زمان تمام 8 هسته سرزنش شد، همانند اگزینوس جدید سامسونگ یعنی 5422 قادر به فعال کردن تمام هسته‌ها هستند. حافظه‌ی کش هسته‌ها هم مشخص نشده اما حافظه‌ی مشترک بین دو گروه هسته‌ها، قطعاً اندازه‌ی فوق‌العاده‌ای خواهد داشت.

علاوه بر این توجه داشته باشید که کوآلکام یکی از شرکای اصلی آرم است و مثل اپل لایسنس کامل طراحی و تغییر در طرح‌های اصلی آرم را دارد. بنابراین با استفاده از سلول‌ها و کتابخانه‌های اختصاصی و بهینه‌ی شده‌ی خود، محصولی با بازدهی بالاتر و کارایی بهتر از نمونه‌ی اصلی عرضه می‌کند.

در S810 از پردازنده‌ی گرافیکی Adreno 430 استفاده شده و در S808 از مدل Adreno 418. هنوز در مورد معماری این پردازنده‌های گرافیکی اطلاعات زیادی منتشر نشده است. تاکنون کوآلکام تنها کمپانی است که در مورد پردازنده‌های گرافیکی خود اطلاعات کاملی ارایه نکرده است. آنچه اعلام شده این است که اَدرِنو 418 حدود 20 درصد سریع‌تر از Adreno 330 است در حالیکه ادرنو 430 نسبت به ادرنو 420 حدود 30 درصد توانمندتر است. توجه کنید که ادرنو 420 نسبت به ادرنو 330 که پردازنده‌ی گرافیکی S801 است، حدود 40 درصد قوی‌تر است، بنابراین محصولات مجهز به S810، نسبت به گلکسی اس 5 و گوشی‌های دیگری که از تراشه‌ی قدرتمند S801 استفاده می‌کنند، در عرصه‌ی پردازش گرافیکی حدود 80 درصد سریع‌تر است که رکورد خارق‌العاده‌ای به حساب می‌آید و راه را برای عرضه‌ی گوشی‌هایی که صفحه نمایش 2K دارند باز می‌کند. صفحه نمایش 2K دارای 4 مگاپیکسل است که نسبت به رزولوشن 2 مگاپیکسلی گوشی‌های رده اول امروزی، 100 درصد بیشتر است و قدرت پردازنده‌ی گرافیکی بالاتری را طلب می‌کند.

استاندارد فعلی ویدیوها در وب و دوربین‌ها و به طور کلی در بیشتر کاربردها، کدک H.264 است. به عنوان مثال فیلم‌های فشرده شده با کدک x264، حجم پایین و کیفیت خوبی دارند. این کدک یکی از پیاده‌سازی‌های استاندارد H.264 است.

استاندارد بعدی که چندسالی در مورد آن بحث و تحقیق صورت گرفته، H.265 یا HEVC به معنی کدک ویدیویی با بازدهی بالا است. تخمین‌های اولیه خبر از نصف شدن حجم ویدیوها نسبت به کدک H.264 دارند، البته با کیفیت یکسان. این کدک در هنگام اینکد یا فشرده‌سازی و همچنین دیکود یا باز کردن ویدیو، پردازش سنگین‌تری دارد که اگر به صورت سخت‌افزاری صورت بگیرد، بار سنگین پردازشی را از دوش هسته‌های پردازنده‌ی اصلی که کاربرد عمومی دارند، برمی‌دارد.

لذا S810 به عنوان بهترین تراشه، به اینکودر و دیکودر اختصاصی مجهز شده است تا به راحتی ویدیوهای 4K فشرده شده با این کدک را باز کند و نیز قدرت فشرده‌سازی ویدیو با این کدک را داشته باشد. در مورد S808 و سایر تراشه‌های ضعیف‌تر، امکان اینکد سخت‌افزاری مهیا نشده ولیکن دیکد (Decode) سخت‌افزاری امکان‌پذیر است.

علاوه بر دیکد کردن ویدیوی 4K با سرعت 30 فریم بر ثانیه، می‌توان ویدیوهای 60 فریم بر ثانیه‌ای را هم دیکد کرد که پردازش آن بسیار سنگین است و چه بسا با پردازنده‌های رده متوسط کامپیوترهای امروزی هم ممکن نباشد. چیزی که در عمل به تیک زدن ویدیو و فریم فریم دیکد شدن و نمایش آن منجر می‌شود.

در مورد 808 بیشترین رزولوشن ویدیوی پشتیبانی شده، 2560 در 1600 پیکسل است که باز هم رقم بسیار خوب و قابل قبولی است.

ISP یا بخش پردازش سیگنال تصویری مثل سیگنال مربوط به عکس‌های دوربین هم ارتقا یافته اما جزئیات آن اعلام نشده است.

در مورد S808 از یک ISP دوتایی 12 بیتی استفاده شده، منظور از دوتایی این است که قادر به پردازش سیگنال دو دوربین به صورت هم‌زمان است. در S810 همین ساختار با ISP بهتر یعنی 14 بیتی تکرار می‌شود. کوآلکام اعلام کرده که قدرت پردازش سیگنال برابر با 1.2 گیگاپیکسل در ثانیه است. با این خروجی اگر سرعت کلاک پردازنده سیگنال را 600 مگاهرتز فرض کنیم، 20 درصد قوی‌تر از پردازنده‌ی سیگنال به کار رفته در S805 است.

در S808 با توجه به معماری 64 بیتی و افزایش قدرت پردازشی، پهنای باند بالاتری نیاز است. لذا واسط حافظه‌ی 64 بیتی LPDDR3 با سرعت 933 مگاهرتز که فرکانس موثر تبادل داده‌ی آن 1866 مگاهرتز است به کار گرفته شده که پهنای باندی معادل 15 گیگابایت در ثانیه حاصل آن است. در S810 برای اولین بار از واسط حافظه‌ی 64 بیتی LPDDR4 استفاده شده که سرعت باس آن 1600 مگاهرتز است. فرکانس موثر 3200 مگاهرتز و پهنای باند 25.6 گیگابایت در ثانیه خواهد بود.

با این تفاوت ساختار واسط حافظه، قطعاً تراشه‌ی 808 و 810 از نظر پین‌های اتصال یکسان نیستند و در واقع دو سیلیکون متفاوت هستند که مدل ضعیف، حاصل دستکاری مدل اصلی نیست.

هر دو تراشه‌ی S810 و S808 از آخرین دستاوردهای کوآلکام در عرصه‌ی مودم بهره می‌برند. MDM9x35 که مشتق شده از مودم‌های شبکه‌ی مخابراتی نسل 4 یا LTE است و در دسته‌ی 6 قرار می‌گیرد. برای قرار گرفتن در این دسته می‌بایست سرعت بیشینه‌ی دانلود به 300 مگابیت بر ثانیه برسد. لذا این مودم قادر به ارتباط با دو اپراتور با سرعت 20 مگاهرتز است. برای برقراری چنین ارتباطی به دو فرستنده و گیرنده‌ی فرکانس‌های رادیویی نیاز است، لذا دو فرستنده و گیرنده‌ی WTR3925 و WTR3905 مورد استفاده قرار می‌گیرد. WRT3925 تنها یک تراشه و قادر به برقراری ارتباط با دو اپراتور است، مدل دیگر تنها با یک اپراتور ارتباط برقرار می‌کند.

با استفاده‌ی هم‌زمان از دو فرستنده و گیرنده، می‌توان مجموعاً با 3 اپراتور کار کرد و در این حالت کانال‌های ارتباطی باریک‌تر می‌شوند به طوری که مجموع فرکانس‌ها 40 مگاهرتز باقی بماند. مثل 20 مگاهرتز با یک اپراتور و دو ارتباط 10 مگاهرتزی دیگر با دو اپراتور بعدی.

کوآلکام آمادگی پشتیبانی از دسته‌ی 7 شبکه‌ی LTE را به صورت سخت‌افزاری دارد اما با توجه به آماده نبودن اپراتورها، مودم خود را در دسته‌ی 6 قرار داده است.

در هیچ یک از دو تراشه‌ی معرفی شده اتصال بی‌سیم WiFi پیش‌بینی نشده است. کوآلکام به استفاده از تراشه‌های جداگانه‌ای مثل QCA6174 امیدوار است که به صورت هم‌زمان قادرند روی دو استریم کار کنند.

کوآلکام هر دو تراشه‌ی 6 هسته‌ای و 8 هسته‌ای S808 و S810 را تراشه‌های چندمیلیارد ترانزیستوری نامیده است. اما اطلاعات مربوط به مساحت تراشه و تعداد ترانزیستورها منتشر نشده و متأسفانه فعلاً نمی‌توان ارقام را با A7 اپل که 102 میلی‌متر مربع مساحت و بیش از 1 میلیارد ترانزیستور دارد، مقایسه کرد.

S808 در درجه‌ی اول جایگزین S800 و S801 می‌شود، اما S810 از نظر هزینه شبیه به S805 امروزی است و در دسته‌ای بالاتر قرار می‌گیرد. هر دو تراشه‌ی جدید از نهایتاً 4 گیگابایت حافظه پشتیبانی می‌کنند. با توجه به تمام مشخصاتی که در مورد قدرت پردازش پردازنده‌ی اصلی و گرافیک، پهنای باند واسط حافظه، پردازنده‌ی سیگنال‌های دیجیتال و مودم گفته شد، به این مهم می‌رسیم که S810 و S808 نسبت به پرچم‌دارای فعلی بازار، بسیار سریع‌تر خواهند بود.

تراشه‌ی S410 در فصل سوم 2014 و دو تراشه‌ی S610 و S615 در فصل آخر 2014 در محصولات موجود در بازار گوشی و تبلت رویت خواهند شد اما برای دیدن توانمندی‌های S808 و S810 باید تا نیمه‌ی دوم سال 2015 صبر کرد. S805 تا 6 ماه دیگر در وسایل همراه حاضر خواهد شد، 6 ماه پس از حضور 805، نوبت به S810 می‌رسد. بنابراین در مجموع باید بیش از 1 سال برای رونمایی از محصولات مبتنی بر S810 صبر کنیم.

نکته‌ی پایانی این است که قبلاً در نقشه راه کوآلکام خبری از تراشه‌های 64 بیتی نبود. اما با توجه به قدرت‌نمایی A7 اپل، به نظر می‌رسد که کوآلکام نقشه راه لو رفته‌ی خود را به صورت پنهانی عوض کرده و حالا سری 600 و 800 و 400 به طور کامل 64 بیتی می‌شوند. سری 200 فعلاً تغییری نداشته و خبر جدیدی در مورد آن منتشر نشده است.

نظر شما در مورد ساختار S810 و S808 چیست؟ صرف نظر از 64 بیتی نبودن اندروید که ممکن است دیر و زود یک پلتفرم 64 بیتی شود، کارایی این تراشه‌ها و موفقیتشان را چطور ارزیابی می‌کنید؟