Мобильные процессоры

Несмотря на свои скромные размеры, мобильные процессоры, предназначенные для смартфонов и планшетных компьютеров, демонстрируют поразительную мощность.

Центральное процессорное устройство (ЦПУ) — «сердце» современного смартфона и планшетного компьютера. Хотя по размеру оно не больше ногтя большого пальца, по производительности такой микрочип практически ни в чем не уступает своему десктоп ному собрату, который в тринадцать раз больше. Эти и другие детали можно найти в новом магазине Хенди-Сервис — все запчасти для сотовых телефонов в одном месте.
Независимо от того, делаете ли вы фотоснимки, записываете видео, занимаетесь интернет-серфингом, подключаете телефон к ПК или просто совершаете обычный телефонный звонок, миллионы транзисторов на процессоре обеспечивают вам быстрое и безупречное выполнение всех операций. Но как работает это настоящее чудо инженерной мысли? Каковы отличия между миниатюрными процессорами для смартфонов и планшетных компьютеров и их настольными аналогами? Какие инновации в этой области ожидают нас в самое ближайшее время? Ответы на все эти вопросы вы найдете в нашей статье.

Мобильные и настольные процессоры

Площадь мобильных чипов составляет 12x12 мм, а настольных 45x43 мм (их изображения в натуральную величину см. на стр. 65). Однако по структуре и принципу работы большинство первых радикально отличаются от вторых. По сути дела, все настольные процессоры от AMD и Intel до сих пор используют разработанную еще в далеком 1978 году (кстати, все той же корпорацией Intel) архитектуру х86 и соответствующий ей набор команд CISC (Complex Instruction Set Computer — компьютер с полным набором команд). Это означает, что при запуске, скажем, графического редактора процессор отрабатывает всю цепочку команд — он обеспечивает и загрузку всех фильтров, эффектов и прочих функций. Для этого, paзумеется, требуется немалая вычислительная мощность.
А вот в смартфонах и планшетных ПК, которые, как правило, работают под управлением операционных систем Android или iOS, напротив, используются процессоры типа RISC (Reduced Instruction Set Computer — компьютер с упрощенным набором команд). Именно такие чипы отвечают за значительно меньший объем команд, например при открытии какого-либо приложения они загружают только его основные функции, а необходимые модули подгружают по ходу работы.
Благодаря огромному количеству небольших и точных команд смартфон обеспечивает высокую скорость работы, несмотря на то, что по производительности мобильный процессор значительно уступает настольным. В целом же все мобильные ЦПУ (например, Intel Sandy Bridge) работают медленнее настольных, хотя прямое сравнение производительности затруднительно ввиду больших различий между приложениями для настольных ПК и смартфонов. Быстродействие современных мобильных двухъядерных процессоров, например Snapdragon S3, находится приблизительно на уровне Intel Atom N550, используемого в нетбуках.

Компоненты мобильных ЦПУ

Мобильные микрочипы состоят из тех же элементов, что и настольные, но у них есть некоторые дополнительные компоненты, поэтому они называются «системами на кристалле » (System on Chip сокращенно SoC).
? Количество ядер. Смартфоны и планшеты начального уровня имеют, как правило, лишь один процессор с одним ядром, кэш-памятью и контроллером памяти. Устройства среднего и топового класса, напротив, оснащены двухъядерными процессорами. В самом скором времени ожидается появление процессоров с четырьмя или пятью ядрами, как на настольных ПК.
? Графический процессор. Как и в системах для настольных ПК, вывод изображения на дисплей обеспечивает размещенный на кристалле процессора графический чип.
? Процессор обработки изображения. Этот микрочип отвечает за съемку фотографий и видеороликов в смартфонах.
? Видеопроцессор. Процессор кодирования и декодирования видеоизображения отвечает за воспроизведение записанных видеороликов.
? Аудиопроцессор. Записью звука через микрофон и его дальнейшим воспроизведением через динамики или наушники ведает встроенный в чипсет аудиопроцессор.

Какие задачи выполняет мобильный процессор

Микрочип обеспечивает выполнение всех последовательностей команд на телефоне или планшетном ПК. Например, он выполняет быструю загрузку системы и программ, плавное воспроизведение видео и игр, а также показ фотографий и фильмов.
Мобильные процессоры отвечают также за работу всех компонентов, размещенных на системной плате смартфонов и планшетов.
? UMTS/WLAN. Данные беспроводные модули установлены на системной плате смартфона или планшетного ПК — они необходимы для подключения к Интернету.
? Bluetooth. Этот модуль служит для беспроводного обмена данными между, например, смартфоном и компьютером.
? USB-контроллер. Когда пользователь подключает свой планшет к ПК посредством USB-кабеля, центральный процессор устанавливает соединение, используя USB-контроллер.
? Кардридер. Микрочип управляет также операциями чтения/ записи данных на карту памяти, например формата microSD.
? HDMI. Благодаря этому разъему мультимедийный контент при непосредственном участии процессора попадает со смартфона на телевизор.
? Камера. Независимо оттого, что вы снимаете — фото или видео, чип управляет всеми процессами, сопровождающими эти операции.

Миниатюрный размер и низкое энергопотребление — как это возможно?

Производители мобильной техники предъявляют к микрочипам гораздо более высокие требования, чем к настольным процессорам. Так, мобильные чипы не должны потреблять много энергии, иначе аккумулятор разрядится уже через несколько часов. Кроме того, смартфон или планшетный ПК не допускают установку активного охлаждения (кулера), поскольку имеют слишком тонкий корпус. Посему производители волей-неволей должны выпускать такие чипы, которые выделяют мало тепла: толщина токопроводящих соединений в мобильных кристаллах постоянно уменьшается. Это, в свою очередь, благоприятно сказывается на производительности, поскольку на кристалле удается разместить больше транзисторов. Кроме того, миниатюрные полупроводниковые элементы пропускают меньший ток, в результате меньше энергии преобразуется в тепло. Вот красноречивый пример стремительного развития технологий: ширина токопроводящих дорожек процессора Snapdragon S1 QSD8650 от Qualcomm, представленного в 2008 году, составляла 65 нм. У его преемника Snapdragon S2 (2010 год) ширина соединений доведена уже до 45 нм, благодаря чему этот процессор потребляет почти на 30% меньше энергии.
Кстати говоря, энергопотребление практически не зависит от количества встроенных ядер. Это можно пояснить так: одноядерный процессор при воспроизведении HD-видео работает на максимальной тактовой частоте (например, на 1 ГГц), двухъядерному процессору достаточно для этого 500 МГц. А при работе на низкой частоте современные процессоры способны автоматически снижать рабочее напряжение.
Как результат новейшие двухъядерные процессоры с тактовой частотой 500 МГц выполняют любые операции намного быстрее, потребляя при этом приблизительно столько же энергии, что и одноядерные гигагерцевые микрочипы.

Ценовые категории

Здесь действует непреложное правило: чем дороже планшетный ПК или смартфон, тем лучше (мощнее, функциональнее) его процессор.
? Начальный класс (от 5 тыс. руб. до 10 тыс. руб.). В таких устройствах, как смартфон Р350 Optimus Me от LG или планшет ViewPad 7 от ViewSonic, используются одноядерные процессоры, работающие на частоте от 500 до 800 МГц. Микрочипы подобных моделей изготовлены еще по старому техпроцессу 65 нм и оснащены слабыми графическими чипами, например Adreno 200.
? Средний класс (от 10 тыс. руб. до 15 тыс. руб.). К этой категории относится, к примеру смартфон GT-I9000 Galaxy S от Samsung, который оснащен одноядерным процессором, работающим на частоте 1 ГГц. А вот в планшетном ПК Dell Streak 7 установлен уже двухъядерный процессор NVIDIA Tegra 2 (тактовая частота — 1 ГГц на каждом ядре). В качестве графических решений в устройствах этого класса используются достаточно мощные чипы, например PowerVR SGX540 или GeForce ULP от компании NVIDIA.
? Топ-класс (от 15 тыс. руб.). К топовому классу относятся iPhone 4S и планшет iPad 2 от Apple, а также ViewPad Х7 от компании ViewSonic. Все подобные устройства оснащены двухъядерными процессорами, работающими на тактовой частоте 1 ГГц и выше.
За вывод изображения на экран монитора отвечает мощный графический чип, например PowerVR SGX543MP2.

Кто производит мобильные процессоры

Мобильные процессоры состоят из компонентов разных производителей. Главный элемент почти всех моделей — это центральный процессор на архитектуре ARM. А такие монстры, как Apple или NVIDIA, дополняют их соответствующими графическими и аудиопроцессорами, разрабатывают дизайн всего чипа и поручают конечное изготовление другим компаниям. На мобильном рынке до сих пор доминируют две СИЛЫ: Samsung, выпускающий чипы Exynos для собственных смартфонов Galaxy и планшетных ПК, а также А5 для iPad 2 и iPhone 4S, и компания TSMC, которая производит процессоры для Qualcomm, NVIDIA и Marvell. Компании Intel и AMD, известные своими настольными чипами, на рынке мобильных процессоров представлены в незначительной степени. И хотя они тоже изготавливают мобильные чипы, эти изделия не подходят для мобильных устройств под управлением Android или iOS.
В некоторых планшетах, работающих под Windows 7, можно найти процессоры Intel Core і, пример тому — ASUS Еее Slate. То же самое относится и к процессорам Fusion от AMD: и здесь, хотя и редко, встречаются модели под управлением Windows 7, оснащенные этим чипом, например Acer Iconia W500. Однако планшетные ПК с этой операционной системой используются, как правило, только в корпоративной среде. В настоящее время оба чипмейкера не имеют в своем арсенале подходящих процессоров для смартфонов, но в 2012 году Intel намерена устранить этот изъян, представив новинку под названием Medfield. Компания же AMD пока не планирует залезать на чужое поле, ограничиваясь производством процессоров для планшетов под управлением Windows: так, новый двухъядерный Z-03 работает на тактовой частоте 1 ГГц и имеет встроенный графический чип Radeon HD 6250. По имеющимся данным, Z-03 будет доступен к моменту выхода операционной системы Windows 8.

Можно ли использовать мобильные процессоры в настольных ПК?

В настоящее время нет. Они просто не справятся, скажем, с преобразованием видео в подходящий для вас формат. И для обработки фотографий и добавления 3D-эффектов тоже требуется гораздо большая мощь. Запуск графически сложных игр, например шутера Rage, на устройстве с мобильным процессором и встроенным графически адаптером просто невозможен. Тогда как настольные процессоры справляются с подобными задачами на ура.