۵ چیزی که در مورد نسل بعدی پردازنده‌های گوشیهای هوشمند می‌دانیم
پردازنده‌های نسل بعد گوشیهای هوشمند مبتنی بر معماری Arm قرار است از لحاظ عملکردی و عمر باتری بهتر عمل کنند. در ادامه‌ی این مقاله به طور مفصل درباره‌ی انتظاراتمان از پردازنده‌های نسل بعد گوشیهای هوشمند بیان می‌کنیم.
Arm، مغز متفکرِ پنهان شده پشتِ چیپستهای گوشیهای هوشمندتان قرار است بلوک سازندهی تراشههای نسل بعدی کوالکام، مدیاتک و … را معرفی کند. اگر شما ایده‌ای ندارید که پردازنده‌ی اسنپدراگون ۸ نسل سوم یا Dimensity 9300 قرار است چه ویژگی‌هایی داشته باشد، در این مقاله به سوال و ابهام‌های شما پاسخ می‌دهیم.
در جریان رویداد Arm Tech Day 2023، مجموعه‌ای از هسته‌های پردازنده‌ی جدید با سطوح کم مصرف و پرمصرف معرفی شدند. همچنین پردازنده‌ی گرافیکی نسل پنجم هم با پشتیبانی از قابلیت Ray tracing معرفی شد. بنابراین، در ادامه قصد داریم به ویژگیهای فنی پردازنده‌های نسل بعد گوشیهای هوشمند به طور عمیق‌تر نگاه کنیم.
خداحافظی با ۳۲-بیت؛ این بار برای همیشه!
قبل از پرداختن به پردازنده‌های نسل بعد گوشیهای هوشمند، باید ابتدا به یک نکته‌ی نرم‌افزاری اشاره کنیم. آخرین پردازنده‌های Arm صرفا ۶۴ بیتی به شمار می‌روند؛ حتی پردازنده‌هایی که دارای هسته‌های کوچک هستند. خوشبختانه دیگر خبری از رونمایی نسخه‌های ۳۲ بیتی برای این مدل هسته‌ها در دستور کار شرکت قرار ندارد.
جدیدترین هسته‌های Arm همگی تحت معماری ARMv9.2 ساخته می‌شوند. هر چیپستی که از این معماری بهره ببرد، نمی‌تواند با هسته‌های ۳۲ بیتی ادغام شود. خوشبختانه کناره‌گیری از معماری ۳۲ بیتی تنها معطوف به صنعت گوشیهای هوشمند نبوده و لپ تاپ‌ها هم دیگر از این نوع معماری استفاده نمی‌کنند.
با این که استفاده‌ی صرف از معماری ۶۴ بیت برای سازنده‌ها کار چندان راحتی نیست، Arm به این درک رسیده که برای تغییر اکوسیستم حالا زمان خوبی است. Arm چند سالی است تلاش کرده معماری ۳۲ بیت را کنار بگذارد و در سال ۲۰۲۱ با چیپست Cortex-X2 تلاش کرده تا صرفا از ۶۴ بیت استفاده کند. این تلاش در سال ۲۰۲۲ به معرفی Cortex-A715 mid-core ختم شد. از طرفی دیگر، شرکت گوگل هم توسعه‌دهندگان خود را وادار کرده تا نرم‌افزارهایشان را از سال ۲۰۱۹ به بعد به نسخه‌ی ۶۴ بیت به‌روز رسانی کنند. نرم‌افزارها از آگوست سال ۲۰۲۱ تنها به فرم ۶۴ بیتی عرضه شده‌اند. در نهایت امر، همان‌طور که از شواهد پیداست، بعد از چند سال حدس و انتظار، اندروید ۳۲ بیتی به پایان راه خود رسید.
یک هسته‌ی بزرگ که گلوگاه ایجاد نمی‌کند
سه هسته CPU جدید قرار است سخت‌افزارهای جدیدی را رونمایی کنند: Cortex-X4، هسته‌ی میان‌رده‌ی Cortex-A720 و هسته‌ی کم مصرف Cortex-A520. این سخت‌افزارها به دنبال هسته‌های Cortex-X3، A-715 و A510 که در سال ۲۰۲۲ ارائه شده‌اند قرار است به طور کامل معرفی شوند.
هسته‌ی ۳.۴ گیگاهرتزی Cortex-X4 قرار است ۱۴ درصد عملکرد قوی‌تر نسبت به ۳.۲۵ گیگاهرتز X3 داشته باشد. البته این مسئله زمانی صدق خواهد کرد که فشارِ بار کاری در هر دو هسته یکسان باشد. نکته‌ی جذاب‌تر در این رابطه، کاهش ۴۰ درصدی مصرف انرژی برای یک فعالیت عملکردی یکسان در مقایسه با Cortex-X3 است. البته این نکته، برای قبل از زمانی است که پردازنده‌های ۳ نانومتری از رده‌ی صنعت کنار رود. اگر چه، افزایش عملکرد فراتر از قدرت X3 در نهایت موجب افزایش مصرف انرژی بیشتر، نسبت به مدل‌های نسل قبل خواهد شد.
از طرفی، این خبر برای افرادی به شدت خوب تلقی میشود که دغدغه‌ی عملکرد حرارتی و عمر باتری در هنگام اجرای سیستم با چنین هسته‌های بزرگی را در سر داشته‌اند. این پیشرفت همچنین درهایی را به هسته‌های دو الی بیشتر Cortex-X4 باز میکند تا بدون آسیب و فشار اضافی به عمر باتری و تولید گرما بتوان از آنها استفاده کرد.
راه و رسمِ این‌که Arm طبق چه دستور العملی به این پیشرفت رسیده، نیازمند تحقیقات بیشتری است اما به زبان ساده، Arm موفق شده با استفاده از ترفندهایی به هسته‌ها کمک کند تا فراتر از یک چرخه‌ی ساعتِ معمول کار کنند. شما می‌توانید از طریق مقالات دیگر، خیلی عمیق‌تر در این رابطه به آگاهی برسید که Cortex-X4 چطور با چند تغییر کوچک موفق شده پردازنده‌ی بهتر و قوی‌تری باشد.
هسته‌های کوچک‌تر موجب افزایش کارکرد طولانی‌تر تلفن همراه شما میشود
هسته‌ی Cortex-X720 از بهینه‌سازی بیشتری نسبت به X4 برخوردار است. اگر چه، نباید تنها به این دلیل پیشرفت قابل توجه پردازنده‌ی میان‌رده‌ی X4 را نادیده گرفت.
هسته‌ی CPU بیست درصد بهره‌وری انرژی بیشتری نسبت به هسته‌ی سال قبل یعنی Cortex-A715 دارد. از طرفی دیگر، چیپست می‌تواند ۴ درصد بهره‌وری بهتری را برای یک مصرف انرژی یکسان به دنبال داشته باشد. برگ برنده‌ی این طراحی در پایپ‌لاین‌های کوچک‌تر با بهره‌وری بیشتر نهفته است که یک نسخه از انجین Cortex-X را تعبیه میکند تا دستور العمل‌هایی را در هسته‌های بیشتر به طور بهینه‌تر وارد کند.
می‌توان انتظار داشت که باتری‌های گوشیهای هوشمند در سال آینده عمر و ماندگاری بیشتری داشته باشند.
Arm همچنین درهایی را برای دامنه‌ی گسترده‌تری از Cortex-A720 باز میکند. این مسئله صرفا به دلیل اندازه‌ی حافظه‌ی پنهان یا کش نبوده و از طریق کوچک شدن فیزیکی و نه حذفِ اجزا هم می‌توان فضای کافی را در بستر سیلیکونی مهیا کرد. در کوچکترین مقیاس مشخصات فنی، Cortex-A720 می‌تواند به مشخصات فنی اندازه‌ی هسته‌ی Cortex0A78 متعلق به سال ۲۰۲۰ در بیاید، در حالی‌که مهیا سازی ۱۰ درصد عملکرد بیشتر و امنیت ARMv9 و سایز مزیت‌ها همچنان برقرار است. ما انتظار نداریم تا این هسته را به دلیل مشکلات عملکردی در گوشیهای هوشمند ببینیم. با این حال، این مورد می‌تواند یک مزیت برای صنایع تلقی شود؛ به خصوص در این بحث که اندازه‌ی منطقه‌ی سیلیکونی یک فاکتور محدودکننده تلقی میشود.
یکی از مهم‌ترین اعلانیه‌های Arm، وجود یک هسته‌ی کم مصرف CPU جدید تحت عنوان Cortex-A520 است. مجدد با ۲۲ درصد افزایش عملکرد نسبت به طراحی سال پیش A510 و همچنین طراحی کوچک‌تر نودها، می‌توان انتظار داشت که باتری‌های گوشیهای هوشمند در سال آینده عمر و ماندگاری بیشتری داشته باشند.
نکته‌ی جالب اینجاست Arm امسال یک واحد ALU یا Arithmetic Logic Unit را گرفته است که این واحد بیشترین ذخیره‌سازی انرژی را بر عهده دارد. مهندسین Arm عملکرد بیشتری را از اطلاعات جدید و پیشرفت‌های حافظه‌ی پنهان (کش) کسب کرده‌اند. این موارد به چیپست اجازه میدهد تا ۸ درصد متوسط عملکردی بهتری در مقایسه با مدل سال گذشته با همان میزان انرژی یکسان از خود نشان دهد. برخلاف نسخه‌ی اصلاح شده‌ی ۳۲ بیتی سال گذشته، چیپست A520 تنها یک مدل ۶۴ بیتی با پردازنده‌ی کوچک تلقی میشود.
طراحی‌های عجیب و غریب و بی‌نظیر هسته‌ها در راه هستند؟
بیشتر از ۱۰ سال است که Arm معماری خوشه‌ای CPU را طراحی کرده که به نسخه‌ی منعطف‌تر DynamIQ متعلق به سال ۲۰۱۷ تکامل پیدا کرده است تا طراحی‌های سه هسته‌ای مدرن بر طبق آن اجرا شوند. در آن دوران، توانایی‌های CPU تغییر و تحول پیدا کرده که از این تغییرات می‌توان به افزایش میزان عملکرد و همچنین پیشرفت‌هایی در میزان راندمان مصرف انرژی اشاره کرد. در نتیجه، طراحی‌های هسته‌ی پردازنده‌ی ۴+۴ به نسخه‌های ۱+۴+۳، ۲+۲+۴ و سایر مدل‌ها تغییر پیدا کرد. افزایش بهره‌وری انرژی و عملکرد پایدار هسته‌های میان‌رده‌ی امروزی نظیر Cortex-A720 می‌تواند مجدد تمام معادلات را تغییر دهد.
برای مثال، Arm یک ستاپ ۱+۵+۲ را در جریان ارائه‌اش نشان داد. در حالی‌که این مفهوم صرفا یک مثال تئوری محض بود، معرفی پنج هسته‌ی CPU میانی می‌تواند رشته‌های پایدارِ مازادی را برای تجربه‌ی بهتر بازی‌های ویدیویی به دنبال داشته باشد که از مزیت‌های پردازنده‌ی چند رشته‌ایست اما به هسته‌های سری X به دلیل مصرف بسیار بالای هسته نیاز ندارد.
طراحی‌های CPU به طور کامل به شرکای سیلیکونی Arm نظیر سامسونگ، کوالکام و مابقی بستگی دارد که ممکن است روندهای مشابهی را شناسایی کرده یا حتی نکرده باشند
به همین ترتیب، پیشرفت عملکرد کلی کوچکترین هسته‌های Arm مثل Cortex-A520 جدید به این معناست که شما الزاما دیگر به چهار هسته برای اجرای دستورهای پس‌زمینه نظیر چک کردن پیام‌ها نیازی ندارید. سه یا شاید حتی دو هسته برای کارهای این چنینی مناسب باشد. از طرفی، آخرین نسخه از DynamIQ حالا از ۱۴ هسته به ازای هر خوشه پشتیبانی میکند اما به یک ستاپ وسیع نیاز دارد که بیشتر برای لپ تاپ‌ها مناسب خواهد بود تا بهره‌برداری از آنها در گوشیهای هوشمند.
البته، طراحی‌های CPU به طور کامل به شرکای سیلیکونی Arm نظیر سامسونگ، کوالکام و مابقی بستگی دارد که ممکن است روندهای مشابهی را شناسایی کرده یا حتی نکرده باشند. اسنپدراگون ۸ نسل ۳ بر اساس شایعه‌ها به نظر می‌رسد به یک روش مشابه دست یافته است. در هر صورت، مطمئنا جالب خواهد بود که بفهمیم Arm در حال بررسی مزیت‌های این طراحی‌ها در داخل است. در هر صورت دورنمای عملکرد/بهره‌وری CPU تغییر کرده و ما می‌توانیم طراحی‌های خوشه‌ای CPU را به زودی (شاید نه در امسال) ببینیم.
گرافیک‌های نسل بعدی Immortalis
عرضه‌ی Arm بدون رونمایی از اجزای گرافیکی جدید امکان‌پذیر نیست. Arm در حال حاضر قرار است سه قطعه‌ی جدید از میان‌رده تا بالا رده را وارد بازار کند. هر سه قطعه که روی معماری پردازنده‌ی گرافیکی نسل پنجم تعبیه شده‌اند، موجب تقویت ۱۴ درصد عملکرد و ۴۰ درصد کاهش مصرف پهنای باند حافظه نسبت به نسل قبل می‌شوند. تمام این موارد تنها بر اساس دو درصد فضای بیشتر به ازای هر هسته نسبت به سال گذشته است.
Arm Immortalis G720 محصول پرچمداری است که از ۱۰ الی ۱۶ هسته به همراه قابلیتهای Ray-Tracing برخوردار است. قطعه‌ی معمولی Mali-G720 را با ۶ تا ۹ هسته می‌توان ساخت. این قطعه همچنین شامل Ray tracing است اما Arm این مورد را توصیه نمی‌کند؛ چرا که وجود تعداد هسته‌های پایین الزاما به تجربه‌ی عالی Ray tracing ختم نمی‌شود. به خاطر داشته باشید، Arm قابلیت مذکور را در داخل هر هسته‌ی شیدر قرار میدهد تا عملکرد بر اساس تعداد هسته‌ها تراز گردد. در انتها باید گفت که Mali-G620 یک گزینهی به مراتب مقرون به صرفهتر محسوب میشود که پنج یا تعداد کمتری هسته در اختیار دارد. همچنان، این مشخصات فنی دقیقا در محیط یکسان مثل Mali-G510 متناسب است اما عملکرد و قابلیتهای بیشتری را ارائه میدهد.
مهم‌ترین تغییری که پیرامون معماری نسل پنجم Arm می‌توان به آن اشاره کرد، اصلاح بخشی از هسته است که وظیفه‌ی رندر را برعهده دارد. Arm در حال حاضر Vertex و همچنین Fragment Shading را در اکثر موارد به تعویق می‌اندازد. این رویه کمک میکند تا از Re-shading اضافه بر سازمان جلوگیری شده و میزان پیام‌رسانی به حافظه کاهش یابد. بنابراین، معیارهای تقویت عملکرد و کاهش چشمگیر پهنا باند حافظه برای ذخیره‌ی انرژی اهمیت ویژه‌ای دارد. با در نظر گرفتن این موضوع، امکان دارد بتوان SoCهایی را با تعداد هسته‌های گرافیکی بزرگتر برای عملکرد بالاتر بدون کاهش عمر باتری یافت.
با تمامی این تفاسیر، به شدت فوق‌العاده است که پردازنده‌های نسل بعد گوشیهای هوشمند و رایانه‌های مبتنی بر Arm که در یک سال گذشته عرضه شده‌اند قرار است با یک عملکرد بسیار قوی روبه‌رو شوند. انتظار داریم گوشیهای هوشمند قدرت گرفته از آخرین طراحی‌های هسته‌ی CPU و GPU حوالی اواخر سال ۲۰۲۳ عرضه شوند.
منبع: androidauthority
