هر آنچه باید درباره‌ی چیپست موبایل (SoC) بدانید

یوسف اسفندیاری

۸ فروردین ۱۴۰۰ | ۱۲:۲۴ زمان مورد نیاز برای مطالعه: ۸ دقیقه

طرفداران پروپاقرص تکنولوژی، علاقه‌ی زیادی به صحبت کردن در مورد توان پردازشی و چیپ‌ها دارند. از آنجایی که چیپست موبایل یکی از مهم‌ترین قطعات گوشی‌های هوشمند محسوب می‌شود، تا حد زیادی مورد توجه سایت‌های فعال در این حوزه قرار می‌گیرد. اما برای افراد ناآگاه به این موضوع، درک کامل چنین مطالبی چندان ساده نیست.

طراحی تراشه یک موضوع بسیار تخصصی به حساب می‌آید و برای درک کامل جزئیات این موضوع، باید سال‌ها مطالعه و پژوهش انجام داد. اما در این مطلب قصد داریم با زبان بسیار ساده، مهم‌ترین مفاهیم مربوط به چیپست موبایل را تشریح کنیم تا درک مطالب مربوط به آن‌ها ساده‌تر شود.

سیستم روی چیپ (SoC) چیست؟

سیستم روی چیپ یا همان SoC، یک سیستم پردازشی کامل به حساب می‌آید که درون یک پکیج واحد قرار گرفته است. یک SoC از چندین بخش پردازشی، مموری، مودم و دیگر قطعات اساسی تشکیل شده که درون یک چیپ قرار گرفته و بر روی برد مدار تعبیه شده‌اند.

ترکیب چندین بخش مختلف در یک تراشه منجر به صرفه‌جویی در فضا، هزینه و مصرف انرژی می‌شود. به زبان بسیار ساده، یک SoC یا چیپست مغز موبایل شما است که از تمام پردازش‌های سیستم‌عامل گرفته تا تشخیص فشردن دکمه‌ی پاور را انجام می‌دهد. همچنین هر چیپست با دیگر قطعات موبایل مانند دوربین‌ها، نمایشگر، رم، حافظه داخلی و دیگر بخش‌ها ارتباط برقرار می‌کند.

در ادامه می‌توانید لیست قطعات رایج تعبیه شده در چیپست موبایل را مشاهده کنید که در ادامه‌ی این مطلب، به مهم‌ترین بخش‌های تراشه بیشتر می‌پردازیم.

واحد پردازش مرکزی (CPU): مغز چیپست محسوب می‌شود که بیشتر کدهای سیستم‌عامل و اکثر اپلیکیشن‌ها را اجرا می‌کند.
واحد پردازش گرافیکی (GPU): وظایف مربوط به گرافیک مانند به تصویر کشیدن رابط کاربری اپلیکیشن و اجرای بازی‌های دو بعدی و سه بعدی را مدیریت می‌کند.
واحد پردازش تصویر (ISP): داده‌های دریافتی از دوربین را به فایل‌های تصویری و ویدیویی تبدیل می‌کند.
پردازنده‌ی سیگنال دیجیتال (DSP): نسبت به واحد پردازش مرکزی، محاسبات پیشرفته‌تر ریاضی را بر عهده می‌گیرد. به عنوان مثال می‌توانیم به خروج فایل‌های موسیقی از حالت فشرده و تحلیل داده‌های مربوط به ژیروسکوپ اشاره کنیم.
واحد پردازش عصبی (NPU): این بخش عمدتاً در تراشه‌های پرچم‌دار و رده‌بالا استفاده می‌شود تا سرعت پردازش‌های مربوط به یادگیری ماشینی را افزایش دهد. به عنوان مثال می‌توانیم به تشخیص صدا و پردازش تصاویر اشاره کنیم.
انکودر و دیکودر ویدیو: تبدیل انواع فایل‌های ویدیوی را با مصرف انرژی کمتری انجام می‌دهد.
مودم‌ها: سیگنال‌های بی‌سیم را به داده‌های قابل درک برای گوشی تبدیل می‌کنند. در این بین می‌توانیم به مودم‌های 4G، 5G، وای‌فای و بلوتوث اشاره کنیم.

علاوه بر این موارد، وقتی که صحبت از چیپست موبایل به میان می‌آید معمولا به فناوری استفاده شده برای تولید آن هم اشاره می‌شود که واحد آن نانومتر است. به زبان بسیار ساده، هرچقدر این عدد کمتر باشد، سیم‌کشی داخل چیپست کوچک‌تر است که این موضوع منجر به بهینگی مصرف انرژی و کاهش اندازه‌ی چیپست می‌شود. فناوری‌های مختلفی برای ساخت تراشه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد و فقط بر اساس این موضوع نمی‌توانیم آن‌ها را مقایسه کنیم. در حال حاضر ۵ نانومتر کوچک‌ترین فناوری ساخت چیپست موبایل محسوب می‌شود.

نمونه‌های چیپست موبایل

حالا که مهم‌ترین ویژگی‌های چیپست موبایل را مطرح کردیم، بهتر است در این زمینه مثال‌هایی را مطرح کنیم. در حال حاضر کوالکام، اپل، سامسونگ، هواوی و مدیاتک بزرگ‌ترین نام‌های بازار چیپست موبایل محسوب می‌شوند و گوشی شما از تراشه‌ی ساخت یکی از این شرکت‌ها بهره می‌برد.

در بازار جهانی، کوالکام بزرگ‌ترین تأمین‌کننده‌ی چیپست موبایل به حساب می‌آید و بخش زیادی از گوشی‌های پرچم‌دار، میان‌رده و حتی پایین‌رده از تراشه‌های این شرکت بهره می‌برند. تراشه‌های سری ۸۰۰ اسنپ‌دراگون کوالکام بیشترین توان پردازشی را ارائه می‌دهند و بهترین مدل آن اسنپدراگون ۸۸۸ نام دارد. تراشه‌های میان‌رده‌ی کوالکام هم در سری ۶۰۰ و ۷۰۰ اسنپدراگون قرار دارند. در سری ۴۰۰ اسنپدراگون هم شاهد تراشه‌های پایین‌رده هستیم.

تاریخچه‌ی چیپست‌های سری اسنپدراگون ۸۰۰

چیپست‌های اگزینوس سامسونگ هم در سه رده‌ی پرچم‌دار، میان‌رده و پایین‌رده قرار دارند. این محصولات قبلا به‌عنوان سری اگزینوس ۹۹۰۰، ۹۸۰۰ و ۹۶۰۰ شناخته می‌شدند و سری اگزینوس ۷۰۰ هم در گوشی‌های بسیار ارزان مورد استفاده قرار می‌گرفتند. اما حالا جدیدترین تراشه‌ی پرچم‌دار سامسونگ، اگزینوس ۲۱۰۰ نام دارد و اگزینوس ۱۰۸۰ هم یک تراشه‌ی میان‌رده با قابلیت پشتیبانی از اینترنت 5G است.

نام‌گذاری تراشه‌های سامسونگ شباهت زیادی به رویکرد هواوی داشت که البته حالا این رویکرد تغییر کرده است. کایرین ۹۰۰۰ جدیدترین تراشه‌ی هواوی به حساب می‌آید که در دو مدل 4G و 5G عرضه شده است. سری کایرین ۶۰۰ هم مشابه سری ۶۰۰ اسنپدراگون هستند و برای گوشی‌های میان‌رده مورد استفاده قرار می‌گیرند. در نهایت باید به تراشه‌های مدیاتک اشاره کنیم که مثلا سری P در گوشی‌های مقرون‌به‌صرفه استفاده می‌شود و سری G هم گوشی‌های گیمینگ را هدف گرفته است.

پردازنده‌ی مرکزی

معمولا از واحد پردازش مرکزی به عنوان پردازنده یاد می‌شود و کاربران زیادی تا حدی با این بخش از چیپست آشنا هستند. پردازنده بسیار انعطاف‌پذیر است و از پس انجام وظایف مربوط به طیف وسیعی از وظایف مختلف برمی‌آید. روی هم رفته، پردازنده سیستم‌عامل و اپلیکیشن‌ها را اجرا می‌کند و همچنین مسئولیت همگام‌سازی داده‌های بین دیگر پردازشگرهای درون چیپست را بر عهده دارد.

پردازنده‌ها با استفاده از واحدهای موسوم به پیش‌بینی، ثبات و اجرا کار خود را انجام می‌دهند. ثبات‌ها یا رجیسترها دارای داده‌های اندکی هستند که معمولا فرمت این داده‌ها ۶۴ بیتی است. واحدهای اجرا هم با استفاده از یک یا چند ثبات، کارهایی مانند خواندن یا نوشتن در حافظه یا محاسبات ریاضی را انجام می‌دهند. گفتنی است یک پردازنده به طور همزمان می‌تواند از چندین واحد اجرا استفاده کند.

پردازنده‌ها به لطف انعطاف‌پذیری بالا می‌تواند کارهای متنوعی را انجام دهند. عملکرد آن‌ها تا حد زیادی به سرعت کلاک (به گیگاهرتز)، تعداد هسته‌ها و همچنین معماری آن بستگی دارد. تمام چیپست‌های موبایل مبتنی بر معماری Arm هستند و پردازنده‌ی مرکزی آن‌ها معمولا از ۸ هسته استفاده می‌کنند. هسته‌های اصلی وظایف سنگین را انجام می‌دهند و هسته‌های ضعیف‌تر هم انرژی کمتری را مصرف می‌کنند و برای کارهای معمولی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

گرافیک مجتمع

در کنار پردازنده، واحد پردازش گرافیکی (GPU) هم یکی دیگر از مهم‌ترین بخش‌های چیپست موبایل محسوب می‌شود. پردازنده‌ی گرافیکی برخلاف پردازنده‌ی اصلی همه‌فن‌حریف نیست و در نتیجه طراحی متفاوتی هم دارد. این قطعه به طور موازی قادر به پردازش چندین تابع ریاضیاتی است و این کار را بسیار سریع‌تر از پردازنده‌ی مرکزی انجام می‌دهد. گفتنی است میلیون‌ها پیکسل در نمایشگر گوشی شما وجود دارد که هرکدام از آن‌ها هنگام استفاده از اپلیکیشن یا بازی موردنظر باید محاسبه شوند.

بیشتر فرایندهای گرافیکی بارها و بارها تکرار می‌شوند تا تمام پیکسل‌های نمایشگر را پوشش دهند. به همین خاطر، پردازنده‌های گرافیکی طوری طراحی شده‌اند که می‌توانند حجم عظیمی از محاسبات ریاضی را به طور همزمان انجام دهند.

برخلاف پردازنده‌های مرکزی که در هر سیکل یک یا دو عملیات را انجام می‌دهد، پردازنده‌های گرافیکی ده‌ها، صدها و حتی هزاران عملیات موازی را در هر سیکل مدیریت می‌کنند. این موضوع ارتباط مستقیمی با اندازه و طراحی آن‌ها دارد.

مهم‌ترین پردازنده‌های گوشی‌های اندرویدی Mali و Adreno نام دارند که به ترتیب توسط شرکت‌های Arm و کوالکام توسعه پیدا کرده‌اند. هر دوی آن‌ها در مدل‌های مختلفی در چیپست موبایل تعبیه می‌شوند که توان پردازشی مختلفی را به ارمغان می‌آورند. اپل هم از پردازنده‌ی گرافیکی اختصاصی خود بهره می‌برد و قرار است AMD هم به زودی گرافیک تراشه‌های اگزینوس سامسونگ را متحول کند.

پردازش تصویر

یکی از مهم‌ترین معیارهای خرید گوشی، کیفیت دوربین آن است. اگرچه کیفیت سنسور و لنز اهمیت بسیار زیادی دارد، اما در عین حال اهمیت توان پردازش تصویر هم کمتر از آن‌ها نیست. به عنوان مثال می‌توانیم به عکس‌های جذاب پیکسل ۴ اشاره کنیم که با دوربین‌های بسیار ساده‌ای ثبت می‌شوند.

در حالی که بخش اصلی ویرایش و تغییر عکس‌های عمدتا با بهره‌گیری از پردازنده‌ی مرکزی و پردازنده‌ی گرافیکی انجام می‌شود، اما قبل از ذخیره کردن عکس‌ها معمولا پردازش‌های متنوعی صورت می‌گیرد. واحد پردازش تصویر نسخه‌ی تخصصی‌تر پردازنده‌ی سیگنال دیجیتال است که کارهایی مانند فوکوس، کاهش نویز و شفاف‌سازی تصاویر را بر عهده دارد. به عبارت دیگر، اطلاعات دیجیتالی به دست آمده از سنسور را به عکس‌های جذاب تبدیل می‌کند.

پردازش هوش مصنوعی

اصطلاحاتی مانند واحد پردازش عصبی، پردازنده‌ی هوش مصنوعی و هسته‌های یادگیری ماشینی اغلب به جای یکدیگر استفاده می‌شوند اما در چیپست‌های موبایل امروزی معنای یکسانی دارند؛ یک پردازنده که به طور مشخص برای ریاضیات و الگوریتم‌های رایج شبکه‌های عصبی بهینه شده است.

درست مانند پردازنده‌های گرافیکی که برای ریاضیات گرافیکی و واحدهای پردازش تصویر که برای پردازش تصاویر بهینه شده‌اند، واحدهای پردازش عصبی هم طوری طراحی شده‌اند تا شبکه‌های عصبی و وظایف مربوط به یادگیری ماشینی را با سرعت و کارایی بیشتری نسبت به پردازنده‌ی مرکزی اجرا کنند. این واحدهای پردازش عصبی از حافظه‌ی کش اختصاصی هم بهره می‌برند تا بدون نیاز به استفاده از حافظه رم، کارهای موردنظر را انجام دهند.

شبکه‌های عصبی معمولا برای فرایندهایی مورد استفاده قرار می‌گیرند که به چندین داده‌ی ورودی برای ارائه‌ی یک خروجی واحد نیاز دارند. واحدهای پردازش عصبی جدیدترین بخش چیپست موبایل محسوب می‌شوند که عمدتا برای تراشه‌های پرچم‌دار و میان‌رده‌های پیشرفته مورد استفاده قرار می‌گیرند اما در حال راهیابی به تراشه‌ها و گوشی‌های ارزان‌قیمت نیز هستند.

مودم‌های 4G و 5G

یکی دیگر از بخش‌های مهم چیپست موبایل، مودم مختص اینترنت موبایل است که امکان اتصال به اینترنت اپراتورهای مخابراتی را امکان‌پذیر می‌کند. مودم‌های مختلف در زمینه‌ی سرعت و کیفیت اینترنت تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند. بهترین مودم‌ها از سرعت بالاتر از ۱ گیگابیت در ثانیه پشتیبانی می‌کنند و همچنین باید به مودم‌های وای‌فای و بلوتوث هم اشاره کنیم ولی تمرکز این بخش از مطلب معطوف به مودم‌های 4G و 5G است.

تمام چیپست‌های موبایل عرضه شده در چند سال اخیر دارای مودم 4G یکپارچه هستند. این یعنی مودم موردنظر درون چیپست موبایل تعبیه شده است. اولین مودم‌های 5G اکسترنال بودند و این یعنی آن‌ها باید به چیپست موبایل وصل می‌شدند. چنین رویکردی از نظر مصرف انرژی چندان بهینه نیست اما به شرکت‌های مختلف اجازه می‌دهد که به راحتی پشتیبانی از اینترنت 5G را برای گوشی‌های خود ارائه دهند.

از طرف دیگر، در حال حاضر چندین چیپست دارای مودم 5G یکپارچه در بازار حضور دارند. تراشه‌های پرچم‌دار از مودم‌های 5G یکپارچه بهره می‌برند که از امواج میلی‌متری و فرکانس‌های زیر ۶ گیگاهرتز مختص اینترنت 5G پشتیبانی می‌کنند. همچنین کوالکام و مدیاتک از جمله شرکت‌هایی هستند که چندین تراشه‌ی ارزان‌قیمت با قابلیت پشتیبانی از فناوری 5G را معرفی کرده‌اند.

سخن آخر

اگرچه طرفداران پروپاقرص تکنولوژی و گوشی‌های هوشمند علاقه دارند که مشخصات پردازنده‌های مرکزی و پردازنده‌های گرافیکی را با یکدیگر مقایسه کنند، اما با پیشرفت تکنولوژی روزبه‌روز فاصله‌ی بین آن‌ها کمتر می‌شود. چیپست‌های موبایل دیگر مانند گذشته فقط متمرکز بر چند قابلیت محدود نیستند و هماهنگی بین قابلیت‌های مختلف اهمیت بیشتری پیدا کرده است.

گوشی‌های امروزی نسبت به گذشته کارهای بسیار متنوع‌تری را انجام می‌دهند. در نتیجه، تعداد پردازنده‌های اختصاصی موجود در چیپست همچنان در حال افزایش است. چند سال قبل، مهم‌ترین قطعات چیپست‌های موبایل پردازنده‌ی اصلی و پردازنده‌ی گرافیکی بودند اما حالا واحد پردازش تصویر، بخش پردازش عصبی و پردازشگر سیگنال دیجیتال اهمیت زیادی پیدا کرده‌اند. کاربران اندکی به این قطعات توجه نشان می‌دهند اما با پیشرفت امکانات امنیتی، یادگیری ماشینی و اینترنت 5G، اهمیت آن‌ها روزبه‌روز بیشتر از گذشته می‌شود.