Mózg i serce smartfona

Pierwszym kryterium oceny możliwości procesora mobilnego jest jego architektura. Decyduje ona o tym, jaki system mobilny można uruchomić na urządzeniu.

Modele bazujące na architekturze ARM w zdecydowanej większości będą działały pod kontrolą systemu Android. Innymi popularnymi rodzajami oprogramowania mobilnego wspierającego tę architekturę są iOS oraz Windows Phone i Windows 10 Mobile. Oprócz tego z procesorami ARM współpracują praktycznie wszystkie niszowe mobilne systemy operacyjne takie jak Tizen i Sailfish OS.

Drugi rodzaj architektury mobilnych procesorów to x86, która jest wykorzystywana wyłącznie przez Intela. Tego typu układy są stosowane w nielicznych smartfonach z systemem Android, ale często spotyka się je w tabletach z systemami Android oraz Windows 10. Procesory x86 jako jedyne umożliwiają uruchomienie pełnego systemu Windows na tablecie. Ta sama architektura jest wykorzystywana w większości laptopów i komputerów stacjonarnych, które działają właśnie pod kontrolą Windowsa.

Rozpoznanie architektury procesora użytego w konkretnym urządzeniu jest proste. Jeżeli producentem układu jest Intel, jest to model oparty o architekturę x86. Praktycznie wszystkie pozostałe firmy produkują procesory oparte na architekturze ARM.

Na rynku występuje też wiele innych architektur procesorów mobilnych, ale w praktyce nie są one wykorzystywane w najnowszych urządzeniach mobilnych przeznaczonych na rynek konsumencki.

Wybór procesora ARM może wydawać się trudny – układy te są tworzone przez wielu producentów i mają różne rdzenie. Jednak studiując specyfikację konkretnego modelu, można oszacować jego wydajność i możliwości. Zdecydowana większość użytkowników, wybierając procesor, zwraca największą uwagę na liczbę jego rdzeni. Jest to błędne podejście, ponieważ rdzenie różnego rodzaju cechują się odmienną wydajnością i poborem energii. Cortex-A7 i Cortex-A15 to kolejno energooszczędny oraz wydajny rdzeń z poprzedniej generacji procesorów, zaś Cortex-A53 i Cortex-A57 to odpowiednio energooszczędny i wydajny rdzeń obecnej generacji procesorów. Rdzenie różnego rodzaju występują w nich razem jako składniki jednego procesora mobilnego. Rozwiązanie to jest znane jako big.LITTLE i polega na stosowaniu równej liczby rdzeni energooszczędnych i wydajnych. Wykorzystanie konkretnych rdzeni zależy od poziomu skomplikowania danego zadania.

Większość ubiegłorocznych smartfonów z najwyższej półki jakościowej miała po cztery rdzenie Cortex-A57 i Cortex-A53. Z kolei w starszych modelach można znaleźć układy zawierające po cztery rdzenie Cortex-A15 i Cortex-A7. W jeszcze starszych procesorach, np. w Snapdragonie 400 sprzed dwóch–trzech lat, nie stosowanego tego rozwiązania i wszystkie rdzenie procesora były jednakowe.

Nie wszystkie wydajne procesory mają rdzenie różnego rodzaju. Niektórzy producenci podzespołów decydują się na tworzenie układów zawierających same energooszczędne jednostki. MediaTek już w 2013 roku stworzył model MT6592 wyposażony w osiem jednocześnie działających rdzeni Cortex-A7. Teraz z kolei pojawia się wiele układów wyposażonych w osiem rdzeni Cortex-A53. W benchmarkach prezentują się one całkiem dobrze, ale w praktyce nie widać dużej różnicy między działaniem czterech a większej liczby rdzeni tego samego typu. Wynika to stąd, że większość aplikacji stworzonych z myślą o Androidzie jest optymalizowana pod kątem pracy przy wykorzystaniu dwóch lub czterech rdzeni, a nie ośmiu.

W przypadku układów x86 wybór procesora jest o wiele łatwiejszy, nie trzeba nawet zwracać uwagi na zastosowane rdzenie. Intel swoje procesory mobilne podzielił na rodziny Atom x3, x5, x7 oraz Intel Core M. Modele Intel Atom x3 są przeznaczone do smartfonów i tabletów z najniższej półki cenowej, zaś wydajniejsze modele zostały stworzone z myślą wyłącznie o tabletach. Modele x3 rywalizują z układami ARM wyposażonymi w rdzenie Cortex-A7 i Cortex-A53, zaś x5 oraz x7 stanowią konkurencję dla chipów Cortex-A15. Niestety ich wydajność jest mniejsza niż procesorów z rdzeniami Cortex-A57. Większości osób nie powinno to jednak przeszkadzać, urządzeń z procesorami Intela nie kupuje się bowiem ze względu na ich wydajność. Ich największą zaletą jest kompatybilność z systemami Windows, z obsługą których radzą sobie znakomicie.

Na ośmiu rdzeniach plany producentów się nie kończą. MediaTek Helio X20, który ma trafić do pierwszych urządzeń w ciągu najbliższych miesięcy, jest wyposażony w aż dziesięć rdzeni. Dwa z nich to wydajne układy Cortex-A72 (zastąpią one rdzenie Cortex-A57), kolejne cztery to energooszczędne rdzenie Cortex-A53 o częstotliwości taktowania 2 GHz, zaś cztery ostatnie to najbardziej energooszczędne modele Cortex-A53 o taktowaniu obniżonym do 1,4 GHz. MediaTek twierdzi, że taka konfiguracja rdzeni pozwoli uzyskać wysoką wydajność i dużą oszczędność energii. Można jednak podejrzewać, że różnicę między Helio X20 i tańszymi procesorami czterordzeniowymi będzie widać tylko w testach syntetycznych, a nie w codziennym użytkowaniu.

Są też producenci, dla których dokładanie rdzeni nie jest priorytetem. Jednym z nich jest Nvidia, która w 2014 roku wypuściła na rynek układ Tegra K1. Jego pierwsza wersja miała pięć rdzeni Cortex-A15, w tym jeden odpowiedzialny za mało wymagające zadania. Kilka miesięcy później firma zaprezentowała układ Tegra K1 wyposażony w tylko dwa autorskie rdzenie Denver. Rdzenie te okazały się o wiele szybsze od poprzedniej wersji chipu i zdecydowanej większości wielordzeniowych układów dostępnych na rynku.

Oprócz jakości i liczby rdzeni na możliwości procesora duży wpływ ma proces technologiczny, w którym został wykonany. W bardzo dużym uproszczeniu można powiedzieć, że nazwa procesu technologicznego, np. 14 nm, określa wielkość tranzystorów w procesorze. Im mniejsze są tranzystory, tym mniej ciepła wydziela procesor i tym wyższa jest jego energooszczędność.

O znaczeniu procesu technologicznego można się przekonać, porównując dwa na pierwszy rzut oka bardzo podobne układy. Pierwszym jest Samsung Exynos 7420 zastosowany w Samsungu Galaxy S6, drugi to Qualcomm Snapdragon 810 znany z innych topowych smartfonów, np. HTC One M9 czy Sony Xperii Z3+. Oba chipy zostały wyposażone w łącznie osiem rdzeni: cztery Cortex-A53 i cztery Cortex-A57. Procesory różni jednak proces technologiczny. Układ Samsunga został wykonany w nowoczesnym 14-nanometrowym procesie produkcyjnym, zaś Qualcomma – w starszej technologii 20-nanometrowej. W praktyce okazało się, że Qualcomm Snapdragon 810 w obudowie HTC One M9 nagrzewa się tak mocno, że uniemożliwia pracę smartfona. Tajwańska firma „rozwiązała” problem, wyłączając najmocniejsze rdzenie i wszystkie obliczenia przenosząc na rdzenie o niskim zużyciu energii. Wydajna część procesora uruchamia się tylko po włączeniu aplikacji testowych. Niestety HTC nie poinformowało użytkowników, że ich smartfony wykorzystują tylko nieco ponad połowę swojego potencjału.

Z podobnym problemem borykało się też Sony. Xperia Z3+ przed otrzymaniem stosownej aktualizacji samoczynnie się wyłączała. Natomiast z procesorem Samsunga nie było podobnych problemów – układ działał stabilnie, a telefon nie przegrzewał się nawet w niesprzyjających warunkach.

Osoby zamierzające uruchamiać na swoim smartfonie lub tablecie gry powinny zwrócić uwagę na model układu graficznego (GPU). W procesorach mobilnych ten element jest zintegrowany z procesorem głównym, więc nie można mówić o pełnej swobodzie wyboru GPU. Wydajność układu graficznego rośnie wraz z wydajnością CPU – lepsze procesory wyposażone są w lepszą grafikę. Nie istnieją jednak procesory mobilne stworzone wyłącznie z myślą o grach. Wyjątkiem są produkty firmy Nvidia, np. wspomniany już chip Tegra K1. Mimo upływu ponad roku od premiery układ oferuje praktycznie najwyższą wydajność w grach. Jest to zasługa procesora graficznego zbudowanego w oparciu o architekturę Kepler, która całkiem niedawno była stosowana w kartach graficznych GeForce. Na rynku niebawem pojawią się też pierwsze urządzenia z następcą, układem Nvidia Tegra X1. Chip ten jest wyposażony w jeszcze wydajniejszy układ graficzny zbudowany w oparciu o architekturę Maxwell, z której korzystają najnowsze karty graficzne GeForce.

Większą wydajnością w grach cechują się też urządzenia wyposażone w mniej szczegółowe wyświetlacze. Mniej pikseli wyświetlanych na ekranie wymaga mniej mocy obliczeniowej, dlatego zamiast wierzyć w magię cyfr lepiej jest iść za głosem rozsądku. W przypadku smartfona z ekranem mniejszym niż 5 cali rozdzielczość 1280 na 720 punktów będzie odpowiednia. Z kolei w przypadku większych urządzeń absolutnie wystarczająca okaże się rozdzielczość 1920 na 1080 pikseli.

W pierwszych miesiącach bieżącego roku na rynku pojawi się wiele interesujących układów. Najciekawszy z nich to Samsung Exynos 8890, który najprawdopodobniej będzie napędzał Samsunga Galaxy S7. Ma on być o aż 30 proc. wydajniejszy od Exynosa 7420 zastosowanego w Samsungu Galaxy S6. Będzie wyposażony w cztery autorskie rdzenie Mongoose M1 i cztery Cortex-A53.

Interesująco prezentuje się Huawei Kirin 950. Na jego specyfikację składają po cztery rdzenie Cortex-A72 oraz Cortex-A53. Z tego typu podzespołów nie zamierza korzystać Qualcomm, który już zaprezentował Snapdragona 820 wyposażonego w cztery autorskie rdzenie Kryo. Układ ten został wykonany w 14-nanometrowym procesie technologicznym.