يمكن وصف متطلبات الهواتف الذكية الحديثة عالية المستوى - الرائد من حكام الشركات المصنعة المختلفة - بكل بساطة. لا تتطلب هذه الطرازات العليا فقط استخدام نظام على رقاقة (نظام على رقاقة ، SoC) ، والذي يوفر أعلى أداء وقدرات وسائط متعددة متقدمة ، بما في ذلك دعم الكاميرات عالية الجودة والجودة ، ولكن أيضًا بطارية ضخمة وكفاءة طاقة عالية ، كافية للهاتف الذكي للعمل لمدة يوم واحد على الأقل دون إعادة الشحن في وضع الاستخدام النشط.
الهواتف الذكية ذات هذه الخصائص هي الرائد للعديد من الشركات ، من بينها يمكنك تمييز ممثلين بارزين مثل Apple iPhone 6 Plus و Samsung Galaxy S6 Edge و LG G4 وغيرها. لكن الزيادة الإضافية في سعة البطارية في الهواتف الذكية مقيدة حتى مع الزيادة المستمرة في شاشات أفضل الموديلات. على الرغم من حقيقة أن تجهيز الهواتف الذكية باهظة الثمن بشاشات أكبر هو اتجاه معترف به في السوق (كان متوسط حجم الشاشة في أفضل الموديلات في 2010-2011 أقل من 4 بوصات ، في 2012-2014 نما إلى 5 بوصات ، وفي 2015 كان بالفعل 5 بوصات وأكثر من ذلك) ، قدرة البطارية محدودة بشكل رئيسي برغبة الشركات المصنعة في جعل الهواتف الذكية رقيقة قدر الإمكان.
كما ترى في الرسم البياني ، يتزايد حجم الشاشات واستهلاكها للطاقة ، لكن سعة البطارية لم تتغير لعدة سنوات حتى الآن ، وسيزداد هذا القيد سوءًا في السنوات القادمة ، عندما ينمو حجم الشاشات ودقتها أكثر. وفقًا لذلك ، يرغب المصنعون في عكس الاتجاه من ناحية أخرى ، وتزويد الهواتف الذكية بأنظمة أكثر اقتصادية على الشريحة توفر أداءً عاليًا وعمرًا طويلًا للبطارية.يحاول رواد السوق باستمرار تقليل (أو على الأقل الاحتفاظ بداخله) من إجمالي استهلاك الطاقة للهواتف الذكية ، وذلك باستخدام كل من العمليات التكنولوجية الأحدث لإنتاج الأنظمة على الرقائق والحلول المعمارية الجديدة. البعض منهم معروف منذ فترة طويلة ، يمكن للمرء أن يلاحظ تغيرًا ديناميكيًا في التردد والجهد التشغيلي لأنوية وحدة المعالجة المركزية ، واستخدام مجموعات من نوى الحوسبة ذات السعات المختلفة ، مثل الكبيرة. LITTLE ، وبعض الطرق الأخرى.ولكن في الوقت الحالي ، تم تقريبًا الاحتمالات تقريبًا من العمارة الكبيرة ، فقد بلغت بنية LITTLE حدها ولا يمكنها المساعدة في تحسين كفاءة الطاقة أكثر ، كما تتطلب حقائق السوق. يحتاج مصنعو الهواتف الذكية إلى حلول جديدة من شأنها أن توفر استهلاكًا أقل للطاقة مع أداء حوسبي أكبر ضمن إمكانات تصنيع أشباه الموصلات الحالية.لطالما استخدمت MediaTek مثل هذه الحلول الكبيرة. LITTLE في شكل SoCs متعدد النواة يتكون من مجموعتين مع نوى حسابية من تخصصات مختلفة: تم تصميم العديد من نوى وحدة المعالجة المركزية في تكوينها للمهام الصعبة ، ويتم استخدام الباقي للتطبيقات ذات التحميل الحوسبي المنخفض. لذا ، كان أحد أنظمة مثل هذه على شريحة هو نموذج Helio X10 ، الذي أعلنت عنه الشركة العام الماضي.استنادًا إلى شريحة Helio X10 ، ظهرت العديد من الموديلات من الشركات المصنعة المعروفة: HTC One M9 + و HTC One E9 + و Meizu MX5 ، وهذه ليست سوى البداية. يستخدم Helio X10 مجموعتين مع تكوين 4 + 4 نوى للمعالج ، ولكن MediaTek ذهب أبعد من ذلك بإطلاق أول نظام في العالم يحتوي على رقاقة مع ثلاث مجموعات من نوى وحدة المعالجة المركزية ، والتي سنفحصها الآن بمزيد من التفصيل.بنية ثلاثية الكتلة
اختارت MediaTek تطوير بنية معالج متعدد الكتل من أجل نظامها التالي على أعلى شريحة. تذكر أن هذا الفصل يسمح باستخدام أنوية CPU أكثر ملاءمة في المهام ذات المتطلبات المختلفة لأداء الحوسبة. لذلك ، توفر نوى الحوسبة عالية الأداء أداءً عاليًا جدًا ، ولكن مع استهلاك مرتفع للطاقة ، في حين أن النوى الأقل كفاءة تستهلك طاقة منخفضة جدًا ، لكنها لا تستطيع توفير المهام التي تتطلب حسابًا.في معظم الأحيان ، في التصميم التقليدي بالفعل لمجموعتين ، يستخدم الأصغر منهم نوى معمارية بسيطة نسبيًا وموفرة للطاقة جدًا مثل Cortex-A53 ، وتتكون مجموعة عالية الأداء من نوى وحدة المعالجة المركزية الكبيرة مثل Cortex-A57 أو Cortex-A72. في بعض الحالات ، يتم استخدام نوى Cortex-A53 أيضًا ، ولكن تم تحسينها خصيصًا لتحقيق تردد تشغيل مرتفع ، مقارنة بمجموعة من استهلاك أقل للطاقة ، كما تم في شرائح MediaTek السابقة., «» «», — , . :
, «» , , . big.LITTLE CPU- , , .
وبناءً على ذلك ، قدم مهندسو MediaTek المجموعة الثالثة ، وقاموا بـ "انتقال" وسيط بالإضافة إلى الاثنين المتطرفين ، إذا قدمنا تشابهًا في شكل علب تروس السيارات. من وجهة نظر النظرية ، فإن الحل منطقي ، لأنه كلما زادت التروس في الصندوق ، يمكن تحديد نسب التروس الأكثر ملاءمة لسيارة متحركة ، وبالتالي ضمان استهلاك أقل للوقود. اتضح أن كل مجموعة من المجموعات الثلاث المتاحة ستكون مناسبة بشكل أفضل لمهامها ، وتحسين كفاءة الطاقة للغاية: المهام الخفيفة (الواجهة ، والبريد ، والموسيقى) ، والمهام المتوسطة (التطبيقات ، والشبكات الاجتماعية ، والألعاب المتساهلة) ، والمهام الصعبة (الألعاب ثلاثية الأبعاد ، والاختبارات ، تطبيقات الوسائط المتعددة).يبقى سؤال الإدارة ، لأن المهام يجب أن يتم توزيعها بشكل صحيح وسريع على النوى المختلفة. للتحكم في توزيع المهام بين نوى المجموعات المختلفة ، تستخدم رقائق MediaTek تقنية CorePilot ، وهي جدولة مهمة خاصة. إذا حكمنا من خلال كفاءة الطاقة للأنظمة السابقة على رقاقة هذه الشركة ، حتى في الإصدارات السابقة قام هذا المجدول بعمله بشكل جيد للغاية ، وفي الإصدار الجديد 3.0 يجب أن يوفر كفاءة أكبر.نظام Helio X20 - أول نظام ثلاثي الشرائح على تصميم
أعلنت MediaTek عن نظامها الجديد على الشريحة للهواتف الذكية والأجهزة اللوحية المتطورة في شهر مايو من هذا العام. أطلق على الجدة اسم Helio X20 ، لتستمر في خط الشركة من رقائق عالية الأداء Helio ، والتي ظهرت قبل ذلك بقليل. أصبح طراز X20 ثاني نظام على الرقاقة في هذا الخط ، وأول من حصل على مثل هذا الاسم الجديد من البداية (كانت تسمى Helio X10 ببساطة باسم MT6795).أصدرت MediaTek منتجًا جديدًا يحتوي على ما يصل إلى 10 نوى حوسبة عالمية ، وهو أول حل من هذا النوع بتصميم ثلاثي المجموعات. تتكون ثلاثة أقسام مع نوى وحدة المعالجة المركزية من أربعة أنوية Cortex-A53 تعمل بتردد 1.4 جيجاهرتز وتوفر أفضل كفاءة في استخدام الطاقة ، وأربعة أنوية Cortex-A53 متوازنة أكثر للطاقة بتردد 2.0 جيجاهرتز ، وزوج 2.5 جيجاهرتز Cortex-A72 في الأداء العالي العنقودية.
يتم توصيل نوى وحدة المعالجة المركزية من مجموعات مختلفة من خلال ناقل MediaTek Coherence System Interconnect (MCSI) الخاص والوصول إلى الذاكرة عبر ناقل ذاكرة AXI 128 بت. إن ناقل MCSI مهم جداً لضمان تشغيل مثل هذا النظام المعقد ، ويعتمد أداء الشريحة الكلي على قدراته. قبل بضعة أشهر ، أعلنت ARM عن ناقل CoreLink CCI-500 مشابه يمكن أن يجمع ما يصل إلى أربع مجموعات من وحدات المعالجة المركزية. ربما اتخذت MediaTek هذه الحافلة كأساس ، أو ربما طورت واجهتها الخاصة إذا كانت قادرة على توفير أفضل زمن انتقال في نقل البيانات.مفتاح بنية Helio X20 هو الكتلة متوسطة المدى الجديدة. يستمر استخدام المجموعة الصغيرة ذات الأداء الأقل في المهام التي لا تتوقف مع مدة عالية ، والمجموعة عالية الأداء - في أكثر الجشع للحوسبة السريعة. يقدم الجزء الأوسط أرضية متوسطة جدًا ، والتي توفر أداء حوسبة مرتفع نسبيًا مع استهلاك منخفض للطاقة ، مقارنة بمجموعة من نوى Cortex-A72 كبيرة. وهناك عدد غير قليل من هذه المهام "المتوسطة":
حسنًا ، السؤال الأكثر أهمية هو ما هي زيادة كفاءة الطاقة وعمر البطارية الذي يعطي حلاً مشابهًا؟ كما اتضح ، فإن الفرق بين الكتلة الكبيرة LITTLE و Tri-العنقودية من حيث الكفاءة على وجه التحديد بسبب ظهور مجموعة متوسطة إضافية أمر لائق جدًا - يوفر منتج MediaTek الجديد استهلاكًا أقل للطاقة في جميع المهام الممكنة تقريبًا:, , Facebook — 40-50% , -- .
, Facebook , , «» CPU-, 20-30%. Helio X20 .
, -- MediaTek - Cortex-M4, 364 , SRAM- 512 DRAM, , .
ARM- ( , MP3), , , CPU-. , -- Helio X20 , .
Helio X20
-- Helio X20 MediaTek MT6797 (Helio X10 — MT6795), Helio X10, TSMC 28 HPM, 20 , . -- Helio X20, :
SoC , , CPU-, -- Cortex-A53, 2 .
CPU- , , . , GeekBench 3 (Single Thread) Helio X20 70% , X10, (Multi Thread) — 15% . Antutu -- MediaTek 40% — .
Helio X20 (package on package — PoP) LPDDR3-, 933 — 800 X10. , , 2560x1600 , LPDDR3- .
تتم معالجة الصور من وحدات الكاميرا بواسطة معالج الإشارة المزدوجة ISP ، والذي يوفر حساب صور 32 ميجابكسل بتردد 24 FPS و 25 ميجابكسل بمعدل 30 إطارًا في الثانية (لـ X10 - حتى 21 ميجابكسل بسرعة 30 إطارًا في الثانية). من الممكن توصيل كاميرا 32 ميجابيكسل أو زوج 13 ميجابيكسل. وهو يدعم تسجيل فيديو 4K بتقنية HDR وأساليب ما بعد المعالجة المتقدمة للأجهزة: التشويش / demosaic / الحدة.يوفر النظام الجديد على الشريحة فك تشفير فيديو 4K بتنسيقات H.264 و H.265 و VP9 بمعدل 30 إطارًا في الثانية ، ويدعم فك تشفير البيانات من 10 بت لكل لون. يمكن ترميز الفيديو بدقة 4K ومعدل إطارات 30 إطارًا في الثانية بتنسيق H.265 بما في ذلك HDR. لم تتغير احتمالات العمل مع بيانات الفيديو كثيرًا مقارنة بـ Helio X10 ، ولكنها توفر انخفاضًا في استهلاك الطاقة بنسبة 30 ٪ و 40 ٪ لفك التشفير والتشفير ، على التوالي.في النظام المعتمد على شرائح Helio X20 ، يستخدم ARM النواة الرسومية Mali-T880 MP4 الجديدة (GPU) التي تعمل بتردد 700 ميجاهرتز. إنه يوفر أداءً ثلاثي الأبعاد أكبر بنسبة 40٪ مع نفس الانخفاض في استهلاك الطاقة مقارنةً بتقنية Imagination Technologies PowerVR G6200 ، المستخدمة في Helio X10 وتعمل بنفس التردد.إن Helio X20 هو أول نظام على رقاقة يستخدم نواة الفيديو من سلسلة Mali T800 ، وتتمتع وحدة معالجة الرسومات هذه بأداء عالٍ جدًا لحلول الشركات التي لم تكن مميزة سابقًا باستخدام وحدات معالجة الرسوميات الثقيلة. في المعيار القياسي ثلاثي الأبعاد الشهير GFXBench 3.0 في اختبار 1080p T-Rex Offscreen ، يظهر الحل الجديد زيادة في الأداء بنسبة 30٪ مقارنةً بـ PowerVR G6200 ، وفي 1080p Manhattan Offscreen يصل التحسين إلى 45٪.يمكن عرض المعلومات على دقة WQXGA (2560x1600) بمعدل إطارات 60 إطارًا في الثانية أو FullHD (1920x1080) بسرعة 120 إطارًا في الثانية. يوفر الخيار ذو معدل تحديث أعلى للمعلومات على الشاشة مع دعم الأجهزة المناسب من جانب الشاشة وضوحًا أكبر للصورة في ظروف التغيير السريع للصورة على الشاشة ، على سبيل المثال ، في الألعاب وعند تمرير النص في المتصفح.قبل بضع سنوات ، كان أحد أوجه القصور الواضحة في أنظمة MediaTek على الشريحة هو عدم وجود دعم لمعايير الاتصالات المحمولة. لكن مهندسي الشركة يلحقون باستمرار بقادة الصناعة ، ويطلقون المزيد من أجهزة المودم المتقدمة ، بما في ذلك أجهزة المودم المدمجة.المودم المدمج في Helio X20 هو مثال على هذا النهج ويوفر شبكات الهاتف المحمول حول العالم. قدم هذا النظام على الشريحة أخيرًا دعمًا لمعيار CDMA2000 ، وهو أمر مهم لغزو سوق الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية في أمريكا الشمالية - ولا تزال شركة كوالكوم ، الرائدة في دعم تقنيات شبكات الهاتف المحمول ، تسود في هذا السوق.يدعم جزء المودم من نظام X20 على الشريحة أيضًا شبكات LTE R11 من الفئة 6 مع دعم تجميع الموجات الحاملة 2x20 ميجاهرتز ، ويوفر سرعات تصل إلى 300 ميجابت في الثانية للاستقبال و 50 ميجابت في الثانية لنقل البيانات. من المهم أن يستهلك المودم الجديد طاقة أقل بنسبة 30٪ من تلك المستخدمة في Helio X10. تحتوي أفضل حلول المنافسين على مودم مدمج من الفئة 7 LTE وشريحة LTE خارجية من الفئة 10 ، ولكن من الواضح أنها تكلف أكثر من MediaTek.من الشبكات اللاسلكية ، تدعم الشريحة الجديدة معايير Wi-Fi 802.11ac مع نقل البيانات بسرعات تصل إلى 280 ميغابت / ثانية ، مع دعم أنظمة تحديد المواقع GPS و GLONASS و Beidou. علاوة على ذلك ، كل هذا الدعم مدمج في النظام على الشريحة ، على النقيض من استخدام شريحة MT6630 الخارجية كجزء من Helio X10 ، وهو أكثر تكلفة.ميزات الوسائط المتعددة الغنية
إلى جانب حقيقة أن Helio X20 يوفر أداء أفضل بشكل ملحوظ وكفاءة في استخدام الطاقة ، بالإضافة إلى بعض الميزات الجديدة ، يتميز النظام على رقاقة بتكنولوجيا البرامج والأجهزة المحسنة للعمل مع بيانات الوسائط المتعددة. لقد ذكرنا بالفعل وحدة معالجة الإشارات المزدوجة من كاميرا ISP ، والتي يمكن أن توفر كاميرا واحدة بدقة 32 ميجابكسل بمعدل إطارات 24 إطارًا في الثانية ، أو زوج من كاميرات 13 ميجابكسل بمعدل 30 إطارًا في الثانية.أيضًا ، في SoC الجديدة ، تم إجراء تعديلات تهدف إلى استجابة أسرع وتحسين جودة الضبط البؤري التلقائي. الآن التأخير بين إطارين عند التصوير أقل من 0.2 ثانية ، يتم دعم العديد من أوضاع التركيز التلقائي: ثابت ، ليزر وتباين. للحصول على صور بجودة أفضل ، هناك إمكانية لتطبيق المعالجة اللاحقة باستخدام وحدات أجهزة جديدة: نظام تقليل الضوضاء وخوارزمية إزالة الفسيفساء والتوضيح في الوقت الفعلي.: , ZigZag HDR HDR- 4K-, , (face detection) ..
(depth of field) , . , , -- Helio X20 .
ربما يكون أحد أهم العوامل عند تصوير الفيديو هو تثبيت الجودة. في حالة الهواتف الذكية ، غالبًا ما تكون خالية من أجهزة التثبيت في شكل حوامل ثلاثية وثابتات ، يصبح تثبيت البرامج للصورة الذي يزيل التحركات في الإطار مثل هذه الطريقة. يستخدم النظام المعتمد على شرائح Helio X20 تقنيات تثبيت الصورة المتقدمة لتحسين بيانات الفيديو ، باستخدام البيانات من الجيروسكوبات لتوفير أفضل النتائج.القدرة التنافسية لقرار شريحة السعر الأعلى
كي تختصر. يستخدم Helio X20 تصميمًا مبتكرًا لثلاث مجموعات مع عشرة نوى وحدة معالجة مركزية 64 بت لأغراض مختلفة ، وأقوىها قادران على العمل بترددات تصل إلى 2.5 جيجا هرتز ، وهناك نواة رسومية جديدة من ARM - أكثر إنتاجية بنسبة 40٪ مقارنة بوحدة معالجة الرسومات Helio X10 ، مودم خلوي من الجيل الثالث مدمج في نظام على رقاقة مع دعم لشبكات LTE من الفئة 6 و CDMA2000 ، مما يتيح لك العمل في شبكات الهواتف المحمولة حول العالم ، وميزات الوسائط المتعددة الغنية: دعم شاشات 120 هرتز وكاميرات متعددة ميجابكسل مع متقدمة معالجة في الوقت الفعلي والمزيد.كل هذا يجعل من Helio X20 منافسًا ممتازًا حتى بالنسبة لحلول مثل هذه الصناعة الكبرى مثل Qualcomm. إن مقارنة الأنظمة المختلفة على الشريحة ليس بالأمر السهل ، لكن Helio X20 أفضل من Snapdragon 620 (MSM8976) من نواح عديدة. يتم إنتاج شريحة MediaTek وفقًا لتقنية معالجة 20 نانومتر في TSMC ، وبالتالي ، فإن جميع الأشياء الأخرى متساوية ، ولديها استهلاك أقل للطاقة مع أداء أعلى في المهام الشائعة ، ويجب أن يكون الأداء الأساسي للرسومات في MediaTek الجديد أيضًا أعلى من أداء Snapdragon 620. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر X20 بعض الميزات الذي لا يمتلكه Snapdragon ، بما في ذلك دعم شاشات 120 ميجاهرتز ، وفك تشفير الأجهزة لبيانات الفيديو 10 بت ، وكاميرات 32 ميجابيكسل ، إلخ.الشيء الوحيد الذي يصعب تقييمه هو الفرق في الأداء لمثل هذه التكوينات المختلفة لوحدة المعالجة المركزية. يحتوي Helio X20 نفسه على نوى أكثر للمعالج ، ولكن Snapgradon 620 لديه أقوى A72s أربعة مقابل زوج على شريحة MediaTek ، على الرغم من أنها تعمل بتردد أعلى. بشكل عام ، فإن تردد نوى وحدة المعالجة المركزية للمجموعة العليا عند 2.5 غيغاهرتز مثير للإعجاب للغاية ، لأنه تم تحقيقه باستخدام تقنية معالجة 20 نانومتر من TSMC ، على الرغم من حقيقة أن ARM خطط مثل هذه الترددات لـ Cortex-A72 فقط مع مراعاة العمليات التقنية 14/16 نانومتر FinFET.استنادًا إلى الظروف ، في الممارسة العملية ، يمكن أن يكون نظام MediaTek على شريحة و Qualcomm أسرع ، كل شيء يعتمد على نوع الحمل. لكن حل MediaTek يجب أن يكون بالتأكيد أكثر اقتصادا. في الوقت الحالي ، تبدو نتائج SoC الجديدة للشركة رائعة في معايير مشتركة مثل GeekBench 3 و Antutu ، وتتفوق بشكل ملحوظ على نظامي Snapdragon 810 و Exynos 7420 المشهورين في السرعة.
-- MediaTek — 30% , Helio X10, 40% . , « » X20 18% , « » — 24%, MP3 55%, H.265 4K- 30 FPS — 37%, H.265 ( 4K 30 FPS) — 28%, 40%, LTE — 30-40%.
حتى بالمقارنة مع حل MT6755 الأقل إنتاجية ، والذي يعد خطوة أقل في تشكيلة الشركة ، فإن نظام Helio X20 الجديد على الشريحة يستهلك طاقة أقل بمعدل 6-9٪ ، وكل الأشياء الأخرى متساوية: عرض سطح المكتب - 4٪ أقل ، تشغيل ملف MP3 أقل بنسبة 26٪ ، عند تسجيل الفيديو وتشغيل الفيديو بتنسيق H.264 ، يكون استهلاك SoC الجديد أقل بنسبة 5-6٪ ، وفي الألعاب ونقل البيانات بنسبة 5-10٪.اليوم ، من خلال الجمع بين الخصائص التقنية والمعلمات ، يبدو نظام Helio X20 على رقاقة أفضل من العديد من المنافسين الأقوياء في مكانه ، بما في ذلك نماذج الهواتف المحمولة على الشريحة المعروفة مثل Snapdragon 620 و 810. على الأقل Helio X على الورق يبدو X20 مثيرًا للإعجاب للغاية ، وسيكون من المثير للاهتمام أن نرى كيف سيعمل تصميم المجموعات الثلاث عمليًا.يبقى لتوضيح النقطة الأخيرة - الوقت الذي يجب أن تظهر فيه الهواتف الذكية القائمة على نظام Helio X20 على الشريحة في السوق. من المتوقع أن تظهر عينات SoC الأولى بحلول نهاية هذا العام ، وستطرح المنتجات النهائية القائمة على هذه الشريحة للبيع في الربع الأول من العام المقبل - بحلول هذا الوقت ، تخطط الشركات المصنعة للهواتف الذكية لإكمال جميع مراحل التحضير للإنتاج الصناعي.إن حقيقة نجاح نظام MediaTek الجديد المتطور على رقاقة يظهر نجاح اهتمام العديد من مصنعي الهواتف الذكية المعروفين الذين سيستخدمون معالج Helio X20 ذي عشر نوى في أجهزتهم المستقبلية. على الأرجح ، ستشمل HTC و Meizu و Lenovo و Sony و LG و Xiaomi وغيرها.شكرا للانتباه!