نبرد پنج نانومتری‌ها؛ مقایسه عمیق اگزینوس 2100 با اسنپدراگون 888، کرین 9000 و ای 14 بایونیک

براساس مقاله‌ی Android Authority، به‌ دنبال رونمایی رسمی از پردازنده‌ی اگزینوس 2100 سامسونگ (Samsung Exynox 2100) در رویداد مستقل Exynos On، اکنون فهرست پردازنده‌های پرچمداری که قرار است درون گوشی‌های رده‌بالای سال جاری میلادی قرار بگیرند تکمیل شده است.

اگزینوس 2100 سامسونگ به اسنپدراگون 888 کوالکام (Qualcomm Snapdragon 888)، کرین 9000 هواوی (Huawei Kirin 9000) و ای 14 بایونیک اپل (Apple A14 Bionic) می‌پیوندد. تمامی این تراشه‌ها در اوایل سال ۲۰۲۱ به‌عنوان قلب تپنده‌ی گوشی‌های هوشمند رده‌بالا فعالیت خواهند کرد. اکنون زمان مناسبی است تا نگاهی عمیق به این پردازنده‌ها بیاندازیم و ببینیم هر یک از آن‌ها چه در چنته دارد.

پیش از اینکه بررسی تفاوت پردازنده‌ها را آغاز کنیم، بهتر است سراغ دو شباهت بزرگی برویم که در بین تمامی پردازنده‌های پرچم‌دار حال حاضر صنعت موبایل دیده می‌شوند. نخست، تمامی این پردازنده‌ها مبتنی ‌بر لیتوگرافی پیشرفته‌ی پنج نانومتری EUV هستند.

ارتقا خطوط تولید کارخانه‌های بزرگ TSMC و سامسونگ باعث شده است ابعاد ترانزیستورهای پردازنده‌ها بسیار کوچک‌تر از قبل شود. این موضوع بدین معنی است که پردازنده‌های مدرن موبایل دارای تراکم ترانزیستور بسیار خوبی هستند و مصرف انرژی کمتری از نسل قبل دارند. افزایش تراکم ترانزیستور و کاهش مصرف انرژی دو فاکتوری هستند که روی توانایی‌های پردازنده، قدرت پردازشی آن و البته عمر باتری دستگاه‌های مجهز به پردازنده اثر مهمی می‌گذارند.

دومین وجه تشابه مهم پردازنده‌های رده‌بالای جدید صنعت موبایل، مودم 5G مجتمع است. به‌ استثناء ای 14 بایونیک اپل، گوشی‌های هوشمند پرچم‌دار سال ۲۰۲۱ دارای مودم 5G هستند که روی همان تراشه‌ی حاوی CPU و دیگر قطعات پردازشی قرار گرفته است. ترکیب واحدهای پردازشی روی قدرت عملکرد،‌ ابعاد تراشه و مصرف انرژی اثرگذار است.

هر چهار پردازنده از دو نسخه‌ی شبکه‌ی 5G پشتیبانی می‌کنند؛ نسخه‌ی مبتنی ‌بر امواج دارای فرکانس زیر ۶ گیگاهرتز (Sub-6GHz) و نسخه‌ی مبتنی ‌بر موج میلی‌متری (mmWave). البته اگزینوس 2100، اسنپدراگون 888، کرین 9000 و ای 14 بایونیک یک‌ سری قابلیت دیگر دارند که باعث می‌شود همچنان در آینده‌‌ پردازنده‌هایی قدرتمند باقی بمانند. مزیت‌های جدید پردازنده‌های مدرن صنعت موبایل در کنار لیتوگرافی پیشرفته‌ی پنج نانومتری قرار گرفته‌اند و همین موضوع باعث می‌شود گوشی‌های هوشمند رده‌بالای سال جاری میلادی از لحاظ مصرف انرژی و عمر باتری، پیشرفت‌های محسوسی تجربه کنند. 

انتظارات از قدرت پردازشی تراشه‌‌های نسل جدید

یکی از اصلی‌ترین بخش‌های مقایسه‌‌ی اگزینوس 2100 و اسنپدراگون 888، واحد پردازنده‌ی مرکزی (CPU) آن‌ها است. سامسونگ و کوالکام در پروژه‌ی Arm CXC همکاری می‌کنند و همین کار باعث شده است امکان دسترسی به هسته‌های قدرتمند کورتکس X1 برای آن‌ها فراهم شود. دو پردازنده‌ی پرچم‌دار جدید سامسونگ و کوالکام افزون ‌بر یک هسته‌ی کورتکس X1 به سه هسته‌ی قدرتمند کورتکس A78 مجهز هستند و چهار هسته‌ی کم‌مصرف کورتکس A55 دارند. 

سامسونگ توانسته‌ است سرعت کلاک بالاتری برای هسته‌های CPU اگزینوس 2100 به ‌ارمغان بیاورد. این موضوع بدین معنی است که گوشی‌های مجهز به اسنپدراگون ۲۱۰۰ احتمالا در استفاده‌ی روزمره‌ی کاربر از اپلیکیشن‌ها، اندکی سریع‌تر از گوشی‌‌های مجهز به اسنپدراگون 888 ظاهر می‌شوند. البته سرعت کلاک تنها معیار تعیین‌کننده نیست و معیارهای دیگری روی قدرت پردازشی نهایی اثر می‌گذارند که از بین آن‌ها می‌توانیم به سیستم کش اشاره کنیم.

سامسونگ پس از مدت‌ها استفاده از هسته‌های سفارشی Mongoose را کنار گذاشته است تا قدرت پردازشی و مصرف انرژی اگزینوس و اسنپدراگون بسیار نزدیک به هم باشد. بنچمارک‌های اولیه نشان می‌دهند کورتکس X1 قدرت پردازشی بیشتری از هسته‌ی نسل قبل M5 سامسونگ دارد.

در پردازنده‌ی کرین 9000، هسته‌های قدیمی‌تر کورتکس A77 به‌کار رفته‌اند که البته به حداکثر سرعت کلاک بیشتری دست پیدا می‌کنند. دستیابی به سرعت کلاک زیاد باعث می‌شود قدیمی‌تر بودن هسته‌های کورتکس A77 به‌نوعی جبران شود. البته کورتکس X1 با فاصله‌ی زیاد، قدرتمندترین هسته برای انجام وظایف تک تردی است. پردازنده‌ی A14 بایونیک از هسته‌ی سفارشی Firestorm استفاده می‌کند. هسته‌های سفارشی Firestorm اپل با فاصله‌ی زیاد جلوتر از دیگر هسته‌ها قرار دارند؛ حداقل براساس آنچه بنچمارک‌های تک هسته‌ای به ما می‌گویند. بااین‌حال پردازنده‌‌های دیگر در وظایف چند تردی فاصله را با پرچم‌دار اپل کم می‌کنند. این شرایط را در نسل‌های قبل نیز شاهد بودیم.

وقتی بحث به قدرت گرافیکی تراشه‌ها می‌رسد، متوجه می‌شویم تمامی این پردازنده‌ها توانایی زیادی دارند. سامسونگ ادعا می‌کند پردازنده‌ی گرافیکی ۱۴ هسته‌ای Arm Mali-G78 از پردازنده‌ی گرافیکی ۱۱ هسته‌‌ای Mali-G77 (متعلق‌به سال ۲۰۲۰) ۴۰ درصد سریع‌تر است. البته پردازنده‌ی گرافیکی اگزینوس 2100 بسیار کوچک‌تر از پردازنده‌ی گرافیکی ۲۴ هسته‌ای Mali-G78 کرین 9000 است. در نظر داشته باشید که نمی‌توانیم براساس تعداد هسته‌های پردازنده‌ی گرافیکی Mali عملکرد گرافیکی نهایی را قضاوت کنیم؛ به‌همین دلیل انتظار نداشته باشید که Mali-G78 در کرین 9000 به دو برابر قدرت پردازشی بیشتر از Mali-G78 اگزینوس 2100 دست پیدا کند. هواوی می‌گوید پردازنده‌ی گرافیکی کرین 9000 در بنچمارک GFXBench،ا۵۲ درصد قوی‌تر از پردازنده‌ی گرافیکی پرچم‌دار ۲۰۲۰ کوالکام یعنی اسنپدراگون ۸۶۵ پلاس است. 

کوالکام می‌گوید قدرت گرافیکی پردازنده‌ی اسنپدراگون 888 به ‌مقدار ۳۵ درصد نسبت‌ به اسنپدراگون ۸۶۵ بهبود پیدا کرده است. از لحاظ تئوری این پیشرفت باعث می‌شود قدرت گرافیکی اسنپدراگون 888 بسیار بیشتر از اگزینوس 2100 و کرین 9000 باشد. بااین‌حال اگر سامسونگ بتواند به اندازه‌ی کافی تفاوت پردازنده‌ها را کاهش دهد، احتمالا در نسل جدید شاهد تفاوت زیادی بین گلکسی‌های مجهز به اگزینوس و اسنپدراگون نخواهیم بود. 

پردازنده‌ی A14 بایونیک اپل کمتر از تمامی پردازنده‌های دیگر، از لحاظ گرافیکی به‌صورت نسلی بهبود پیدا کرده است. براساس تخمین‌های اولیه، A14 حدودا هشت درصد در زمینه‌ی پردازش کارهای گرافیکی، قوی‌تر از A13 ظاهر می‌شود. البته پردازنده‌های سری A اپل قدرت گرافیکی زیادی دارند و همین موضوع باعث می‌شود A14 در این نسل نیز در میدان رقابت عملکرد گرافیکی باقی بماند. صرف ‌نظر از اینکه کدام تراشه در گوشی جدید شما به کار می‌رود، عملکرد گوشی‌های اندرویدی سال ۲۰۲۱ در اجرای بازی پیشرفت عظیمی نسبت ‌به گوشی‌های سال ۲۰۲۰ تجربه خواهد کرد. 

نگاهی دقیق‌تر به پردازنده‌های پرچم‌دار صنعت موبایل

 امروزه سیستم-روی-چیپ‌ها (SoC) بسیار پیشرفته‌تر از قبل شده‌اند و دارای انواع واحدهای پردازشی هستند؛ همین موضوع باعث شده است قدرت پردازشی نهایی، بخش کوچکی از چشم‌انداز SoC-های امروزی باشد. پردازنده‌های رده‌بالای امروزی دارای واحدهای ویژه‌ای برای انجام پردازش هوش مصنوعی، تصویر،‌ محتوای چندرسانه‌ای، شبکه‌سازی و دیگر جنبه‌های اساسی گوشی‌ها هستند. 

بدون نگاهی عمیق‌تر به معماری هر سیستم، نمی‌توانیم صرفا براساس معیار تاپس (TOPS - تریلیون عملیات به ‌ازای هر ثانیه) درباره‌ی عملکرد پردازش‌ هوش مصنوعی پردازنده‌ها حرف بزنیم. اکثر شرکت‌‌های تراشه‌ساز روی تاپس مانور می‌دهند و هدف آن‌ها از این کار، بازاریابی برای پردازنده‌ است. می‌توانیم از اعدادی که شرکت‌ها درباره‌ی قدرت پردازشی محصولاتشان اعلام کرده‌اند برای مقایسه‌ استفاده کنیم. 

پردازنده‌ی A14 اپل در زمینه‌ی قدرت هوش مصنوعی به ۱۱ تاپس دست پیدا می‌کند که نسبت ‌به قدرت پردازشی هوش مصنوعی A13، پیشرفت ۸۳ درصدی محسوب می‌شود (A13 به ۶ تاپس دست پیدا می‌کرد). اگزینوس 2100 سامسونگ دارای پردازنده‌ی عصبی (NPU) سه هسته‌ای جدیدی است که به ۲۶ تاپس می‌رسد؛ یعنی بیشتر از ۱۵ تاپس اگزینوس ۹۹۰. اسنپدراگون 888 کوالکام همچون اگزینوس 2100 سامسونگ توانایی دستیابی به ۲۶ تاپس در پردازش‌ هوش مصنوعی دارد. قدرت پردازش هوش مصنوعی اسنپدراگون 888،ا۷۳ درصد بیشتر از اسنپدراگون ۸۶۵ است. هواوی ادعا می‌کند کرین 9000 از طریق پردازنده‌ی عصبی در پردازش هوش مصنوعی، ۲٫۴ برابر قوی‌تر از اسنپدراگون ۸۶۵ ظاهر می‌شود. 

این یعنی تمامی شرکت‌ها مدعی شده‌اند که پردازنده‌‌های جدیدشان در پردازش هوش مصنوعی پیشرفت‌های عظیمی تجربه کرده‌اند. نکته‌ی کلیدی این است که وظایف سنگین هوش مصنوعی در نسل جدید سریع‌تر از نسل قبلی اجرا خواهد شد؛ البته تا زمانی‌که اپلیکیشن‌ها از API مناسب برای هر پلتفرم بهره بگیرند. 

تغییرات عمده‌تری در بخش دوربین و پخش محتوای چندرسانه‌ای به ‌چشم می‌خورد. اگزینوس 2100 سامسونگ مجهز به پردازنده‌ی سیگنال تصویر (ISP) جدیدی است که از دوربین‌هایی با وضوح حداکثر ۲۰۰ مگاپیکسل پشتیبانی می‌کند. پردازنده‌ی ISP تراشه‌ی پرچم‌دار جدید سامسونگ می‌تواند داده‌های تصوی چهار دوربین را به‌صورت هم‌زمان پردازش کند.

پردازنده‌ی اسنپدراگون 888 کوالکام نیز توانایی پشتیبانی از دوربین‌های ۲۰۰ مگاپیکسلی یا حداکثر سه دوربین ۲۴ مگاپیکسلی هم‌زمان دارد. پردازنده‌های نسل جدید سامسونگ و کوالکام از فیلم‌برداری 8K با نرخ ۳۰ فریم‌ بر ثانیه پشتیبانی می‌کنند؛ اما صرفا پردازنده‌ی اگزینوس 2100 توانایی پخش محتوای 8K با نرخ ۶۰ فریم‌ بر ثانیه دارد. اسنپدراگون 888 کوالکام در بهترین حالت، ویدئوی 8K را با نرخ ۳۰ فریم‌ بر ثانیه پخش می‌کند. باید ببینیم آیا گوشی‌های هوشمند می‌توانند در سال جدید از حداکثر پتانسیل تراشه‌های اگزینوس 2100 و اسنپدراگون 888 در دوربین و پخش محتوای چندرسانه‌ای استفاده کنند یا خیر.

متأسفانه به این اطلاعات درباره‌ی پردازنده‌های کرین 9000 و A14 دسترسی نداریم. با درنظرگرفتن این حقیقت که دو پردازنده‌ی کرین 9000 و A14 به‌صورت انحصاری در دستگاه‌های هواوی و اپل قرار می‌گیرند، درنهایت مجبور خواهیم شد مقایسه‌ی دستگاه ‌به ‌دستگاه انجام بدهیم. چیزی که می‌دانیم این است که دو پردازنده‌ی پرچم‌دار اپل و هواوی روی قابلیت‌های تصویربرداری و هوش مصنوعی مانور زیادی می‌دهند تا کیفیت تصویر بهبود پیدا کند. 

برای مثال هواوی در سری میت ۴۰، قدرت پردازشی واحدهای ISP و NPU تراشه‌ی کرین 9000 را ترکیب می‌کند تا حسگر RYYB گوشی را از لحاظ آرایه‌ی رنگی متعادل کند. این شرکت از طریق واحدهای ISP و NPU قابلیت لرزش‌گیر دیجیتال تصویر ارائه می‌دهد و انرژی مورد نیاز موتور XD Fusion را فراهم می‌کند تا روی بهبود تصاویر پرتره، HDR چند فریمی و جلوه‌ی بوکه‌ی 4K به‌صورت بلادرنگ اثر بگذارد. بهبودهای ارائه‌شده توسط قابلیت دیپ فیوژن (Deep Fusion) آیفون ۱۲ اپل شامل مواردی مثل ثبت تصاویر پرتره‌ی بهتر در محیط‌ کم‌نور، ترکیب فریم‌های HDR و بهبود بزرگ‌نمایی دیجیتال می‌شود. 

سامسونگ ترفندهای ویژه‌ای در اگزینوس 2100 به‌کار بسته است. واحد پردزاشی MCFP اگزینوس 2100 می‌تواند داده‌های حداکثر چهار دوربین را دریافت کند تا عملکرد نهایی سیستم دوربین گوشی در بزرگ‌نمایی و البته ثبت تصاویر فوق عریض را بهبود بدهد. واحد پردازشی ISP و پردازنده‌ی هوش مصنوعی اگزینوس 2100 در همکاری با یکدیگر، قابلیت‌هایی مثل تشخیص صحنه، چهره و اشیاء ارائه می‌دهند.

کوالکام قابلیت‌هایی مشابه در اسنپدراگون 888 ارائه می‌دهد. بهبودهای پرچم‌دار کوالکام شامل مواردی مثل فوکوس خودکار به ‌لطف هوش مصنوعی، نوردهی خودکار (Auto-Exposure) و تعادل رنگ سفید می‌شود. کوالکام می‌گوید پردازنده‌ی ISP اسنپدراگون 888 می‌تواند فرایند تشخیص اشیاء را در ویدئوی 4K انجام دهد. البته فعلا مشخص نیست چه تعداد از گوشی‌های مجهز به اسنپدراگون 888 قرار است از این قابلیت‌ها بهره بگیرند.

پردازنده‌ صرفا بخشی از سیستم نهایی ثبت تصویر است و کار اصلی را دوربین انجام می‌دهد. در واقع لنزها و حسگرهای گوشی اهمیت بسیار زیادی دارند. قطعا در سال ۲۰۲۱ قرار است شاهد دوربین‌هایی روی گوشی‌های هوشمند باشیم که هوشمندتر از دوربین‌های ۲۰۲۰ هستند و عملکرد بهتری نشان می‌دهند. دوربین گوشی‌ها در سال ۲۰۲۱ دارای قابلیت‌های متنوع‌تری خواهد بود.

انتظار داریم در سال جاری میلادی شاهد تنوع بیشتر دوربین‌های گوشی هوشمند باشیم. شرکت‌های تولیدکننده باید تصمیم بگیرند که از کدام قابلیت پردازنده‌های مدرن در دستگاه‌های خود بهره ببرند؛ قابلیت‌هایی که از بین آن‌ها می‌توانیم به ضبط ویدئوی 8K، ترکیب تصویر چند دوربین و قابلیت‌های بهبودیافته‌ی مبتنی ‌بر هوش مصنوعی اشاره کنیم. ۲۰۲۱ قرار است سال هیجان‌انگیز دیگری برای عکاسی موبایل باشد.

انتظارات از پردازنده‌های موبایل سال ۲۰۲۱

لیتوگرافی پنج نانومتری و فناوری 5G اصلی‌ترین مشخصه‌های پردازنده‌های موبایل سال جاری میلادی محسوب می‌شوند. پردازنده‌‌های کوچک‌ترِ کم‌مصرف‌ترِ پنج نانومتری به بیشترین قدرت پردازشی در سال‌های اخیر دست پیدا می‌کنند و از این حیث اهمیت زیادی دارند؛ به‌خصوص وقتی کار به اجرای بازی‌‌ ویدئویی می‌رسد. پردازنده‌ها دارای تراکم ترانزیستور بیشتر، واحدهای بیشتری برای هوش مصنوعی، پردازش تصویر و قابلیت‌های شبکه‌محور دارند. اگزینوس 2100، اسنپدراگون 888، کرین 9000 و ای 14 بایونیک به‌خوبی از پس انجام کارهای عمومی و اجرای اپلیکیشن‌های سنگین برخواهند آمد.

اگر در سال ۲۰۲۱ به ‌دنبال خریدن گوشی هوشمندی هستید که چند سال از آن استفاده کنید و دارای فناوری 5G باشد، نگران نباشید؛ زیرا هر چهار پردازنده‌ی مدرن صنعت موبایل به‌طور کامل از 5G پشتیبانی می‌کنند. البته مودم اسنپدراگون X60 اسنپدراگون 888 از قابلیت‌ 5G Voice-over-NR (یا VoNR) نیز پشتیبانی می‌کند. این مودم فرایند تجمیع فرکانس (Carrier Aggregation) را در هر دو نسخه‌ی شبکه‌ی 5G بهبود داده است. این مزیت برای اگزینوس 2100 نیز صدق می‌کند؛ اما نمی‌توان آن‌ را به مودم X55 پردازنده‌ی A14 تعمیم داد. البته بسیاری از قابلیت‌های 5G به دستگاه وابسته هستند و همه ‌چیز به تراشه خلاصه نمی‌شود. 

آن‌چه بیشتر اهمیت دارد، گوشی‌ها هستند. اپل و هواوی در گوشی‌های خود از تراشه‌ی اختصاصی استفاده می‌کنند و همین ارتباط نزدیک تیم‌های تولید گوشی و تیم تراشه‌ در اپل و هواوی، مزیت‌ بزرگی برای این شرکت‌ها محسوب می‌شود. اپل و هواوی می‌توانند از تمامی توانایی‌های پردازنده‌هایشان به‌خوبی استفاده کنند. سامسونگ تا حدی به این هدف می‌رسد؛ بااین‌حال مدت‌ها است در گوشی‌های سری گلکسی از دو نوع تراشه استفاده می‌کند. کوالکام به شرکای تجاری‌اش کمک می‌کند؛ اما این موضوع باعث نمی‌شود همه‌ی گوشی‌های مجهز به اسنپدراگون 888 به تمامی قابلیت‌هایی این تراشه ارائه دست پیدا کنند. 

به‌ لطف این پردازنده‌های سطح بالا، به‌ن ظر می‌رسد که ۲۰۲۱ قرار است سال خوبی برای گوشی‌های هوشمند باشد. این گفته به‌طور ویژه کسانی را شامل می‌شود که به بازی کردن با گوشی علاقه‌مند هستند. سؤال مهم این است که آیا توانایی‌های بهبودیافته‌ی این پردازنده‌ها در نهایت به افزایش دوباره‌ی قیمت گوشی‌ هوشمند منتهی می‌شود یا خیر؟ شاید استفاده از مودم مجتمع 5G در نهایت هزینه‌ها را پایین بیاورد. تحلیلگران می‌گویند استفاده‌ی آیفون ۱۲ از پردازنده‌ی پنج نانومتری به ‌جای هفت نانومتری باعث شده است قیمت این گوشی افزایش پیدا کند؛ اما هزینه‌ی استفاده از تجهیزات رادیویی در حال کاهش است و می‌‌تواند افزایش قیمت نهایی را تا حدی جبران کند.

برای دیدن نخستین گوشی‌های اندرویدی مجهز به پردازنده‌های اسنپدراگون 888 یا اگزینوس 2100 مجبور نیستیم زیاد صبر کنیم. وقتی گوشی‌های پرچم‌دار ۲۰۲۱ به دست کارشناسان زومیت برسند، می‌توانیم بهتر درباره‌ی نحوه‌ی عملکرد پردازنده‌های نسل جدید حرف بزنیم.