پایان عمر هسته های کوچک؛ چرا سازندگان تراشه اندروید به هسته های میان رده روی می آورند؟

هسته‌های متوسط اجرای بهتر برنامه‌ها و کارایی بالاتری را به ارمغان می‌آورند.

بیش از یک دهه از حضور فناوری آرم big.LITTLE در تراشه‌ها می‌گذرد. در این معماری، شرکت‌ها عملکرد هسته‌های کوچک و بزرگ را به‌گونه‌ای تنظیم می‌کردند تا مصرف انرژی بهینه شود و کارایی پردازنده‌ها افزایش یابد. بااین‌حال، معماری نسل بعدی پردازنده‌ها معطوف به حضور بیشتر هسته‌های نیمه‌سنگین و ارتقای عملکرد گوشی‌هاست؛ جایی که طیف گسترده‌ای از امور مانند بازی‌ها، فعالیت‌های چندرشته‌ای و... توسط هسته‌های متوسط آرم (Arm) انجام می‌شود. 

همان‌طور که پیش‌تر اشاره کرده بودیم، اسنپدراگون 8 نسل 3 تراشه‌ای نیمه‌سنگین است که ساختار آن یک هسته Cortex-X4، پنج هسته متوسط A720 و دو هسته کوچک A520 را شامل می‌شود. در نسل‌های قبل، هسته‌های کوچک بیشتری تعبیه شده بود و این تغییرات تمرکز کوالکام را بر معماری جدید، یعنی حضور بیشتر هسته‌های متوسط نشان می‌دهد. همچنین دایمنسیتی 9300، دیگر پردازنده پرچمدار جدید دنیای اندروید، هشت هسته متوسط و بزرگ دارد. 

با وجود تفاوت‌های میان اسنپدراگون 8 نسل 3 و دایمنستی 9300، بخش عمده‌ای از عملکرد هر دو پردازنده را هسته‌های متوسط A720 کنترل می‌کنند. اگرچه هسته‌های قدرتمند یا بزرگ عهده‌دار فعالیت‌های سنگین و تک‌رشته‌ای هستند، اما افزایش فرکانس هسته‌ها در محدوده دمایی دستگاه معمولاً توسط هسته‌های متوسط صورت می‌گیرد. 

با نگاهی به نمودار بالا، می‌توان عملکرد هسته‌های A720 را با سایر هسته‌ها مقایسه کرد. اگرچه هسته‌های کم‌مصرف A520 کاربردی و مناسب هستند، اما تنها طیف محدودی از فعالیت‌های معمول را در بر می‌گیرد و حالا با حضور هسته‌های A720، اهمیت نمونه‌های کوچک کم‌رنگ‌تر می‌شود. همچنین اوج قدرت و پردازش هسته‌های X4 در اجرای بازی‌ها و فعالیت‌های کامپیوتری بیشتر محسوس است. 

هسته‌های متوسط، محوریت اصلی A17 پرو اپل

قطعاً با تراشه‌های بایونیک اپل آشنا هستید؛ چیپ‌هایی که به مصرف بهینه انرژی و عملکرد بالا معروف‌ هستند و اکثر متخصصان آن‌ها را تحسین می‌کنند. حال به بررسی ساختار جدیدترین تراشه این سری، یعنی A17 پرو می‌پردازیم. 

در ساختار این تراشه 6 هسته‌ کوچک و بزرگ تعبیه شده‌ و ویژگی‌های کارکردی هسته‌های کوچک آن بیشتر مشابه سری هسته‌های متوسط Cortex-A7 است. به عبارت دیگر، در معماری این تراشه، 2 هسته قدرتمند برای پردازش فعالیت‌های سنگین و 4 هسته متوسط جهت مدیریت پردازش‌های چندرشته‌ای و بازی‌ها درنظر گرفته شده است. 

طراحی 3 نانومتری A17 پرو موجب شده تا هسته‌های بزرگ فرکانس فوق‌العاده 3.78 گیگاهرتز را ارائه دهند و هسته‌های کوچک‌ نیز از سرعت کلاک 2.11 گیگاهرتز پشتیبانی می‌کنند. مدیاتک هم رویکردی مشابه را برگزیده است و هسته‌های متوسط A720 فرکانسی برابر 2.0 گیگاهرتز دارند. در این بین اما کوالکام سیاست متفاوتی داشته و به‌‌دنبال ارائه فرکانس بالای 3.2 گیگاهرتز در هسته‌های Cortex-A720 است.

راهی که اپل در نوع کارکرد هسته‌های کوچک طی کرده، حالا توسط سایر تولیدکننده‌های اندرویدی دنبال می‌شود. درحالی‌که حدود یک سال تا عرضه اسنپدراگون 8 نسل 4 مانده، شایعات از حذف کامل هسته‌های کوچک و جایگزینی آن‌ها با نمونه‌های متوسط حکایت دارند. طبق شایعات، هسته‌های فونیکس راه‌حل احتمالی کوالکام برای ساخت اسنپدراگون 8 نسل 4 خواهد بود. 

ظاهراً در تراشه پرچمدار آینده کوالکام از 2 هسته بزرگ‌ فونیکس و 6 هسته کوچک‌تر فونیکس M مبتنی بر هسته‌های Oryon استفاده خواهد شد؛ بنابراین احتمالاً 6 هسته متوسط روی کار خواهند آمد و بر انجام فعالیت‌های نیمه‌سنگین متمرکز خواهند بود. با این تفاصیل، اسنپدراگون 8 نسل 4 تراشه‌ای مشابه با پردازنده‌های اپل بایونیک خواهد بود که برای اولین‌بار عملکرد چندهسته‌ای را به ارمغان می‌آورد. 

چرا طراحان تراشه‌ها به این معماری روی آورده‌اند؟ 

با توجه به توضیحات بالا، می‌توان به این سؤال که «چرا تراشه‌های اندرویدی به معماری جدید مجهز شده‌اند؟» پاسخ داد. 

دلیل اصلی به کارایی هسته‌های آرم و فرایند ساخت کوچک‌تر (اما گران‌تر) آن‌ها مربوط است که نیاز ما را به حضور هسته‌های کم‌مصرف کاهش می‌دهد. برای مثال، مدیاتک ادعا می‌کند که معماری بزرگ حاضر در دایمنسیتی 9300، مصرف انرژی را در پردازش امور عادی 10 الی 15 درصد کاهش می‌دهد. 

درست است که حضور هسته‌های بزرگ و قدرتمند اهمیت بالایی در اجرای برنامه‌ها دارند، ولی ما به وجود تعادل در اجرای برنامه‌ها نیازمندیم. حتی بازی‌های جدید که پردازش آن‌ها را منوط به هسته‌های بزرگ می‌دانیم، توسط هسته‌های متوسط و نیمه‌قدرتمند اجرا می‌شوند. تراشه‌های A17 پرو، اسنپدراگون 8 نسل 3 و دایمنسیتی 9300 مثال‌هایی از این دست هستند که در جهت اجرای برنامه‌های گوشی‌ها با این معماری طراحی شده‌اند. 

اگرچه باتری‌های فعلی گوشی‌ها برای پردازش و فعالیت‌های کاربران کافی هستند، اما حضور فناوری‌های جدید ازجمله هوش مصنوعی می‌تواند مصرف انرژی بیشتری را به‌همراه داشته باشد. به همین دلیل کوالکام، گوگل و سایر سازندگان به‌دنبال تسریع فعالیت‌های مبتنی بر هوش مصنوعی (NPU Crunching) در تراشه‌های خود هستند تا قدرت قطعاتشان را بالا ببرند.

با در نظر گرفتن افزایش تقاضا، کاربرد تراشه‌ها و فناوری‌های احتمالی پیش رو، هسته‌های متوسط نقش‌ مؤثرتری را در توسعه گوشی‌ها و همین‌طور تعادل در اجرای برنامه‌ها خواهند داشت. درنتیجه پیش‌بینی می‌شود که عملکرد بهینه‌تری را از موبایل‌های قدرتمند سال آینده ببینیم. 

درنهایت پیشنهاد می‌کنیم مقاله مقایسه تراشه‌های پرچمدار اسنپدراگون 8 نسل 3 و دایمنسیتی 9300 را در دیجیاتو بخوانید.