زمانی که موبایل ها دارای سخت افزار های ساده ای بودند گذشته، امروزه
موبایل ها جای مهمی در زندگی ما بازی می کنند و از این نظر؛ انتظارات از
آنها بسیار زیاد شده است و بعضی از ما به امکانات مولتی مدیای موبایل ها
بیشتر از جنبه مخابراتی آنها توجه می کنیم. حتی کار به جایی رسیده که اگر
موبایل را از یک نفر بگیرید، افسرده می شود! اما این انتظارات روز افزون،
یک عنصر را بیش از همه مهم کرده و آن پردازنده است. پس اگر می خواهید با
جزئیات بیشتری از تحولات پردازنده ها آشنا شوید، این مقاله را از دست
ندهید.
آخرین اخبار حاکی از این است که پردازنده دو هسته ای Cortex A9، برپایه
تراشه های Tegra 2 از انویدیا ساخته شده است. در این مقاله قصد داریم بیشتر
با این پردازنده و تکنولوژی تگرا 2 آشنا شویم.
اگر یک شرکت بخواهد که در بازار داغ پردازنده های موبایل به رقابت بپردازد،
به هیچ عنوان نباید از خلاقیت و نوآوری دور بماند. از این رو، همه ساله
شاهد تحولات گسترده ای در این عرصه هستیم. امسال هم استثنا نیست و انویدیا
اعلام کرده که نسل جدید چیپ های تگرا را عرضه خواهد کرد. این نسل جدید تگرا
2 نامیده شده و تصویر زیر، شاخص الگوی این معماری است.
اولین پردازنده ی دو هسته ای موبایل از سوی ARM برای بسیاری خبر هیجان
انگیزی است و هیجان انگیز تر این است که بدانند خصوصیات دقیق معماری این
پردازنده چیست. درواقع این مدل از یک جفت پردازنده یCortex A9 بهره می برد
که در فرکانس بیش از یک گیگاهرتز فعالیت می کنند. اگر شما فکر می کنید که
پردازنده های Cortex A8 سریع بودند، بدانید که Cortex A9 Duo باید بسیار
سریع تر باشد.
تگرا در معماری اولیه خود از یک پردازنده ی سری ARM 11 استفاده می کرد. این
پردازنده ها هم می توانستند به صورت چند هسته ای به کار گرفته شوند اما به
هر جهت معماری تگرا فقط یک هسته را ارائه می داد. اما بزرگ ترین مشکلی که
کاربران با پردازنده های ARM 11 داشتند مربوط به این بود که آنها بی جهت
کند بودند و همین مسئله به بزرگ ترین مشکل تگرا هم تبدیل شده بود. در تگرا 2
انویدیا علاوه بر ARM 11، کرتکس A8 را هم کنار گذاشته است و به سوی چیزی
حرکت می کند که باور دارد قدرت موثر بیشتری را ارائه می کند. احتمال این که
A8 در نوآوری های جدید استفاده شود کم است. بنابر این از نظر بسیاری از
جمله من، پردازنده های A8دارفانی را وداع گفته اند و از این پس A9 به شما
ندای عملکرد بهتر را میرساند. به هر حال از این به بعد می خواهیم روی
جزئیات معماری A9 دقیق تر شویم. در ادامه این نکته را در نظر داشته باشید
که معماری تگرا از چند پردازنده ی مختلف تشکیل شده و همانطور که در تصویر
بالا مشاهده کردید پردازنده های آن تنها به کرتکس خطم نمی شوند به عبارتی
دیگر کرتکس نقش پردازنده ی مرکزی یا CPU را بازی می کند وAudio Processor
نقش کارت صدا. پس به همین ترتیب می توانید نقش هر یک را متوجه شوید. به
همین جهت است که تگرا را یک SoC (system on Chip) می نامند یعنی سیستمی که
درون یک چیپ قرار گرفته است.
پردازنده ی بعدی چیپ کد گشایی صدا است. انویدیا در سال 2007 حدود 350
میلیون دلار از چیپ های پورتال پلیر که در پنج نسل اول آی پاد اپل استفاده
می شدند کسب کرد. پورتال پلیر به انویدیا کمک کرد که بداند چگونه باید به
سراغ ساخت چیپ های کدگشایی صدا برود. به نظر می رسد که انویدیا از چیپ های
منحصر به فرد کدگشایی صدا، احساس سربلندی می کند. انویدیا ادعا می کند که
پورتال پلیر می تواند مصرف انرژی را آنقدر کاهش دهد که در زمان گوش دادن به
Mp3 به اضای هر میلی وات انرژی 10 ثانیه آهنگ پخش کند. یعنی با یک باتری
2000 میلی آمپری در یک تبلت با مونیتور 5 اینچ که مصرف مونیتور آن 400 میلی
وات است شما می توانید بیش از 140 ساعت به گوش دادن آهنگ بپردازید. این در
حالی است که مایکروسافت زمان پخش Mp3 با Zune HD را حدود 33 ساعت اعلام
کرده و همچنین اپل اعلام کرده که iPod Touch می تواند 30 ساعت Mp3 پخش کند.
با این حساب اگر واقعا مصرف انرژی در این سطح باشد، کار انویدیا فوق
العاده بوده است و علاوه بر تبلت باز ها، طرفداران محیط زیست را هم به طرف
خود خواهد کشاند.
دو هسته ی بعدی، چیپ های مربوط به کد گذاری و کد گشایی ویدئو هستند. کد
گذاری مربوط به ضبط و کد گشایی مربوط به پخش ویدئو هاست. در مورد کد گذاری،
انویدیا ادعا کرده که این چیپ قادر است که ویدئو های با کیفیت 1080p
(1920x1080)و با کمپرسورH.264کد گزاری کند. به این نکته توجه داشته باشید
که فیلم ها و ویدئو ها با کمپرسور های متفاوتی در فرمت های مختلف قرار می
گیرند .کمپرسور ها می توانند عوامل مختلفی از جمله حجم، کیفیت رنگ ها و ...
را تعیین کنند. کمپرسور H.264 یک کمپرسور استاندارد و پر کاربرد فرمت MP4
می باشد. در نسل قبلی، یعنی تگرا امکان کد گذاری ویدئو ها با حداکثر کیفیت
720p (1280x720) ممکن بود.
در بحث کد گشایی باز هم پشتیبانی از 1080p و کمپرسور H.264 صورت می گیرد.
مصرف انرژی هم بسیار پایین است زیرا انویدیا ادعا کرده که با شرایطی که در
بالا ذکر شد، امکان پخش ویدئو فول اچ دی، تا 12 ساعت وجود دارد. امکان
استریم ویدئو های HD نیز تا 6 ساعت موجود است. به جدول زیر نگاه کنید تا به
مصرف انرژی بسیار کم تگرا 2 پی ببرید.
تا اینجا در مورد پردازنده اصلی، پردازنده صوتی و پردازندههای ویدئو، به
بحث پرداختیم. پردازنده ی بعدی چیپی است که برای پردازش سیگنال های تصویری
به کار می رود. به عبارت دیگر این پردازنده مخصوص کنترل دوربین عکاسی و
فیلم برداری می باشد.از مزیت های آن پشتیبانی از سنسور های بالاتر از 12
مگاپیکسل، وایت بالانس (تنظیم نور سفید خود کار)، اتوفوکوس و ... می باشد.
خروجی این چیپ باید از مسیر پردازنده گرافیکی عبور کند.
پردازنده گرافیکی تگرا 2 همان GeForce همیشگی است. با این حساب، در تگرا 2،
تنها اجزائی که ساخته ی انویدیا نیستند، پردازنده های شرکت ARM هستند. در
ادامه به جزئیات بیشتری از پردازنده گرافیکی خواهیم پرداخت. اما اول این را
بدانید که شرکت Epic - که یکی از سازنده های مطرح موتور های، بازی های
رایانه ای است – تکنولوژی Unreal Engine 3 را بر روی تگرا2 عرضه کرده است.
این تکنولوژی در عرصه ایجاد افکت های جذاب و زیبای بصری در بازی تمرکز دارد
و یکی از موتور های گرافیکی بسیار خوب به شمار می رود که بازی های خوبی
مانند Gears of war، بایو شوک و ... را در کارنامه خود دارد. اعمال این
موتور بر روی تگرا 2 می تواند این تکنولوژی را به رقیبی قدرتمند در بازی
های موبایل نیز تبدیل نماید.
هر چند تغییرات معماری پردازنده گرافیکی را نمی توان نادیده گرفت اما
معماری آن فرق زیادی با نسل قبلی اش نکرده و فقط از نظر عملکرد بهتر شده
است. انویدیا پهنای باند بیشتر و نرخ کلاک بالاتری را به این چیپ اضافه
کرده و متقابلا انتظار دارد که عملکرد آن دو یا سه برابر نسبت به نسل قبل،
بهبود پیدا کند.
تگرا فقط می توانست حافظه های LPDDR1 را مورد پشتیبانی قراردهد. در حالی که
تگرا 2 از نسل دوم این حافظه ها پشتیبانی می کند. حافظه های LPDDR همان
DDR هستند با این تفاوت که مصرف انرژی آنها بسیار پایین تر می باشد. Zune
HD که مجهز به معماری تگراست، از حافظه های LPDDR1 32 بیتی با سرعت 333
مگاهرتز و پهنای باند 1.33 گیگابایت در ثانیه پشتیبانی می کند.اما از این
پس انویدیا با استفاده از حافظه هایLPDDR2 می تواند سرعت را تا دوبرابر
بهبود بخشد!
گویا انویدیا باور دارد که حتی اگر سازندگان دیگر چیپ ها بتوانند، قول
کارایی نظری بیشتر را بدهند، باز هم تگرا 2 می تواند عملکرد بهتری را در
بازی ها به نمایش بگذارد چون ویژگی های نرم افزاری و سخت افزاری لازم برای
آن مهیا است.
تگرا 1 می توانست بازی Quake 3 را در رزولوشن 720p و با فیلتر های AA در
بیشتر از 40 فریم در ثانیه اجزا کند. با این حساب انویدیا حرف درستی زده و
در گیم قوی تر از حریفان خود است. بر طبق گفته ی بالا تگرا 2 باید بسیار
سریع تر باشد اما هنوز باید صبر کنیم تا این تکنولوژی به بازار ارائه شود و
سپس آن را تست کنیم.
اکنون تنها یک چیپ باقی مانده و آن پردازنده ARM 7 است. تگرا 2 مانند نسل
قبلی خود از این چیپ برای مدیریت پردازنده های دیگر استفاده می کند. به
عبارتی دیگر ARM 7 در این معماری نقش چیپست را ایفا می کند.
شاید تعجب کرده باشید که چرا به مودم تگرا 2 اشاره نشد؛ اما این را بدانید
که تگرا 2 بر روی چیپ اصلی خود هیچگونه مودمی ندارد. فلسفه انویدیا مبنی بر
این بوده که روی قطعاتی که مستقیما در پردازش نقش دارند، تمرکز کند. اما
این مساله به معنای آن نیست که تگرا 2 مودم نخواهد داشت. بلکه شرکت هایی که
این تکنولوژی را برروی تبلت ها و یا اسمارتفون های خود به کار می گیرند،
مودم را به آن اضافه خواهند کرد و به همین جهت کاربر نباید هیچونه نگرانی
خاصی در این مورد به خود راه بدهد.
- تگرا تبلت: امروز ، تگرا اسمارتفون: به زودی!
معماری قبلی تگرا از نوع 65 نانومتری بود و معماری جدید از نوع 40 نانومتری
است. این یعنی معماری جدید علاوه بر این که حرارت کمتری تولید می کند، این
توانایی را دارد که 2 برابر ترانزیستور را در همان فضا جای دهد!
با در نظر گرفتن این مساله که این چیپ 260 میلیون ترانزیستور دارد، باید آن
را یک چیپ پیچیده دانست. کل فضای چیپ تگرا نزدیک به 49 میلیمتر مربع است
که پردازنده های A9 نزدیک به 10 درصد حجم کلی چیپ را اشغال می کنند.
انویدیا فعلا اعلام کرده که برد های 5 اینچی را برای تولید کنندگان تبلتی
که به تولید تگرا 2 علاقه مند باشند، تامین خواهد کرد اما مسلما اسمارتفون
ها نیازی به این برد ها ندارند و باید انتظار داشته باشیم که تولید کنندگان
خودشان بُرد مورد نیاز را بسازند. به هر حال متاسفانه فعلا خبر ها در مورد
تبلت هاست و خبر خاصی از اسمارتفون ها به گوش نمی رسد.انویدیا می خواهد به
سمتی پیش برود که این تبلت ها را سریع تر وارد بازار کرده و از فرایند
طولانی طراحی جلوگیری نماید. این طور که به نظر می رسد باید شاهد رابط های
کاربری و مدل های متنوعی از تبلت ها باشیم.
در عین حال بسیاری از صاحب نظران بر این عقیده هستند که انویدیا باید نحوه
فروش محصولاتش را عوض کند. در حال حاضر انویدا فکر می کند که فروش تگرا
برای اسمارتفون ها مانند فروش GPU برای کامپیوتر هاست. این که قبل از مدیا
پلیر Zune HD ما شاهد کمتر اسمارتفونی بر پایه تگرا بودیم و هنوز هم
اسمارتفون های مبتنی بر تگرا کم است. اما انویدیا هم بی کار ننشسته و قصد
دارد در جهت فراگیر تر کردن تگرا گام های موثری بردارد. وعده داده شده که
اسمارتفون های مبتنی بر تگرا 2 تا قبل از پایان سال 2010 عرضه شوند.
- نکاتی که لازم است بدانید:
انویدیا خیلی در مورد معماری پردازنده گرافیکی تگرا 2 صحبت نکرده، این در
حالی است که ARM همواره جزئیات زیادی را در مورد معماری پردازنده هایش
ارائه می دهد. برای ادامه کار نیاز داریم که بدانیم پیپ لاین چیست؟
پیپ لاین (pipe line) ها یک سری از عناصر پردازش اطلاعات هستند که به یک
دیگر متصل شده اند و معمولا به طور موازی کار می کنند. بر این اساس، خروجی
هر چیپ پردازنده، ورودی چیپ پردازنده بعدی خواهد بود و به همین ترتیب
عملیات تا اتمام کار ادامه پیدا می کند. بیشتر شدن تعداد پیپ لاین ها در
مولتی تریدینگ (در مطلب مربوط به بررسی دایرکت ایکس یازده توضیح آن داده
شد) و سرعت عملیات پردازشی تاثیر زیادی می گزارد. برای مثال وقتی می گوییم
یک پردازنده 4 پیپ لاین دارد، یعنی می تواند 4 عملیات پردازشی را به طور
همزمان انجام دهد. امروزه تکنولوژی های استریم از ای تی آی و CUDA از
انویدا جای پیپ لاین ها را در کارت های گرافیک پر کرده اند. (این دو
تکنولوژی هم نوعی پیپ لاین حساب میشوند.)
پس بر اساس جزئیاتی که ای آر ام ارائه داده، زمانی که پردازنده های سری ARM
11 در سال 2003 وارد بازار شدند از 8 پیپ لاین مجزا برخوردار بودند، وقتی
که پردازنده های Cortex A8 در سال 2005 معرفی شدند، از 13 پیپ لاین دو گانه
ی مجزا بهره می بردند. پیپ لاین های دوگانه یا Dual-Issue این قابلیت را
دارند که دو دستورالعمل مجزا را در یک زمان پردازش کنند.
این بار Cortex A9 دوباره در حال و هوای سال 2003 سیر می کند و گویا تصمیم
دارد باز هم از 8 پیپ لاین استفاده کند، البته پیپ لاین ها دوگانه هستند و
قرار است دو برابر ARM 11 باز دهی داشته باشند. چیز دیگری که در مورد
پردازنده های Cortex A9 می توان شنید، این است که در معماری تگرا هر کدام
از هسته ها در حدود 1 گیگاهرتز فعالیت می کنند و این در حالی است که ARM می
خواست کاری کند که با طراحی 40 نانومتری فرکانس را به 2 گیگاهرتز هم
برساند و حتی زمزمه هایی که به گوش می رسید، خبر از این می داد که قرار است
با طراحی 28 نانومتری فرکانس کاری A9 را حتی از 2 گیگاهرتز هم بیشتر کنند،
اما سر انجام چیزی که در تگرا شاهد آن هستیم همان یک گیگاهرتزی است که در
A8 هم بود. شاید در آینده شاهد عرضه مدل هایی از A9 باشیم که سرعت یاد شده
را به ارمغان آورند اما فعلا وضع همین است.
با این حساب بعضی می گویند کهA9 نه تنها بهتر نیست، بلکه ضعیف تر نیز شده
است، چون همان سرعت را دارد و البته پیپ لاین هایش هم کمتر است. در مورد
این حرف ها هیچ نظری نداریم چون هنوز بنچ مارکی در اختیار نیست اما مساله
این است که پردازنده های جدید در دو هسته مجزا قرار گرفته اند (یعنی 2
گیگاهرتز و 16 پیپلاین) و می توانند این مشکلات را تا حد زیادی جبران
نمایند.
اما در همین موقع یک سری از اعداد و ارقام به کمک ما می آیند تا بتوانیم تا
حدی به شک و تردید ها پایان بدهیم. اما برای این که بتوانید این اعداد و
ارقام را به درستی درک کنید باید با DMIPS آشنا شوید.
DMIPS مخفف Dhrystone Million Instruction Per Second و همانطور که از نام
آن پیداست به تعداد دستور العمل هایی (بر حسب میلیون) می گویند که پردازنده
می تواند آن ها را در یک ثانیه انجام دهد. ممکن است بپرسید که نام ((درای
استون) به چه علت آمده است؟ در جواب باید گفت که این نام یک برنامه است که
در سال 1984 ، برای گرفتن بنچ مارک از پردازنده ساخته شد و این واحد را
برای معیار خود در نظر گرفت.
حال که با این مفهوم آشنا شدید با ما همراه شوید تا به بررسی اعداد و ارقام
ارائه شده بپردازیم. با این که تعداد پیپ لاین ها در پردازنده های A9 کمتر
شده و فرکانس هم تغییر زیادی نکرده است، بازدهی پردازنده ها بهتر شده. بر
اساس آماری که ای آر ام آن ها را ارائه داده است، پردازنده های A8 می
توانند در هر مگاهرتز 2 دیمیپس (DMIPS) و در هر گیگاهرتز 2000 دیمیپس،
بازدهی پردازشی داشته باشند. اما A9 این عملکرد را بهبود بخشیده و این
توانایی را ایجاد کرده است که در هر مگاهرتز 2.5 دیمیپس و در هر گیگاهرتز
2500 دیمیپس ارائه دهد. بنابر این با توجه به اینکه پردازنده های A9 در
فرکانس های 750 مگاهرتز و 1 گیگاهرتز عرضه می شوند، به ترتیب توانایی
پردازش 1875 و 2500 دیمیپس را دارا می باشند. پس لازم نیست نگرانی به خود
راه دهید و A9 را می توان پردازنده ای دانست که لیاقت اعتماد کاربران را
دارد. (آمار ارائه شده فقط برای عملکرد به صورت یک هسته ای است و البته
انتظار می رود که برای چند هسته نیز صدق کند.)
تعداد پیپ لاین های کمتر نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی این پردازنده داشته و
به نظر می رسد که انویدیا در طراحی تگرا 2 بیش از همه به کم مصرف بودنش می
بالد.
در تگرا 2 هر پردازنده A9 از حافظه ی نهان مخصوص به خود بهره می برد.Cache
این پردازنده از نوع L1 بوده و 32 کیلوبایت در هر هسته می باشد. معماری
تگرا 2 امکانی را فراهم کرده که غیر از این Cache، یک حافظه ی نهان دیگر به
اندازه ی 8 مگابایت و از نوع L2 وجود دارد که بین پردازنده ها به اشتراک
گذاشته شده است و به طور متوسط به هر پردازنده 4 مگابایت کش می رسد. اما به
نظر می رسد که این مقدار کش بیش از اندازه زیاد است و البته بیش از اندازه
خوب است. در این مورد حدس و گمانه زنی ها مبنی بر این بوده که کش تگرا 2 ،
چیزی بین 256 تا 512 کیلوبایت باشد.
احتمالا شما هم به این مساله فکر کرده اید که در چند ساله اخیر، شاهد روند
رو به رشد پردازنده های موبایل بوده ایم. این روند بسیار شبیه سیر تکاملی
پردازنده های دسکتاپ بود. پنتیوم آخرین چیپ High-End اینتل، با عرضه ی
پنتیوم پرو بیرون رانده شد و این همان چیزی است که علیه A8 هم انجام گرفت.
در واقع پردازنده های سری A8 هم توانایی کار کردن به صورت چند هسته ای را
داشتند و حتی سریARM 11 هم این امکان را داشت. در معماری تگرا 1 انویدیا از
پردازنده ARM 11 استفاده کرده بود که در ذات خود، یک پردازنده چند هسته ای
بود؛ اما در تگرا فقط از یک هسته ی آن استفاده شده بود. به هر حال هر چقدر
هم که از این مورد سخن بگوییم، چیزی عوض نمی شود، نکته مثبت ماجرا این
جاست که بالاخره کاربران تلفن همراه نیز می توانند به واسطه این پردازنده
های چند هسته ای از مولتی تسکینگ بهتر و سرعت بالا تر نیز بهره مند
گردند.بهتر است به جدول زیر بنگرید تا با چکیده عملکرد و معماری تگرا 2
بیشتر آشنا شوید.
- سخن پایانی:
رقابت در عرصه ساخت تلفن های همراه ادامه دارد و تا وقتی که این رقابت تمام
نشده، باید منتظر عرضه مدل های جدید تر باشیم. عرضه پردازنده های دو هسته
ای بدون شک از گام های مهمی هست که باعث می شود تا موبایل ها و نرم افزار
های موبایل با قدرت و سرعت بیشتری وارد عمل شوند. در اینجا سعی کردیم به
بررسی کامل چیپ تگرا که احتمالا در آینده نقش مهمی را در این بازار ایفا
خواهد کرد، بپردازیم و به نکات مهمی در باره این چیپ و همچنین پردازنده دو
هسته ای Cortex A9 دست یافتیم. مصرف انرژی کمتر در قبال کارایی بالاتر از
نکاتی است که تگرا 2 را جلو تر از رقیبان مهم و قدرتمند خود قرار می دهد و
علاوه بر این، ضبط و پخش ویدئو با کیفیت 1080p و مولتی مدیای قوی در این
چیپ باعث می شود که اسمارتفون ها دست کاربران خود را بیش از پیش باز
بگذارند. نظر شما در این مورد چیست؟
منابع:
Anandtech.com
Wikipedia.org
