Что произойдет, если чип процессора будет чипирован

Обновлено: 06.07.2024

Сложно представить мир без микрочипов. Они лежат в основе устройств, которые мы используем для работы, путешествий, поддержания формы и развлечений: от автомобилей до смартфонов и от МРТ-сканеров до промышленных роботов и центров обработки данных.

Микрочипы повсюду. В 2020 году во всем мире было произведено более 932 миллиардов микросхем, что обеспечило промышленность стоимостью 440 миллиардов евро. Благодаря новым функциональным возможностям, повышению производительности и снижению стоимости с каждым поколением достижения в области чипов привели к появлению новых продуктов и преобразованию отраслей.

*Источник данных: WSTS

Что такое микрочип?

Микрочип (также называемый чипом, компьютерным чипом, интегральной схемой или ИС) представляет собой набор электронных схем на небольшом плоском кусочке кремния. На чипе транзисторы действуют как миниатюрные электрические переключатели, которые могут включать и выключать ток. Рисунок крошечных переключателей создается на кремниевой пластине путем добавления и удаления материалов, образующих многослойную решетку взаимосвязанных форм.

Цифровое золото

Кремний – это предпочтительный материал в производстве микросхем. В отличие от металлов, обычно используемых для проведения электрического тока, кремний является «полупроводником», что означает, что его проводящие свойства можно улучшить, смешав его с другими материалами, такими как фосфор или бор. Это позволяет включать и выключать электрический ток.

Хорошая новость заключается в том, что он есть везде! Кремний производится из песка, и это второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Кремниевые пластины изготавливаются с использованием песка, называемого кварцевым песком, который состоит из диоксида кремния. Песок расплавляют и отливают в виде большого цилиндра, называемого «слитком». Затем этот слиток нарезается на тонкие пластины.

Наномасштаб

Микрочип размером с ноготь содержит миллиарды транзисторов, поэтому легко понять, насколько маленькими должны быть его функции. Характеристики чипа измеряются в нанометрах. Нанометр — это одна миллиардная часть метра или миллионная часть миллиметра.

Для сравнения, эритроцит человека имеет диаметр 7000 нанометров, а средний размер вируса — 14 нанометров. Наименьшие структуры на самых передовых чипах в настоящее время составляют 10 нанометров. Технология ASML EUV (экстремальное ультрафиолетовое излучение) позволяет еще больше уменьшить масштаб мельчайших элементов. Чем мельче элементы шаблонов, которые могут создавать наши системы, тем больше транзисторов производители могут разместить на чипе и тем больше он может сделать.

«Вкусы» чипсов

Существует два основных типа микросхем: логические микросхемы и микросхемы памяти.

Логические чипы — это «мозги» электронных устройств. Они обрабатывают информацию для выполнения задачи. Среди микросхем Logic процессоры (центральные процессоры) являются «оригинальными» микросхемами, впервые разработанными в 1960-х годах. Но есть также процессоры со специфическими функциями, такие как GPU (графические процессоры, оптимизированные для визуального отображения) и NPU (нейронные процессоры, предназначенные для приложений глубокого и машинного обучения).

Чипы памяти хранят информацию. Существует два типа микросхем памяти: DRAM (динамическая оперативная память), представляющие собой микросхемы «рабочей памяти», которые сохраняют данные только при включенном питании устройства, и флэш-память NAND, которые сохраняют данные даже после выключения устройства. . Например, DRAM помогает запускать программы на вашем устройстве, тогда как NAND хранит ваши фотографии. В то время как DRAM работает быстро, NAND медленно считывает и записывает данные.

Вычислительная мощность

Усовершенствования микросхем лежат в основе невероятного увеличения вычислительной мощности и функций памяти, что позволило технологиям продвинуться туда, где они есть сегодня. С 1956 по 2015 год вычислительная мощность увеличилась в триллион раз благодаря чипам. Подумайте об этом: компьютер, на котором миссии «Аполлон» отправлялись на Луну, был примерно в два раза мощнее консоли Nintendo. У него было 32,768 бит оперативной памяти (ОЗУ) и 589,824 бита постоянной памяти (ПЗУ). У современного смартфона примерно в 100 000 раз больше вычислительной мощности, примерно в миллион раз больше оперативной памяти и в семь миллионов раз больше ПЗУ.

Чипы позволяют использовать такие приложения, как виртуальная реальность и искусственный интеллект (ИИ) на устройстве, а также улучшают передачу данных, например подключение к сети 5G. Они также лежат в основе таких алгоритмов, как те, которые используются в глубоком обучении.

Все эти вычисления производят много данных. К 2025 году в мире будет производиться 175 зеттабайт (ЗБ) данных в год, что примерно эквивалентно одному миллиарду терабайт (ТБ). Для сравнения, согласно техническому документу Data Age 2025, подготовленному компанией IDC, занимающейся изучением рынка, если вы храните 175 зеттабайт на DVD, ваша стопка DVD будет достаточно высокой, чтобы облететь Землю 222 раза.

Если вы проводили какие-либо исследования материнских плат или производительности компьютеров, возможно, вы сталкивались с термином "чипсет". Этот важный компонент ПК играет важную роль в том, чтобы все работало, но что на самом деле делает чипсет в вашем компьютере? Узнайте больше об этом термине и присоединитесь к числу пользователей, разбирающихся в компьютерах и знающих, на что обращать внимание при совершении покупок.

Определение набора микросхем

Электронный набор микросхем управляет потоком данных между компонентами на материнской плате. Это контроллер трафика между процессором, графическим процессором, оперативной памятью, хранилищем и периферийными устройствами. Эксперты называют его «клеем» материнской платы. Набор микросхем — это, по сути, электроника на материнской плате, которая взаимодействует со всеми подключенными компонентами.

Самое главное, набор микросхем определяет совместимость всех этих компонентов. Если какие-либо процессоры или карты памяти не взаимодействуют с чипсетом, они не могут отправлять или получать информацию от материнской платы.

Современные интегрированные наборы микросхем размещаются на материнской плате и позволяют компонентам взаимодействовать друг с другом через материнскую плату из централизованного местоположения. Но раньше для каждого компонента были отдельные чипы меньшего размера.

Вы можете себе представить, что было довольно запутанно иметь чип для ЦП, чип для ОЗУ и так далее. Со временем функциональность чипа объединилась в два основных набора микросхем: более быстрый северный мост, который напрямую подключается к ЦП и памяти, и более медленный южный мост.

Некоторые функции теперь полностью поглощаются процессором. Остальные компоненты, которым нужен собственный мост связи с материнской платой, используют меньшие по размеру и более эффективные наборы микросхем.

Чипсет и материнская плата

Некоторые люди используют термин "чипсет" как синоним "материнской платы", но это не одно и то же. Чипсет является неотъемлемой частью материнской платы, но он должен быть совместим с компонентами или функциями, которые вы хотите использовать. Поскольку набор микросхем нельзя обновить, разъемы на материнской плате должны соответствовать вашему ЦП, а набор микросхем на материнской плате также должен оптимально работать с этим ЦП.

Вот почему при покупке часто обсуждают чипсет в связи с материнской платой. На самом деле набор микросхем может иметь больше возможностей, чем сопряженная с ним материнская плата, например, дополнительные порты USB.

Как определить чипсет вашего ПК

Если смотреть на название материнской платы, чипсет – это комбинация букв и цифр, следующая за названием бренда. Итак, для AMD Ryzen X300 1-го поколения «X300» — это чипсет.

Введите "Диспетчер устройств" в строке поиска в меню "Пуск".
Нажмите, чтобы развернуть "Системные устройства"
Ищите любые из следующих торговых марок: ALI, AMD, Intel®, NVIDIA®, VIA или SIS.
Комбинация букв и цифр должна быть указана в списке чипсета или системной платы.

Почему важен компьютерный чипсет

Набор микросхем определяет важные факторы для ваших вычислений, включая возможность расширения, совместимость и разгон. Хотя не все из них применимы к вашей уникальной ситуации, полезно ознакомиться с этими функциями. Вот как выбранный вами чипсет влияет на каждый фактор:

1. Полосы расширения и чипсета

Если вы хотите расширить свой ПК, чтобы наслаждаться улучшенной графикой, более быстрым подключением или большим объемом памяти, убедитесь, что ваш чипсет поддерживает это. На чипсете ограниченное количество «линий», обычно от 8 до 40, и эти линии представляют собой двусторонние проводные соединения, которые передают данные туда и обратно между такими вещами, как видеокарта и чипсет (а затем на материнскую плату). ).

Каждый компонент может занимать много дорожек, а некоторые даже занимают 16 дорожек одновременно. Если в вашем чипсете нет места для всего, что вы хотите подключить, вы можете забыть о расширении. Вы должны убедиться, что и на материнской плате, и на чипсете достаточно места для работы вашей установки.

2. Совместимость

Определить, совместим ли ваш компьютер с нужной видеокартой или процессором, может быть сложно. Если вам нравится делать собственные обновления, это не так просто, как просто взять продукт, которым восхищаются все ваши друзья, и подключить его к материнской плате.

Это связано с тем, что не все старые материнские платы поддерживают новые форматы линий, например совместимость с PCIe® 4.0. Если они этого не сделают, вы не сможете просто купить новые компоненты и быть уверенными, что они будут работать. У большинства производителей материнских плат есть таблицы совместимости, которые помогут вам точно определиться, например таблица AMD для чипсета B550.

3. Разгон

Имейте в виду, что разгон может привести к аннулированию гарантии производителя, поэтому прежде чем приступить к работе, изучите некоторые сведения. Если вы решите это сделать, правильный (или неправильный) чипсет может стать разницей между достижением желаемой скорости и разочарованием.

Некоторые чипсеты просто не будут работать, а другие будут работать только после установки сторонних прошивок. Знайте, во что вы ввязываетесь, прежде чем инвестировать в материнскую плату или процессор для разгона.

Как купить лучшую материнскую плату

Не усложнила ли вся эта информация вашу ситуацию с покупками? Мы знаем, что сложно выбрать материнскую плату только на основе набора микросхем, но обычно в этом нет необходимости.

Если вы купите готовый игровой ПК или бизнес-ноутбук HP, все ваши проблемы будут решены за вас. Вам нужно всего лишь выбрать из нескольких совместимых процессоров, видеокарт и других дополнений, а затем быть уверенными, что HP® подберет правильную конфигурацию.

Большинство новейших игровых компьютеров создаются с учетом компонентов будущего. Например, выбирая процессор Intel 9-го поколения, вы настраиваете себя на высокую производительность в течение следующих нескольких лет.

Единственный раз, когда вам действительно нужно глубоко погрузиться в такие вещи, как линии или сокеты, — это когда вы собираете свой собственный компьютер или покупаете его для будущего расширения. В этом случае может быть полезно прочитать отзывы, но не доверяйте другим пользователям. Вам следует проконсультироваться со специалистом по ПК или с тем, кто зарабатывает на жизнь установкой материнских плат.

По крайней мере, поиск компонентов на сайте, где детали перечислены по совместимости, может помочь вам в собственных исследованиях и уберечь вас от дорогостоящей ошибки. Если в таблице совместимости его нет, скорее всего, он не подходит для вашей текущей сборки.

Статьи по теме:

Об авторе

Линси Кнерл (Linsey Knerl) является автором статей для HP® Tech Takes. Линси — писатель со Среднего Запада, оратор и член ASJA. Она стремится помогать потребителям и владельцам малого бизнеса использовать свои ресурсы с помощью новейших технических решений.

Связанные теги

Нужна помощь?

Рекомендованная производителем розничная цена HP может быть снижена. Рекомендованная производителем розничная цена HP указана либо как отдельная цена, либо как зачеркнутая цена, а также указана цена со скидкой или рекламная цена. На скидки или рекламные цены указывает наличие дополнительной более высокой рекомендованной розничной цены зачеркнутой цены.

Ultrabook, Celeron, Celeron Inside, Core Inside, Intel, логотип Intel, Intel Atom, Intel Atom Inside, Intel Core, Intel Inside, логотип Intel Inside, Intel vPro, Itanium, Itanium Inside, Pentium, Pentium Inside, vPro Inside , Xeon, Xeon Phi, Xeon Inside и Intel Optane являются товарными знаками корпорации Intel или ее дочерних компаний в США и/или других странах.

Домашняя гарантия доступна только для некоторых настраиваемых настольных ПК HP. Необходимость обслуживания на дому определяется представителем службы поддержки HP. Заказчику может потребоваться запустить программы самопроверки системы или исправить выявленные неисправности, следуя советам, полученным по телефону. Услуги на месте предоставляются только в том случае, если проблема не может быть устранена удаленно. Услуга недоступна в праздничные и выходные дни.

HP передаст ваше имя и адрес, IP-адрес, заказанные продукты и связанные с ними расходы, а также другую личную информацию, связанную с обработкой вашего заявления, в Bill Me Later®. Bill Me Later будет использовать эти данные в соответствии со своей политикой конфиденциальности.

Подходящие продукты/покупки HP Rewards определяются как принадлежащие к следующим категориям: принтеры, ПК для бизнеса (марки Elite, Pro и рабочие станции), выберите аксессуары для бизнеса и выберите чернила, тонер и бумага.

Полупроводники обеспечивают питание всего, от телефона до автомобиля. Вот что нужно знать об основной проблеме цепочки поставок.

Шира Федер | Обновлено 12 октября 2021 г., 8:22

Современный чип Intel. Генеральный директор компании сказал, что, по его мнению, отрасли понадобится один или два года, прежде чем проблема дефицита будет решена. Интел

Чипы есть почти во всем, что у вас есть, от телефона до компьютера и автомобиля.В таких предметах, как стиральная машина, электрическая зубная щетка и холодильник, есть даже сколы. Но этих крошечных частей, которые так важны для нашей жизни, сейчас катастрофически не хватает.

"Сейчас глобальная цепочка поставок находится в кризисе, – говорит Патрик Пенфилд, профессор практики управления цепочками поставок в Сиракузском университете. – «Мы просто никогда раньше не видели, чтобы что-то такого масштаба влияло на нас».

Nissan заявила, что из-за нехватки чипов будет производить на 500 000 автомобилей меньше. General Motors пришлось приостановить производство некоторых пикапов из-за нехватки полупроводниковых чипов и даже припарковать тысячи автомобилей, которые уже готовы, но до сих пор не имеют необходимых чипов. В июле генеральный директор Apple Тим Кук предупредил общественность, что нехватка чипов повлияет на продажи телефонов и планшетов Apple.

Глава Intel Пэт Гелсингер прогнозирует, что пройдет год или два, прежде чем предложение сможет удовлетворить спрос, и эксперты говорят, что праздничные покупки могут не предлагать того разнообразия и возможностей, к которым мы привыкли.

Вот как возникла нехватка чипов и когда она может закончиться.

Что это за фишки?

Чипы, часто называемые полупроводниками, иногда называемые микрочипами, функционируют как мозги нашей электроники. Это крошечные технологические чудеса, в которых размещены миллиарды транзисторов, хотя размер чипа может варьироваться. (Эти транзисторы подобны крошечным воротам, позволяющим электронам проходить через них или нет.) Их конструкция включает в себя несколько этапов, дней и специалистов. Например, новейший чип IBM содержит 50 млрд транзисторов на двухнанометровом пространстве размером с ноготь.

"Я предполагаю, что в мире ежедневно используется более 100 миллиардов микросхем", – говорит Маттео Ринальди, профессор электротехники и вычислительной техники Северо-восточного университета. «Подумайте, сколько транзисторов и полупроводников мы используем в нашей жизни каждый день».

Эти чипы являются источником жизненной силы современного общества, но даже до пандемии спрос на них превышал предложение. В этом году экономист Рори Грин назвал полупроводники «новой нефтью», отметив, что сегодня Тайвань и Корея контролируют львиную долю производства микросхем. Но хотя эти чипы были американским изобретением, количество производителей, выпускающих их в США, резко сократилось. По словам Джеймса Льюиса, старшего вице-президента и директора программы стратегических технологий CSIS, в 1990 году 37% микросхем производилось в Америке. К 2020 году это число составило всего 12 %.

На протяжении десятилетий технологическая отрасль руководствовалась прогнозом, сделанным одним из основателей Intel Гордоном Муром в 1965 году. в нем говорилось, что «количество транзисторов, встроенных в чип, будет примерно удваиваться каждые 24 месяца». А строительство фабрики по производству этих чипов, количество которых с годами постоянно сокращается, может стоить 10 миллиардов долларов, что является непомерно высокой ценой для большинства компаний. "Это многомиллиардные объекты на переднем крае науки", – говорит Льюис.

Какова нехватка чипов?

Поскольку мир закрылся из-за пандемии COVID-19, многие фабрики закрылись вместе с ней, что сделало поставки, необходимые для производства микросхем, недоступными в течение нескольких месяцев. Повышенный спрос на бытовую электронику привел к изменениям в цепочке поставок. Заказы начали накапливаться, поскольку производители изо всех сил пытались создать достаточно чипов, чтобы удовлетворить новый уровень спроса. Отставание начало расти, расти и расти.

Автомобильные компании, такие как Ford, должны прогнозировать количество чипов, которое им потребуется для производства автомобилей, и заранее заказывать их у одного из производителей чипов. По словам Пенфилда, на данный момент получение заказа на чипы может занять не менее полугода. Текущий спрос на чипсы настолько велик, что производители не могут произвести достаточное количество чипов, чтобы удовлетворить его, а это означает, что потребители скоро увидят более высокие цены на меньшее количество товаров.

Но проблема была не только в производстве. По мере того, как COVID распространялся по Азии, порты закрывались, иногда на месяцы. Около 90 % мировой электроники проходит через китайский порт Яньтянь, который недавно был закрыт, и сотни контейнеровозов ждут своей очереди.

После того, как порты вновь открылись, возникли узкие места из-за скопления товаров, ожидающих отправки. Многие звенья транспортной цепочки поставок не в состоянии справиться с этим наращиванием или нехваткой рабочей силы, что привело к еще большему кризису в цепочке поставок.

Что вызвало нехватку чипов?

"Плохие решения, невезение, а затем повышенный спрос. Сложите эти три вместе, и вы получите дефицит», — говорит Льюис. Пандемия вызвала взрывной всплеск спроса на устройства. Люди были дома, использовали больше планшетов, телефонов и других потоковых устройств, чем когда-либо прежде, и потребность в них резко возросла за пределы того, что могли предоставить производители.

Неверные решения автомобильной промышленности также усугубили дефицит.По словам Льюиса, когда начался COVID, многие компании отменили свои заказы на чипсы, потому что предполагали, что экономика скоро пострадает. В частности, автомобильные компании отменили заказы, поэтому производители чипов переключились на производство чипов для потребительских товаров, пытаясь удовлетворить взрывной спрос, вызванный пандемией. После переоснащения заводов на производство чипов для товаров народного потребления вместо автомобилей возникла нехватка автомобильных чипов.

В мире не так много заводов по производству чипов, а те немногие, которые работали во время пандемии, пострадали от ряда неблагоприятных погодных условий, которые еще больше задержали производственный процесс. Японский завод Renesas, который производит почти треть чипов, используемых в автомобилях по всему миру, серьезно пострадал от пожара, а зимние штормы в Техасе вынудили некоторые из единственных в Америке заводов по производству чипов остановить производство. Для производства этих чипсов также требуется много воды, и сильная засуха на Тайване также повлияла на производство.

Сыграет ли роль Китай?

Хотя геополитические проблемы не являются основной причиной нехватки чипов, одной из постоянных проблем являются напряженные отношения Тайваня с Китаем. Тайвань является ведущим производителем чипов в мире, и теоретическая возможность войны между Китаем и Тайванем ставит под угрозу доступ Америки к индустрии чипов и может иметь катастрофические последствия для многих отраслей, которые не смогут получить чипы, на которые они полагаются. «У Китая есть сильное искушение просто захватить Тайвань, — говорит Льюис. «Китайцы отчаянно нуждаются в собственной индустрии чипов. Он стал центром конкуренции между США и Китаем».

Президент Джо Байден пытается инвестировать в производство микросхем в США, запрашивая инвестиции в размере 50 миллиардов долларов в индустрию микросхем. Сенат принял законопроект о налоговых льготах и других льготах для производителей чипов.

Американский производитель чипов Intel объявил о планах по расширению производства чипов, а Taiwan Semiconductor Manufacturing Co и Samsung присматриваются к американским заводам, которые они планируют построить. Но хотя эти планы многообещающие, потребуются годы, прежде чем эти фабрики смогут увеличить объемы производства.

Каковы последствия дефицита?

"Цены на многие устройства, для которых требуется полупроводник, определенно будут выше, – говорит Дэвид Йоффи, профессор Гарвардской школы бизнеса, почти три десятилетия проработавший в совете директоров Intel. – "Некоторые продукты не будут поставляться или будут отложены с задержкой".

Автомобильная промышленность сильно пострадала: по оценкам, в этом году американские производители будут производить как минимум на 1,5–5 миллионов автомобилей меньше. Ford и General Motors уже ограничили производство. Tesla пересмотрела собственное программное обеспечение, чтобы поддерживать альтернативные чипы для поддержания уровня производства.

И в то время как компании по производству бытовой электроники, такие как Apple и Samsung, начали накапливать чипы на раннем этапе, спасая их от огромных задержек, с которыми сталкивается автомобильная промышленность, Apple недавно объявила, что нехватка чипов, как ожидается, задержит производство iPhone и уже влияет на продажи iPad. и Маки. Xbox и Playstation также в дефиците.

"Праздничный сезон будет трудным", – говорит Пенфилд. «Одна вещь, о которой я хотел бы предостеречь потребителей, заключается в том, что вы, вероятно, не увидите того разнообразия, к которому привыкли. Если вы сможете купить до того, как начнется праздничный сезон, я думаю, вы будете в хорошей форме».

Когда проблема будет решена?

Мнения о том, когда прекратится дефицит, расходятся. Генеральный директор производителя чипов STMicro подсчитал, что дефицит закончится к началу 2023 года. Генеральный директор автопроизводителя Stellantis сказал, что дефицит «легко затянется до 22 года». Генеральный директор Intel Патрик Гелсингер сказал, что дефицит может продлиться еще два года.

"Возможно, нам предстоит пережить это примерно через девять-десять месяцев", – говорит Льюис. «Если вы можете позволить себе подождать, цены снизятся».

Йоффи ожидает, что часть спроса начнет снижаться в течение следующих 6–12 месяцев. Но, по его оценкам, пройдет два года, прежде чем предложение сравняется со спросом и будет достигнуто равновесие.

"Когда вы переходите к трем нанометрам и двум нанометрам, которые являются уровнями, о которых мы говорим для технологий следующего поколения, это наука о ракетах, а наука о ракетах не может быть решена за наносекунду, — говорит Йоффи. «Вы должны быть терпеливы».

Шира Федер рассказывает о технологиях, науке и здоровье. Она имеет степень магистра Высшей школы журналистики Крейга Ньюмарка и пишет статьи для The Washington Post, Vox, The Daily Beast, Business Insider и других изданий.

< /p>

Технические энтузиасты любят говорить о вычислительной мощности и микросхемах, будь то ПК и игровые приставки или новейшие смартфоны.В Android Authority мы довольно много делаем об этом, подробно рассказывая о новейших процессорах от Arm, Huawei, Qualcomm, Samsung, MediaTek и других. Для непосвященных эти темы изобилуют жаргоном и абстрактно звучащими идеями, которые могут показаться кирпичной стеной для понимания даже базовых вопросов, таких как «что такое SoC?»

Могут потребоваться годы изучения, чтобы правильно усвоить мельчайшие детали конструкции чипа, что бесполезно, если вы просто пытаетесь изучить потенциальную покупку. Сегодня мы собираемся сделать что-то более удобное для начинающих и объясним все тонкости современных чипов для смартфонов с минимальным количеством технического колдовства.

Что такое SoC?

SoC означает "система на кристалле". Как следует из названия, SoC — это полная система обработки, содержащаяся в одном пакете. Это не пакет микросхем с одним процессором, с которым вы, возможно, знакомы, если когда-либо собирали ПК. Вместо этого SoC содержит несколько процессорных частей, памяти, модемов и других важных компонентов, объединенных в единый чип, припаянный к печатной плате.

Объединение нескольких компонентов в один чип экономит место, затраты и энергопотребление. По сути, SoC — это мозг вашего смартфона, который обрабатывает все, от операционной системы Android до обнаружения нажатия кнопки выключения питания. SoC также подключаются к другим компонентам, таким как камеры, дисплей, оперативная память, флэш-память и многое другое.

Приведенный ниже список содержит наиболее распространенные компоненты, которые вы найдете внутри системы на кристалле смартфона. Далее в этой статье мы рассмотрим несколько наиболее важных из них.

Центральный процессор (ЦП) — «мозг» SoC. Выполняет большую часть кода для ОС Android и большинства ваших приложений.
Графический процессор (GPU) — выполняет задачи, связанные с графикой, такие как визуализация пользовательского интерфейса приложения и 2D/3D-игры.
Блок обработки изображений (ISP) — преобразует данные с камеры телефона в файлы изображений и видео.
Цифровой сигнальный процессор (DSP) — обрабатывает более сложные математические функции, чем ЦП. Включает распаковку музыкальных файлов и анализ данных датчика гироскопа.
Нейронный процессор (NPU). Используется в смартфонах высокого класса для ускорения задач машинного обучения (ИИ). К ним относятся распознавание голоса и сегментация объектов камеры.
Видеокодер/декодер — обеспечивает энергоэффективное преобразование видеофайлов и форматов.
Модемы: преобразует беспроводные сигналы в данные, понятные вашему телефону. Компоненты включают модемы 4G LTE, 5G, Wi-Fi и Bluetooth.

Наконец, при разговоре о SoC часто упоминается так называемый производственный процесс. Он указан как число в нанометрах (нм). Вообще говоря, чем меньше размер нм, тем меньше внутренняя разводка SoC. Это лучше для энергоэффективности и размера кремниевой области. Хотя существуют разные методы производства, которые могут затруднить прямое сравнение. На момент написания этой статьи 5 нм — это самый маленький производственный процесс, используемый в SoC для смартфонов.

Примеры SoC

Теперь, когда у нас есть краткий обзор того, что такое SoC, приведем несколько примеров. В области смартфонов Qualcomm, Samsung Semiconductor, HiSilicon Huawei и MediaTek — четыре крупнейших имени в бизнесе. Скорее всего, в вашем смартфоне установлен чип одной из этих компаний.

Qualcomm – крупнейший поставщик систем на кристалле для смартфонов. Каждое ухо поставляет чипы для большинства флагманских, средних и даже недорогих моделей смартфонов. SoC Qualcomm подпадают под бренд Snapdragon. Чипы премиум-класса, которые могут похвастаться лучшими технологиями компании, попадают под марку Snapdragon серии 800, например новейший Snapdragon 888. Продукты среднего и суперсреднего уровня маркируются названиями серий Snapdragon 600 и 700 соответственно. Например, Snapdragon 765 — это относительно новый чип среднего уровня, поддерживающий подключение 5G. Продукты начального уровня относятся к серии 400.

Системы на кристалле Exynos от Samsung работают на одинаковом уровне премиум-класса, среднего и начального уровня. Ранее они были перечислены как серии Exynos 9900, 9800 и 9600, а продукты серии Exynos 7000 поддерживали бюджетный конец портфеля. Тем не менее, последним высокопроизводительным чипом Samsung является Exynos 2100, а Exynos 1080 – чипсет среднего уровня с поддержкой 5G.

Схема именования Samsung Exynos раньше очень напоминала схему Huawei, но теперь она изменилась.Kirin 9000 — новейший флагманский чип Huawei, который доступен в вариантах 4G и 5G. Серия Kirin 600 очень похожа на линейку Snapdragon 600, предлагая характеристики среднего уровня для более доступных смартфонов.

Наконец, линейка Helio от MediaTek включает доступные продукты серии P и серию G, ориентированную на игры. Последней флагманской серией производителя является Dimensity 1200, за которой следует Dimensity 1100.

Все начинается с процессора

Возможно, вы знакомы с термином "процессор", так как в этом кругу общения он часто используется как взаимозаменяемый с термином "процессор". ЦП является наиболее часто используемым типом процессора. Он разработан, чтобы быть очень гибким и подходящим для широкого круга задач. Таким образом, процессор запускает операционную систему Android и ваши приложения. Он также частично отвечает за синхронизацию данных между другими процессорами внутри SoC.

Вкратце: процессоры работают с блоками предсказания, регистрами и блоками выполнения. Это известно как архитектура процессора. Регистры содержат биты данных или указатели на память, часто в 64-битных форматах данных. Исполнительные блоки что-то делают с одним или несколькими регистрами, например, читают и записывают в память или выполняют математические операции. Одновременно с ЦП можно использовать несколько исполнительных блоков, каждому из которых требуется один или два тактовых цикла для выполнения своей функции.

ЦП достаточно гибкие, чтобы решать самые разные задачи. Производительность можно увеличивать и уменьшать, изменяя тактовую частоту (в ГГц), количество ядер или изменяя базовую архитектуру, чтобы делать больше с каждым тактовым циклом. Этот последний момент часто называют созданием «более широкого» или «большего» процессора, поэтому телефонные чипы Apple такие мощные. Однако у этих более широких конструкций есть компромиссы между мощностью и эффективностью.

ЦП внутри SoC для смартфонов бывают разных видов, и все они основаны на архитектуре ЦП Arm. Последними процессорными ядрами от Arm являются большие Cortex-X2 и Cortex-A710, а также маленький Cortex-A510. Все эти три основаны на новейшей архитектуре Armv9. Процессоры для смартфонов часто бывают восьмиядерными, с большими мощными ядрами для более ресурсоемких приложений и меньшими энергоэффективными ядрами, обеспечивающими длительное время автономной работы.

Встроенная графика

Помимо ЦП, графический процессор (ГП) – это еще одна часть традиционного оборудования для обработки чисел, упакованного в SoC телефона. Графические процессоры гораздо менее универсальны, чем ЦП, и в результате устроены совсем по-другому. Они созданы для многократного параллельного выполнения математических функций, что они могут выполнять намного быстрее, чем обычный ЦП. Помните, что на вашем дисплее с разрешением 1080p нужно заполнить миллионы пикселей, каждый из которых должен быть рассчитан, когда вы запускаете приложение или свою любимую игру.

Большинство графических операций повторяются снова и снова, чтобы заполнить все пиксели на экране. Таким образом, графические процессоры предназначены для одновременного выполнения большого количества математических операций с большими пакетами данных. В отличие от центральных процессоров, которые выполняют одну или две операции за цикл, графические процессоры выполняют десятки, сотни и даже тысячи параллельных операций за каждый цикл. Это зависит от размера и производительности графического процессора.

Двумя основными графическими процессорами в сфере Android SoC являются Mali от Arm и Adreno от Qualcomm. Оба предлагают большие и меньшие версии технологии графического процессора, а флагманские чипы упакованы в самое мощное оборудование для 3D-игр. Qualcomm мало рассказывает о внутренней работе Adreno, но мы знаем все о Mali. Вы можете прочитать о последней архитектуре Мали здесь. У Apple также есть собственный графический процессор для своих SoC для iPhone, и AMD вскоре вступит в борьбу с графическим соглашением с Exynos от Samsung.

Отличным камерам нужны хорошие процессоры

О смартфонах все чаще судят по их фотовозможностям. Несмотря на то, что высокопроизводительные датчики и объективы имеют важное значение, мощные возможности обработки изображений являются не менее важной частью этой истории. Только взгляните на впечатляющие результаты простой аппаратной настройки камеры Google Pixel 4.

Несмотря на то, что редактирование и настройка изображений часто выполняются на процессоре и графическом процессоре, данные сенсора камеры обрабатываются еще до того, как изображение будет сохранено на вашем телефоне. ISP — это специализированный DSP, который выполняет общие задачи обработки изображений, такие как преобразование Байера, фокусировка, демозаика, повышение резкости и шумоподавление. Другими словами, он превращает цифровую информацию с сенсора камеры в красивое изображение.

Последние два пункта особенно важны для смартфонов, где более дешевые телефоны имеют чрезмерную резкость и размытые детали.

Высококачественные чипсеты все чаще предлагают высококачественные функции.Например, Kirin 990 от Huawei был первым SoC с блочным сопоставлением DSLR-класса и шумоподавлением 3D-фильтрации (BM3D), а новейшие интернет-провайдеры Qualcomm и Samsung позволяют программно размывать боке видео в реальном времени.

Суть в том, что для красивых изображений требуется мощный процессор обработки изображений.

Обработка искусственного интеллекта нового поколения

Такие термины, как нейронные процессоры, процессоры ИИ или ядра машинного обучения, часто используются как синонимы, но все они, как правило, означают одно и то же в современных SoC для смартфонов: процессор, специально оптимизированный для математики и алгоритмов, обычно используемых нейронными сетями.

Подобно тому, как графические процессоры — это процессоры, оптимизированные для графических вычислений, а интернет-провайдеры — для задач с изображениями, NPU — это процессоры, специально разработанные для более быстрого и эффективного запуска нейронных сетей и задач машинного обучения, чем центральные процессоры. NPU также имеют свои собственные кэши локальной памяти, чтобы ускорить выполнение без использования более медленной оперативной памяти.

Нейронные сети часто требуют операций, которые обрабатывают несколько фрагментов входных данных для создания только одного вывода. Особенно популярна операция множественного накопления, часто работающая с данными различных размеров от 16 бит до 8 и даже 4 бит данных. Это сильно отличается от математических вычислений и типов данных, используемых центральными процессорами, хотя некоторые операции можно ускорить на гибких графических процессорах.

NPU — это новейшие специализированные процессоры, которые нашли свое применение в телефонных SoC. Хотя эта технология в основном зарезервирована для чипов флагманского уровня, она уже быстро распространяется на более доступные чипсеты и мобильные телефоны.

Модемы 4G и 5G для более быстрой передачи данных

Последняя часть SoC современного смартфона — модем для передачи данных, который позволяет вам получать доступ к сетям передачи данных от вашего оператора. Различные модемы также определяют скорость и качество вашего соединения для передачи данных. Самые мощные модемы достигают скорости загрузки выше 1 Гбит/с. Существуют также модемы для передачи данных по Wi-Fi и Bluetooth, но сегодня мы сосредоточимся на модемах 4G и 5G.

В предыдущие годы SoC для смартфонов могли похвастаться встроенными модемами 4G. Это означает, что модем 4G находится внутри SoC. Первые модемы 5G для смартфонов были внешними, поэтому их нужно было подключать к основной SoC. Это менее энергоэффективно, но упрощает внедрение высококлассных функций и обеспечивает гибкость производителя при развертывании сетей 5G для большего числа потребителей.

Встроенные модемы и возможности 5G теперь тоже доступны. Все флагманские процессоры от Qualcomm, Samsung и Huawei оснащены встроенными модемами, которые поддерживают возможности 5G с частотой менее 6 ГГц и миллиметрового диапазона. Все флагманские телефоны 5G 2021 года оснащены встроенными модемами, что обеспечивает повышенную энергоэффективность при достижении пиковых скоростей передачи данных.

Подробнее о SoC для смартфонов

Любители телефонов любят сравнивать характеристики процессора и графического процессора, но это становится менее актуальным по мере роста производительности и появления потребности в новых возможностях. SoC для смартфонов все меньше ориентированы на какие-либо отдельные возможности и больше ориентированы на гетерогенный вычислительный подход к решению задач обработки. Другими словами, использование наиболее эффективного типа процессора для выполнения поставленной задачи.

Сегодняшние телефоны справляются с более широким диапазоном рабочих нагрузок, чем когда-либо прежде. В результате количество выделенных процессоров внутри каждого чипа продолжает увеличиваться. От базовых компонентов процессора и графического процессора несколько лет назад до цифровых процессоров обработки сигналов, продвинутых интернет-провайдеров и сетевых процессоров сегодня. Эти детали, о которых мало говорят, становятся все более важными благодаря достижениям в области безопасности, машинного обучения и 5G.

Для получения дополнительной информации о конкретных наборах микросхем для смартфонов ознакомьтесь с нашей подборкой руководств ниже:

Читайте также: