Cortex, Snapdragon, MHz... Co pohání váš smartphone?

Procesory jsou v telefonech samozřejmě odjakživa, ale obzvlášť u telefonů bez otevřeného operačního systému nikdo nikdy příliš neřešil, zda kupuje mobil s rychlým procesorem nebo ne. Jednoduše proto, že výrobci tento údaj uvádí jen zcela výjimečně a procesory v hloupých mobilech se vzájemně moc neliší. U chytrých mobilů a komunikátorů je však situace zcela odlišná, zejména v poslední době se to v událostech z mobilního světa hemží pojmy jako Cortex nebo Snapdragon a kdo nemá komunikátor s procesorem taktovaným aspoň na 400 MHz, jako by nebyl. Podíváme se proto, co tyto pojmy znamenají, a zjistíme, že frekvence není to jediné, na čem u procesoru záleží.

Pokud jste ve specifikaci vámi vyhlédnutého komunikátoru nebo chytrého mobilu narazili na údaj typu Qualcomm MSM7200A, Samsung S3C2442, nebo třeba TI OMAP 850, šlo o výrobce a modelové označení čipsetu, který daný přístroj využívá. V souvislosti s takovými čipsety se často mluví hlavně o výkonu, to ale zdaleka není jediné, co čipset zajišťuje. Některé čipové sady obsahují totiž také GSM a 3G moduly, paměť ROM a RAM a mohou zahrnovat i GPS anténu, grafický akcelerátor a podobně. Podle čipsetu se dá někdy odhadnout skoro celá výbava telefonu. Klíčovou roli v něm ale hraje procesor a jeho jádro a právě tím se budeme v následujícím článku především zabývat. Nejprve se podíváme na nejdůležitější parametry, které se u procesorů udávají.

  
Qualcomm MSM7200 (HTC Tytn II) • TI OMAP 2420 (Nokia N95) • Samsung S5PC100 (Apple iPhone 3GS)

Frekvence jádra procesoru

Nejdůležitější parametr u procesoru je samozřejmě jeho rychlost, ale tu vlastně u žádného procesoru nikdo přesně vyjádřit nedokáže. Většinou se za měřítko rychlosti procesoru považuje jeho frekvence. Ta se měří v hertzích, přičemž pokud by procesor měl frekvenci jeden hertz, dokázal by vykonat jeden cyklus za sekundu. Každá ze základních instrukcí, které procesor zpracovává, zabere v průměru čtyři takové cykly (procesory ovšem zpracovávají několik instrukcí v rámci jednoho cyklu) a všechny současné procesory dokážou cyklů za sekundu vykonat stovky milionů. Proto se jejich frekvence udává v megahertzích a jeden megahertz odpovídá právě jednomu milionu hertzů.

Frekvence jádra procesoru by měla být u každého čipsetu uvedená, protože je to první a mnohdy vlastně jediná věc, na kterou každý kouká. To je ale chyba, protože rychlost a výkon procesoru nezávisí jenom na jeho frekvenci. Dva roky starý procesor taktovaný na 624 MHz nebude výkonnější než letos uvedený procesor s taktem 600 MHz. Ten letošní má totiž lepší sběrnici, která informace přenáší z procesoru na další komponenty čipsetu, větší vyrovnávací paměť cache a vůbec zkrátka lepší parametry. My se jimi ale pro zjednodušení zatím nebudeme zabývat zvlášť, místo toho zavedeme parametr "typ jádra procesoru" s tím, že novější typ jádra mívá tyto parametry lepší než starší typ.

Typ jádra procesoru

Typ jádra je pro výkon procesoru zcela klíčový údaj. Právě od něj se totiž odvíjí rychlost sběrnice a "propustnost" obvodů procesoru, tedy rychlost, s jakou se informace dostane z jádra k ostatním komponentám. Měřítkem propustnosti je počet stupňů tzv. datovodů (pipelines) procesoru. Čím vícestupňové datovody procesoru jsou, tím více instrukcí dokáže procesor zpracovávat v rámci jednoho cyklu najednou. Každý typ jádra procesoru má navíc určité omezení pro cache paměť, pro frekvenci procesoru a také pro technologii, jakou je možné daný procesor vyrobit (o tom níže).

ARM1176 • Cortex-A8

Nejmodernější procesory se pyšní jádry typu Cortex nebo Scorpion a více o nich i o starších typech najdete ve druhé kapitole. Ve třetí kapitole pak v přehledné tabulce podle typu jádra procesoru zjistíte také to, které procesory jsou si po stránce výkonu velmi podobné. I procesory s různým typem jádra mohou však být na podobné úrovni, pokud ovšem mají stejnou instrukční sadu.

Instrukční sada procesoru

Instrukční sada je dalším důvodem, proč frekvence procesoru není zdaleka dostačující údaj pro odhad jeho výkonu a pro srovnání s ostatními. Je to záležitost spojená s architekturou procesoru a jde o seznam prostředků používaných při programování, tedy například instrukcí a datových typů, které procesor pochopí a dokáže zpracovat. Čím větší tento seznam je, tím to má samozřejmě procesor jednodušší. Procesoru s větší sadou instrukcí stačí k určitým úkonům nižší počet cyklů (o těch jsme mluvili u frekvence) než procesoru s menší sadou. Proto modernějším procesorům k zachování stejného výkonu, jaký mají starší, stačí i nižší frekvence.

Všechny telefony (včetně těch hloupých), které se u nás prodávají, mají architekturu typu ARM (Advanced RISC Machine). Ta je 32bitová a spadá do kategorie RISC (počítač s redukovanou instrukční sadou). Architektura ARM existuje už od osmdesátých let minulého století a od té doby samozřejmě prošla dlouhým vývojem. Postupně vycházely její nové verze a každá z nich se od té předešlé lišila právě pozměněnou instrukční sadou. První moderní verze se jmenuje ARMv4 a v některých telefonech se stále používá. Zatím poslední verze je ARMv7 a používají ji procesory v nejnovějších chytrých mobilech.

Výrobní technologie

Pokud vyrobíte procesor modernější a přesnější výrobní technologií, dostanete tím procesor úspornější, méně náročný na energii. Výrobní proces se dá dokonce "změřit" - měří se jeho přesnost. Dříve se údaj o přesnosti uváděl v mikrometrech, dnes už se zvýšila a muselo se přejít na nanometry. Platí tady, že čím je číslo nižší, tím je technologie lepší - přesnější. V tomto případě mobilní procesory nejsou moc daleko za těmi počítačovými - ty nejnovější se v obou případech vyrábí 45nm a 65nm technologií. Dalším krokem bude 32nm.

Vývoj mobilních procesorů

Nové procesory jsou samozřejmě výkonnější než starší a vyrábí se přesnější technologií. Znamená to tedy, že jsou zároveň i úspornější? Většinou ne, novější technologie výroby tady mají totiž trochu jiný efekt. Nejde o to, aby nové procesory byly úspornější, ale aby nebyly energeticky náročnější. Z tohoto důvodu je tedy zpřesňování výrobních procesů naprostá nutnost a nový výrobní postup se zavádí pravidelně každé dva roky. Přesto úspora může být znát třeba při málo náročném přehrávání hudby - telefony s nejnovějšími procesory mají vydržet přehrávat muziku až 140 hodin v kuse. Navíc Qualcomm nedávno představil procesor QSC7230, který sice má jen průměrné parametry a mezi novými procesory spadá do střední nebo nižší třídy, ale jde o jeden z prvních modelů vyrobených právě velmi přesnou 45nm technologií a to už by v kombinaci s průměrným výkonem mohlo baterii znatelně ulevit.

Akcelerace grafiky

Součástí čipsetu může být vedle centrálního procesoru, tedy CPU, kterým jsme se zatím celou dobu zybývali, i procesor grafický, tedy GPU. Jde o čip, který má podobné vlastnosti jako CPU, ale v určitých ohledech je podstatně výkonnější. Pokud si poradí s akcelerací trojrozměrné grafiky, je díky němu telefon mimořádně vhodný zejména pro hraní her. Schopnost 3D akcelerace grafiky je tedy posledním z parametrů, které u čipsetů sledujeme. Kompletní přehled najdete v poslední kapitole.

U grafického procesoru by se samozřejmě zase dala sledovat řada parametrů, ale zatím je výrobci čipsetů většinou neuvádí a nepředpokládáme, že se od sebe jednotlivé grafické čipy liší třeba tolik jako centrální procesory, o kterých tento článek je. To se možná změní s příchodem mobilní Nvidie Tegra, kterou zatím ale žádný již představený mobilní telefon nevyužívá.