SoC: モバイルプロセッサについて知っておくべきことすべて

素人には理解できない領域ですが、家電製品や SoC には遍在しています。システムオンチップ— スマートフォン、タブレット、コネクテッドウォッチに統合されたモバイルチップを指します。 SoC (モバイルプロセッサとも呼ばれます) の中心部への旅に一緒に乗り出し、SoC が何者であり、スマートフォンの中心部で何に使用されているのかを発見してください。

2018 年 8 月にファイルが更新されました

それについて何も知らないが、興味がある場合は、素晴らしいです。このファイルは、スマートフォンの中に何が隠されているかを発見するのに役立つことを目的としています。 SoC とモバイルチップの世界の専門家であれば、特にこの絶え間なく進化する世界では、少し復習しておいて損はありません。

デスクトップ PC などの「クラシック」コンピューター内では、物事は非常に単純です。プロセッサ（CPU）最も一般的な計算、たとえばオペレーティングシステムや Web ブラウザの実行を可能にする計算を実行する責任があります。私たちも見つけますグラフィックスカード (または GPU)2D またはゲームのような 3D で画像を表示する役割を果たします。マザーボードCPU、GPUだけでなく、RAMやその他の小型チップなど、すべてのコンポーネントを接続することで導体の役割を果たします。

しかし、スマートフォン時代が始まって以来、オールインワンシステムの出現が見られました。それで、コンピューターのほぼすべてのコンテンツは、最終的にはスマートフォン上の 1 つのチップ、つまり SoC に組み込まれます。。その後、コンポーネントはより相互接続され、たとえばプロセッサ周波数は熱と消費の制約によりグラフィックスカードの周波数に応じて変化します。各コンポーネントが多かれ少なかれ独立していた古典的なコンピューターと比較すると、まったく新しい方法です。

nvidia Tegra X1 SoC

新しい彫刻プロセス (現在のものは10nmで刻印されていますたとえば、次のようなとき次世代は7nmになる）により、コンポーネントのサイズを大幅に縮小することが可能になりました。それでは今日を迎えますほんの数年前のコンピューターのパワーをポケットに。ただし、これには複雑さが増し、一般の人にとって SoC の分野を理解するのが困難になるという代償が伴います。

プロセッサとSoCの違い

新しいスマートフォンの核心について話さなければならないときや、発表の際に、プロセッサ言語を誤用してしまうことがよくあります。ハードウェアメーカーの。それでも、SoC には、統合されるプロセッサの「単純な」役割を超えて、コンポーネントのギャラリー全体が含まれています。比較できますプロセッサーから指揮者まで、SoC はオーケストラ全体を表します。、管楽器、弦楽器、打楽器など。

SoC のさまざまなコンポーネントは、PC と同様にさまざまな機能を実行するタスクを持ちますが、極限まで小型化されています。したがって、プロセッサが重要な要素である場合、SoC にはスマートフォン、タブレット、または接続された時計の動作を可能にする他のすべてのコンポーネントも含まれます。

現在のスマートフォンには、次のようなさまざまな SoC があります。

以下も挙げることができます。NvidiaのTegraたとえこれらが実際にはスマートフォンや、中国で販売されている多数のデバイスに搭載されている Allwiner や Rockchip をターゲットにしていないとしても。 SoC メーカーは数多くあるため、このリストはすべてを網羅するものではありません。

SoC の内部にあるもの

先ほど述べたように、SoC は非常に小型化された PC のようなものです。したがって、カメラ、内部メモリ、さらにはモデムなど、スマートフォン上のすべての機器を管理できるようにするコンポーネントとコントローラが含まれています。

Snapdragon 845 のアーキテクチャ

プロセッサ（CPU）

SoC 内には、当然プロセッサが存在します。 SoC 内のプロセッサ (または CPU) は、PC と同じ役割を果たします。ただし、重要な違いが 1 つあります。

「クラシック」プロセッサーは、エネルギー消費を気にせずに、可能な限り最高のパフォーマンスを目指して、任されたタスクを実行しようとします。 SoC のプロセッサはこの原則に反して動作するため、メーカーは何よりも次のことを目指しています。可能な限り効率的（エネルギー効率よく）にする彼のすべての仕事において。目標は、使用するエネルギーをできるだけ少なくすることです。しかし、バッテリーから供給されるエネルギーは、収益を上げるために最適に使用されるということも重要です。この原則は、モバイルプロセッサまたは SoC が搭載されているラップトップにも当てはまります。

プロセッサーの消費を最小限に抑えながら良好なパフォーマンスを達成するには、いくつかの要素を調整することができます。そこには頻度プロセッサーの、の種類心臓プロセッサ内だけでなく、彫刻工程。

周波数(MHz)

の動作周波数プロセッサの消費量の重要な要素ですが、プロセッサの消費量を下げすぎると、パフォーマンスに重大な影響を及ぼします。現在、動作周波数が約 1.3 ～ 3 GHz のチップがあります。

黄色は 8 つの CPU コア

心

のの種類心プロセッサー内にも役割があります。それで、心Cortex-A53 の消費電力は Cortex-A72 コアよりもはるかに少ない、ただし、同じレベルのパフォーマンスは絶対に提供されません。 1 つ目はエネルギー消費が極めて少ないように特別に設計されている場合、2 つ目はパフォーマンスに重点を置いていますが、より多くのエネルギーを消費します。

プロセッサとコアを混同しないでください

プロセッサーとは、いくつかで構成されている心、彼らの間で仕事量を共有します。今日の一部のスマートフォンには、最大8コアまたは10コア、それは必ずしも力の指標ではありません。たとえば、Qualcomm の Snapdragon 830 には 4 つの Kryo コアが搭載されていますが、Samsung の Exynos 8890 には 4 つの Exynos M1 コアと 4 つの Cortex-A53 コアが統合されており、同等の電力を実現しています。

Cortex-A53 は 4 コアまたは 8 コアで使用されることが多く、Cortex-A72 は 2 コアまたは 4 コアで使用されることが多いのはこのためです。その後、ハイブリッド構成がよく見られます。負荷の高いタスク (3D ゲームなど) に高性能コアを使用し、消費電力が非常に低いコア (電子メールのチェックなど) を組み合わせて使用します。

彫刻

最後に新しい彫刻プロセスこれは、SoC の分野において、低消費電力で優れたパフォーマンスを実現するための重要な要素でもあります。これにより、チップのサイズと消費電力の増加を抑えながら、（トランジスタの数を増やすことにより）性能を向上させることができます。

したがって、28 ナノメートルの彫刻から 16 ナノメートルへの移行と、Cortex-A15 の代わりに新しい Cortex-A72 コアを使用することにより、次のことが可能になります。同じ作業で使用するエネルギーが 75% 削減される、ARM によって以下に示されているように。

Android と iOS

強力なプロセッサの影響は、アプリケーション起動時の応答性など、スマートフォンの全体的な流動性に顕著に表れます。この小さなゲームでは、Apple がリーダーです。なぜなら、Apple はごく少数のデバイス (iPhone、iPad、iWatch) しか販売していないからです。したがって、それは彼にとってiOSを徹底的に最適化することが可能使用するプロセッサーに応じて、非常に有利な消費パフォーマンス比の恩恵を受けます。

の上Androidはもっと複雑です、各携帯電話はハードウェアとソフトウェアの両方が異なるためです。したがって、Google は Android エコシステムにおける非常に多様な構成を考慮する必要があります。実際には、数十の異なるプロセッサ、何千もの異なるスマートフォンがあり、メーカーのインターフェイスでカスタマイズされた Android のバージョンもほぼ同じ数があります。

Android エコシステムの強みの 1 つであるこの多様性は、逆効果になる可能性もあります。これにより、実際には、特定のモデルで最適なパフォーマンスが低下したり、特定のスマートフォンで特定のアプリケーションが動作しなくなったりする可能性があります。

それは理由の一つの SoC で使用されるプロセッサAndroid スマートフォンは通常、より高い周波数でクロックされますApple と同じレベルの最適化を達成することはできませんが、iPhone と比較してより多くのコアを搭載しています。

グラフィックチップ（GPU）

グラフィックスチップまたは GPU は、PC ゲーマーにとって馴染みのあるものかもしれません。スマートフォン内では規模は異なりますが、GPU は基本的に PC と同じタスクを実行します。その役割は、2D または 3D 画像を計算し、パネルのピクセルを介して画面に表示することです。

2D 画像の計算に関しては、非常に具体的に言うと、常に行われます。GPUが有効になっていますを表示する必要があるときはいつでも、ウェブページ、Google マップをナビゲートする、またはビデオを表示するつまり、ほぼ常にですが、最近のスマートフォンではレベルが異なります。

この件については、おそらくすでに試したことがあるでしょう。あるスマートフォンではビデオが再生されないか非常にぎくしゃくしていても、別のスマートフォンでは完全に滑らかになります。これは、特に 4K ビデオや、サポートが増えている H.265 などの新しいエンコード形式における GPU の改善の非常に具体的な結果です。確かに、CPUは非常に強力ですが、、このタイプのタスクには適していないため、GPU(およびそのさまざまな単位) をある方法でデコードするためはるかに効率的かつ経済的動画の再生中。

ピクセルのコスト

ハイエンドのスマートフォン、特に QHD (2560×1440 ピクセル) の高精細度がますます高まっています。370万表示するピクセル数、または 4K UHD (3840×2160 ピクセル) または830万画素。 GPU が計算して表示する必要があるピクセルが増えるほど、ぎくしゃくしない画像を表示することが難しくなります。したがって、同じ GPU を使用してフル HD パネルから QHD に移行すると、ゲームのパフォーマンスが約 50% 低下します。

注目すべきグラフィックスチップとしては、次のものが挙げられます。

ついに、グラフィックス APIバルカンSoC GPU 上とても良いニュースであることが分かりました。この API は、次のような 3D アプリケーションを作成する可能性を提供します。ジューある意味でクロスプラットフォーム間パソコン＆アンドロイド。これからは特にエキサイティングな時期です。このテクノロジーにより、開発者の作業が容易になるだけでなく、ユーザーの作業も改善されるはずです。長期的には、これにより次のことが可能になるはずです。モバイルゲームの限界を押し上げる。

さらに進むには
GPU、グラフィックスチップ: それは何者で、何に使用されますか?

モデムとネットワーク

通常の Wi-Fi および Bluetooth 接続に加えて 4G+ を提供できるスマートフォンを探している場合、モデムは注目すべき部分です。実際、SoC には CPU と GPU に加えて、数種類の接続とネットワークを管理するモデム部分が統合されています。

のために4Gをサポートする必要があります。カテゴリー1～5、そして、4G+ザカテゴリー6～12。この主題は特にこれらのコンポーネントに集中していますが、アクターの数は次の 3 つの主要なプレーヤーに帰着するため、はるかに単純です。

これらの同じ俳優たちが、5G、と特にクアルコムX50。

のモデルクアルコムは膨大な数のスマートフォンを搭載、Snapdragon SoC 内にモデムが統合されているためです。しかし、その市場支配力は数年前ほど重要ではなくなっており、特にそれ以降はサムスンも市場に参入。こうして彼はマーケティングを始めた2015 年から独自のモデムを導入。

クアルコムモデムの 4 つのアンテナ

モデムは非常に要求の厳しい分野です。したがって、モバイル市場における確かな専門知識と長期的なビジョンを組み合わせる方法を知る必要があります。これが重要です。おそらく、2015 年の初めに子会社の Icera から分離した Nvidia には見逃されていたでしょう。。

同様に、モデムの開発時間は他のコンポーネントとはまったく比較できません。これはおそらく、最も重要なコンポーネントスマートフォンと最も複雑な生産すること。したがって、Samsung の最初のモデムである Exynos 333 の発表時には、次のような噂がありました。7年の開発期間。また、専門家にとっても利益が得られない場合もあります。ブロードコムをプッシュ5G やその他のネットワーク技術に焦点を当てます。

しかし、この小さなクラブ、この重要な部品の製造技術が複雑なため、電話機で…通話が可能になります。新規参入者によって拡大する可能性がある数年以内に必要になる可能性があります。実際、ファーウェイの子会社メーカーであるハイシリコンなどの新規プレーヤーの重要性が増している。

その他のコンポーネント

SoC 内のさまざまなコンポーネントによって実行される他の多くの機能があります。コントローラーは数多くありますが、いくつか挙げることができます。

Qualcomm Spectra などの ISP または画像信号プロセッサ。カメラで撮影した画像に関連するさまざまなデジタル処理を行います。モバイルではデュアルフォトセンサーが主流になっているため、これらの重要性はさらに高まっています。

Clear Sight、ルダブルキャプチャーバージョンクアルコム

スマートフォンのメモリの管理を担当するストレージコントローラーについても言及できます。メモリは他のコンポーネントと同じチップ上に直接統合されていない珍しいコンポーネントの 1 つであるため、これも興味深いケースです。

ただし、最新の SoC が搭載されていますCPU、GPU、モデム、RAM、ストレージメモリを同じパッケージに直接搭載、としてサムスンの最新チップの場合。 RAM とフラッシュメモリは SoC 内にはありませんが、SoC の上にはんだ付けされています。

したがって、すべてのコンポーネントを統合する傾向が現在でも続いていることがわかります。目標はほぼ常に同じです。それは、スマートフォンメーカーが回路をさらに小型化できるようにすることです。エネルギー消費を削減し、パフォーマンスを向上させながら、新しいデザインを設計します。。

SoC、PCとスマートフォンの融合に向けて？

最初の部分で説明したように、SoC は従来の PC プロセッサとはまったく異なる優先順位で動作します。したがって、これらはほぼ正反対であり、古典的なプロセッサが最大のパフォーマンスを追求するのに対し、SoC は常に節約できるミリワットを追求します。

しかし、ここ数年、PC 販売全体におけるラップトップの地位が高まっているため、「クラシック」プロセッサの優先順位は変化してきました。その結果、自律性がユーザーにとって大きなトピックとなり、インテルは、モバイル SoC ですが、PC 向けに設計された、有名な Core M と Atom。

逆にマイクロソフト自身が互換性を持たせたARM プラットフォームを備えた Windows 10、そしてこれはクアルコムとの提携により、同時にSnapdragon 835との互換性を提供することになります。新しいトレンドであればメーカーが企画Snapdragon 850の場合将来の ARM PC にさらなるパワーと自律性を提供するために改良されました。