اذا بعد قرأتك للمقال السابق، فانت تعلم الان ان هاتفك يحتوي علي شريحة تسمي SOC وهذه الشريحة تحتوي علي عدد من المكونات مثل المعالج ومعالج الرسوميات والشريحة الخاصة بالشبكات ومعالجة الصوت والصورة ومعالج للذكاء الصناعي ان وجد في الهاتف.
في هذه المقال سنتكلم عن جزء بداخل الـ SOC ويعتبر جزء مهم بكل تأكيد وهو المعالج
Microprocessor
الـ Micropsocessors في الهواتف والأجهزة الصغيره يختلف عن الحواسيب، فعند الحديث عن الـMicroprocessor في الحواسيب فهي وحدة معالجة تحاول القيام بأكثر عدد من المهام في أقل وقت، وهذا يأتي علي حساب الحرارة العالية للمعالج واستهلاك كبير للطاقة، والذي يحتاج الي مراوح للتبريد، وهذا ما تجده في الحاسوب الشخصي او اللابتوب فهو يحتوي علي مراوح ومصدر طاقة ثابت من منزلك، ولكن هذه العوامل لا توجد بداخل هاتفك فهو صغير ولا يحتوي علي أماكن لوضع مراوح للتهوية ولا يحتوي علي مصدر ثابت للطاقة فهو يحتوي علي بطارية من اللثيوم يتم شحنها بشكل يومي، لذلك تصميم المعالجات للهواتف تختلف عن تصميمها للحواسيب والأجهزة المدعومة بمصدر تهوية وطاقة ثابتين.
اذا الـ Microprocessors في الهواتف تعمل علي توازن جزئين مهمين، وهما الأداء العالي، واستهلاك منخفض للطاقة ودرجة حرارة منخفضة، ليكون ملائم للهواتف الذكية.
Digital circuits
بما اننا بداخل اجزاء إلكترونية فهذه الأجزاء تعتمد علي نقل الإشارات بشكل Digital وليس Analog وهو المتعارف عليه في نقل الإشارات في الأجزاء الإلكترونية مثل المعالج، اذا يجب ان تعلم ان الـ Microprocessors يتم صناعتها عن طريق دائرة رقمية وتسمي Digital circuits والتي تتكون من قيمة مزدوجة Binary value، هذه القيمة تكون 1 و 0، yes او ON، NO أو Off، مرور تيار يعني 1 وعدم مرور تيار يعني 0، هذه الإشارات يتم نقلها عبر عصب المعالج وهي الترانزيستورز transistors، لذلك يجب ان تعلم ان الـ transistor هو احد اهم المكونات داخل المعالج لنقل البيانات وسرعتها والطاقة المستهكلة داخل المعالج والسخونة الناتجة، وسنتعرف عليه بشكل مفصل اكثر في النقطة التالية والتي تليها.
Fabrication- دقة التصنيع
الـ Fab هي عبارة عن دقة التصنيع الخاصة بالمعالج وتقاس بالنانو متر nm، وهو حجم الـ Transistors علي الشريحة، فكلما تم تصغير حجم الـ Transistors كلما استطعنا تقريب المسافات بين كل ترانزيستور والآخر مما يجعل نقل الإشارات أسرع واستهلاك طاقة اقل، بالإضافة الي توفير مساحة لإضافة المزيد من الترانزيستورات، وصلنا حتي الان لدقة تصنيع تصل الي 7nm وسنشاهد دقة تصنيع 5nm في الأعوام المقبلة، فبكل تأكيد دقة التصنيع 5 نانو افضل من 7 نانو.
Architecture – معمارية التصنيع
تعتبر هذه هي المعمارية الخاصة بالمعالج، التصميم الخاص بالمعالج ليستطيع تأديت وظيفته، يجب ان تعلم ان هذا اهم جزء في المعالج وهي المعمارية والتصميم، فالتصميم يعتبر أهم شئ،، وهو ما جعل شركات كبيره تخرج من مجال معالجات الهواتف مثل Intel، فلا تشغل بالك بالتصنيع والشركات المصنعة ولكن يجب ان تهتم بالتصميم والهندسة، لذلك نري أبل تقدم تصميمات مميزة دائما وقوية لمعالجتها وبالرغم من ذلك هي لا تملك اي مصانع لصناعة هذه المعالجات وتعتمد علي طرف ثالث، تصميم المنازل وناطحات السحاب ايضا، لا يهمك الشكل الخارجي ولكن التصميم الداخلي ومتانة وصلابة المبني وطريقة تحملة العوامل المحيطة، هذا ما يميز شئ عن اخر وهو ( التصميم ).
اذا دعني اجسد لك المعمارية في مثال بسيط، اذا طلبت من بعض العُمال ( ولنتعبر أنهم الترانزيستورز ) حمل بعض الصناديق من غرفه لوضعها في غرفه اخري ( ولنتعبر أنهم الإشارات الكهربية التي يتم ترجمتها إلي أوامر ينفذها المعالج ) ، ماذا سيتطلب منهم لفعل هذا العمل ونقل الصناديق ؟، بكل تأكيد ستُستهَلك طاقة من جسدهم للقيام بهذه المهمة، هذه الطاقة سترفع من درجة حرارتهم، وكلما ارتفعت درجة حرارتهم كلما شعروا بالإرهاق، وتؤثر عليهم بشكل سلبي في تأديت العمل بشكل اسرع، اذا يجب علي توظيف قوتهم بشكل صحيح يجب ان اقدم لهم مراوح بداخل الغرفه لتخفض من درجة حرارتك وحرارة الغرفة، يجب ان أمدهم بالوجبات التي تمدهم بالطاقة دائما، يجب ان أجد افضل الحلول لإستغلال طاقتهم في نقل الصناديق بأفضل طريقة ممكنة دون أي اضرار او خسائر، لنجسد هذا المثال بشكل حي علي المعالج، إذا اخذنا معالج خاص بالحاسوب الشخصي او اللابتوب ستجد انه يتم دعمه بالطاقة دائما من مصدر طاقة ثابت من منزلك، ايضا ستجد في هذا الحاسوب مصدر للتهوية مثل المراوح او الفتحات لتقوم بخفض درجة حرارة المعالج ليظل يعمل بكل طاقته وبأعلي كفائة، اذا ماذا يمكننا ان نفعل لنضع هذا المعالج بداخل جهاز الكتروني بحجم اليد ؟ وهو هاتفك علي سبيل المثال.
هنا وجدت معماريات وتصميمات ARM، هذا الشركة من الممكن انك لم تسمع عنها من قبل، ولكن يجب ان تعرف الان ان هذه الشركة هي عصب جميع معالجات الأجهزة الألكترونية الصغيرة بشكل عام، والهواتف بشكل خاص، فشركة ARM هي من تقوم بتصميم المعماريات المستخدمة في المعالجات المتوفرة في هواتفنا، فالشركات المصنعة للمعالجات تقوم بإستخدام هذه المعماريات الخاصة بـ ARM لتبني عليها معالج متوافق معها ليقدم افضل اداء مع أقل استهلاك للطاقة والحرارة، وهذا الشئ نجحت فيه ARM بشدة لتصبح رائدة في مجال معماريات الـ Microprocessors حتي الان.
يوجد منافسين لشركة ARM في مجال الهواتف الذكية ولكن ليس بنفس التأثير،. مثل intel، وكما تعلم ان Intel رائدة في معالجات الحواسيب واللابتوبات، فبكل تأكيد حاسوبك الان يحتوي علي معالج من شركة intel، ولكن كما قولنا سابقا تصميمات المعالجات الخاصة بالحواسيب تختلف عن تصميمات المعالجات الخاصة بالهواتف، وهنا نجحت ARM، لأنها تعتمد في تصميمها علي RISC او reduced instruction set computer والتي تعتبر مخصصة لجعل استهلاك الطاقة اقل ما يمكن في المعالجات، عكس المعمارية المستخدمة في معالجات Intel وهي CISC او complex instruction set computer والتي في الأساس مخصصة للحواسيب واللابتوبات، ولكن تم تصغيرها لتصبح ملائمة للهواتف الذكية.
اذا فجميع المعالجات مبنية علي معماريات ARM للمعالجات، معالجات هواتف الأندرويد وايضا معالجات أبل مبنية علي هذه المعمارية لأنها الأفضل علي الإطلاق.
الأنوية وأنواعها – Cores
اذا ستجد عند قراءة معلومات المعالجات ان المعالج يكون ثنائي الأنوية أو رباعي الأنوية او حتي ثماني الأنوية، فالأنوية هي عبارة عن وحدة المعالجة التي تقوم بإنهاء المهام المطلوبة من المعالج فالأنوية هي المعالج، والمعالج يمكن ان يتكون من نواة وحيدة او عدد كبير من الأنوية، وتعدد الأنوية يساعد علي إنهاء مهام اكثر في نفس الوقت وبشكل أسرع، ولكن عدد الأنوية الكثيرة ليس العامل الوحيد، ولكن آلية عمل هذه الأنوية وتصميمها لتأدية الوظائف بأفضل شكل هو العامل الرئيسي.
معالجات الهواتف تتكون من عدد من الأنوية ايضا لتقوم بنفس الوظيفة التي ذكرناها بالأعلي وهي إنهاء مهام اكثر في نفس الوقت وبشكل أسرع، تقدم شركة ARM عدد أنوية مختلفه القوة داخل المعالج تسمي BIG.Little، ودورها هو تقليل استهلاك الطاقة للمعالج واستخدام اكثر ذكاءً لموارد الهاتف.
تقنية الـ BIG.LITTLE في معالجات الهواتف: هي تقسيم الأنوية في المعالج الي قسمين، قسم يكون مخصص لإنهاء المهام الثقيلة علي هاتفك مثل الألعاب وتعديل الفيديوهات وهذه الانوية تكون قوية و من نوع BIG، وأنوية اخري تكون مخصصة لإنجاز المهام البسيطة والخفيفة مثل تصفح الإنترنت والرد علي الإيميلات والرسائل، هذه الأنوية اضعف وتسمي Little، هذه التقسيمة بين أنوية المعالج تساعد علي توفير بطارية الهاتف بشكل كبير والحفاظ علي درجة حرارته منخفضة، فانت لا تحتاج الي أنوية قوية تعمل بكامل قوتها اثناء تصفحك الأنترنت او الرد علي الرسائل، لذلك يتم إستخدام الأنوية صاحبة القوة الأقل واستهلاك الطاقة الأقل في انهاء هذه المهام البسيطة وهي الـ LITTLE، وعند الحاجة الي استخدام الأنوية القوية لمهام اكثر تعقيد وصعوبة يتم استخدامها بدلا من الأنوية الأضعف وهي الـ BIG.
اذا تعرفت الان علي وظيفة الأنوية، وتعرفت علي نظام أنوية المعالج داخل الهواتف التي تعتمد علي تقنية الـ BIG.Little، هذه الأنوية لها أنواع علي حسب الشركة المصنعة والمطورة لها، وعلي حسب وظيفة النواة، فعلي سبيل المثال شركة ARM تطور وتصمم الأنوية الخاصة بها بإسم Cortex A، الأنوية المخصصة للمهام القوية تأتي في سلسلة الـ Cortex A 7x مثل Cortex A73 او Cortex A75، اما الأنوية الخاصة للمهام الخفيفة تأتي في سلسلة الـ Cortex A5x مثل Cortex A53 او Cortex A55، هذه هي السلسلة الحالية لدي ARM في تصنيف الأنوية الخاصة بها.
ايضا اخر شئ لتصنيف الأنوية هو تردد النواة والذي يتم حسابه بالجيجا هرتز GHz، وهو عدد المهام التي تستطيع القيام بها في الثانية الواحدة، فإذا قلت لك ان تردد النواة 1 جيجا هيرتز، فهذا معناه انه يمكنها التعامل مع 1 مليار بت في الثانية الواحدة والبت هو الـ Binary Value الذي تحدثنا عنه من قبل، وتكون اشارات بقيمة 1 أو 0 وهذه الإشارات يتم ترجمتها الي مهام متعددة علي حسب عددها وترتيبها.
الخلاصة
اذا رأيت مواصفات معالج لهاتف معين كالاتي: Octa core : 4Cores 2.0 GHz Cortex A73/ 4 Cores 1.5 GHz Cortex A55 – 7 nm
دعنا نفسر هذه المعلومات…
- Octa core : هذا يعني ان المعالج يتكون من ثماني أنوية تقوم بتدأية وظائف المعالج وهذا رقم جيد جدا
- 4Cores – 2.0GHz – Cortex A73 : هذا السطر يوضح لنا ان هناك 4 أنوية من الـ8 أنوية للمعالج يأتوا بتردد 2 جيجا هرتز، وهذه الأربع أنوية تأتي من نوع Cortex A73، وكما قلنا من قبل ان سلسلة الأنوية من نوع Cortex A7X هي من الأنوية القوية من نوع BIG، اذا الان انت تعرف من هذا السطر ان هذه الأنوية الأربعة هي أقوي أنوية في المعالج وبأعلي تردد.
- 4Cores – 1.5GHz – Cortex A55 : السطر الماضي سهل علينا الطريق، فالان يمكنك ان تعرف ان هذه الأنوية الأربعه الاخري هي الأنوية صاحبة القوة الأقل والخاصة بالمهام الخفيفة ومن نوع LITTLE، وما يؤكد ذلك هو ترددها الأقل، فهو 1.5 جيجا هرتز مقارنة بـ 2 جيجا هرتز للأنوية الأقوي، اما عن أنواع الأنوية فهي تأتي من الأنوية الأقل في القوة والأكثر في توفير الطاقة وهي Cortex A55، فكما قلنا من قبل سلسلة الأنوية بإسم Cortex A5X هي السلسلة الخاصة بالأنوية الـ LITTLE صاحبة الأداء الأقل وتوفير الطاقة الأعلي للمهام الخفيفة والسهلة.
- 7nm : واخيرا 7 نانو متر، هذه هي دقة التصنيع الخاصة بالمعالج، فكما نعلم الأجزاء الإلكترونية تتكون من ترانزيستورات كما قلنا من قبل، وهذا الرقم يوضح لك دقة التصنيع الخاصة بهذه الترانزيستورات، هل تتخيل كم الحجم صغير؟ وهو حجم جيد بكل تأكيد، فكلما قل هذا الرقم كلما كان أفضل للمعالج في إنجاز المهام بشكل أسرع، وبدرجات حرارة أقل.
اذا انت الأن قادر علي تحليل معلومات المعالج عند رؤيتها لأي هاتف، وتستطيع المقارنة بين معلومات لمعالجين مختلفين في هاتفين وتقوم بتحديد الأفضل.
الشركات المصنعة للمعالجات
يجب ان تعلم ان الشركات المصنعة للمعالجات نسبتها كبيرة الأن وتزداد، فعلي سبيل المثال كانت الشركات المصنعة للمعالجات تقتصر في Qualcomm و Mideatek و intel وSpreadtrum، ولكن اختلف هذا الان مع تطور حجم الشركات فعلي سبيل المثال اصبحت تملك الان Samsung المعالج الخاص بها بإسم Exynos و Huawei تملك Kirin حتي Xiaomi قدمت معالج خاص بها بإسم surge.
كل هذه المعالجات يتم تصنيعها وفق لهندسة ومعماريات ARM، بإستثناء معالجات Intel التي تطور علي معمارية خاصة بها بإسم X86، بعض هذه الشركات المصنعة تعتمد في بعض معالجاتها علي أنوية خاصة بها مثل Qualcomm علي سبيل المثال، ويجب ان تعلم ان Qualcomm هي اكبر الشركات المزودة للمعالجات لمصنعين الهواتف حول العالم.
شركة Qualcomm تقوم بإنتاج معالجات بإسم Snapdragon، تعتمد علي أنوية من تطويرها الخاص بإسم Kryo
شركة MediaTek تقوم بإنتاج سلاسل مختلفة من المعالجات مثل الـ P والـ X والـ G و Dimensity، وتعتمد علي أنوية Cortex الخاصة بـ ARM
ايضا معالجات Samsung و Huawei و Xiaomi تعتمد علي أنوية Cortex الخاصة بـ ARM
معالج الرسوميات GPU
هذا المعالج يشبه في وظيفتة المعالج الرئيسي الذي تحدثنا عليه بالأعلي، ولكن معالج الرسوميات يختص في معالجة الرسوم والصور والفيديوهات الخاصة في تشغيل الألعاب أو معالجة صور أو فيديوهات والتعديل عليها، فهو يساعد المعالج الرئيسي في تخفيف الحمل بأخذ جميع المهام التي تحتوي علي رسوميات ثنائية او ثلاثية الأبعاد ليقوم بمعالجتها، لذلك إذا كنت تبحث عن هاتف قوي في الألعاب علي سبيل المثال يجب الإهتمام بمعرفة نوع معالج الرسوميات الخاص بهاتفك وقوته.
معالج الرسوميات يتكون من نفس المكونات الخاصة بالمعالج الرئيسي، فهو يملك عدد من الأنوية وهذه الأنوية لها تردد ولها دقة تصنيع ايضا، ودقة التصنيع تكون مرتبطة بدقة التصنيع الخاصة بالمعالج. سنعود مره اخري الي شركة ARM، فهي تقوم بتطوير معالجات رسوميات ايضا بإسم Mali ستجدها في هواتف كثيرة، ايضا Qualcomm تقوم بتصنيع معالج الرسوميات الخاص بها بإسم Adreno لذلك ستجد دائما معالج الرسوميات Adreno مرتبط بمعالجات Qulcomm في الهواتف الذكية، هذان النوعان هما اشهر معالجات الرسوميات فستجد Adreno في معالجات Qualcomm، اما بخلاف ذلك فأغلب المعالجات الاخري تتبني معالج الرسوميات Mali الخاص بـ ARM، ولكن يوجد أيضاً معالج رسومي بإسم PowerVR من شركة Imagination Technologies، والتي كانت تتوفر في بعض معالجات Mediatek وبالأخص في معالجات Apple علي مدار السنين الماضيه لهواتف الـ iPhone قبل أن تستخدم Apple معالج رسومي خاص بها.
إعلانات
يعتبر Adreno 650 اقوي معالج رسومي من Qualcomm لمعالجات الهواتف حتى الآن، ويأتي مع رقاقة Snapdragon 865.
اما عن ARM فنجد أقوي معالج رسومي بإسم Mali G77 حتى الآن، والذي نجده علي سبيل المثال مع رقاقة Exynos 990 الخاصة بسامسونج والموجودة في سلسلة هواتفها الجديدة S20.
يمكنك قراءة مقالتنا السابقة لمعرفة ما هي الـ SOC وكيف غيرت أسلوب تعاملنا مع الأجهزة الذكية
Tags: #CPU#GPU