پردازش موبایلی: دیروز، امروز، فردا

کامپیوتر برای هم نسل های من در سالهای بسیار دور با کیبورد بزرگی به نام Commodore 64 آغاز شد که نه تنها از لحاظ ظاهری هیچ شباهتی با کامپیوترهای امروزی نداشت بلکه اوج خلاقیت برنامه نویس پس از صرف ساعت ها تفکر و رسم فلوچارت های پیچ در پیچ و نوشتن برنامه های طولانی و خسته کننده (که هیچگاه به شخصه کوچکترین جذابیتی در آنها پیدا نکردم) به اجرای دستورهای مضحکی همچون درآوردن صدای بیپ از تلویزیون یا رسم اشکال هندسی کاملا ساده محدود می گردید. راه های ورود اطلاعات به این کامپیوتر اولیه نیز در نوع خود جالب بود جائیکه در غیاب هرگونه دیسکت نوری (حتی از نوع فلاپی های 5,1/4 اینچی!) وسیله ای همچون واکمن به همراه یک نوار کاست معمولی برای این ارتباط بکار می رفت. پس از آن و با پیشرفت چشمگیر فناوری در سالهای آتی کالای لوکس و گران قیمتی به نام کامپیوتر خانگی با پردازنده های محبوب سری 386 و 486 اینتل پا به عرصه وجود گذاشت که با ظهور Pentium و معرفی نسخه های اولیه ویندوز منجر به مسابقه تمام عیاری در افزایش سرعت پردازنده و سپس تعداد هسته های پردازشی گردید که البته هنوز هم با سرعت هرچه تمام تر ادامه دارد. اما در کنار این گزینه های پردازش دسک تاپی اندک اندک با همه گیر شدن ارتباطات سیار و مخصوصا گوشی های هوشمند مقوله پردازش موبایلی نیز به عرصه کاری تراشه سازان بزرگ دنیا افزود شد. در حال حاضر معماری پردازنده های موبایلی بطور کلی به سمت ایده SoC یا System on a Chip گرایش پیدا کرده است بدین معنا که در ساختار تراشه های فعلی دنیای موبایل بجز پردازشگر اصلی گزینه های متفاوت دیگری همچون چیپ ست های گرافیکی و صوتی، گزینه های ارتباطی و حتی تراشه GPS همگی در قالب یک محصول ارائه می گردند که این موضوع علاوه بر صرفه جوئی فراوان در فضای مورد نیاز، به یکی از مهمترین مقوله های پردازش موبایلی یعنی کاهش مصرف انرژی نیز کمک فراوانی می کند. مطرح ترین عناوین حاضر در رده SoC ها شامل چهار شرکت معتبر Qulacomm، سامسونگ، Apple و البته Texas Instruments یا همان TI می گردد که با اینکه هرکدام شیوه خاصی را در تولید محصولات خود دارند اما همگی در یک خصوصیت مهم با یکدیگر اشتراک دارند جائیکه تمامی این مدل ها از معماری ARM در ساختار مدل های خود استفاده می کنند. شرکت ARM Holding که در کمبریج انگلستان مستقر است دارنده حق مالکیت معنوی در معماری پردازنده ها ست که گسترش نمای شماتیک نسل های آینده چیپ ست های موبایلی و در اختیار قرار دادن این معماری جدید به شرکت های طرف قرارداد با ARM از وظایف آن محسوب می شود. این شرکت های ثانویه نیز با در اختیار گرفتن این چیپ ست ها هرکدام به شیوه خاص خود پردازنده های منطبق با این فناوری را بروی این پلتفرم جدید بنا می کنند. آخرین معماری ارائه شده توسط شرکت ARM پلتفرم Cortex-A8 است که نمونه های 1GHz فعلی بازار به این نسل از چیپ ست ها تعلق دارند و شرکت های مختلف از جمله چهار برند اشاره شده در بالا هرکدام پردازنده های یک گیگاهرتزی جداگانه ای با این فناوری ارائه داده اند که تک تک به آنها می پردازیم:

1-Qualcomm Snapdragon: پردازنده Snapdragon از شرکت Qualcomm در حال حاضر یکی از معروف ترین و پر استفاده ترین پردازنده های موبایلی در اسمارت فون های آندرویدی و پاکت پی سی هاست این پردازنده که برای اولین بار در پاکت پی سی غول آسای Toshibe با نام TG01 در نمایشگاه MWC2009 به نمایش گذاشته شد حالا در محدوده وسیعی از برندهای گوناگون و در مدل های موفقی همچون HD2، Nexus One و حتی سوگلی نسل چهارم  HTC Evo 4G نیز بکار گرفته شده است. هسته Scorpion پردازنده Snapdragon علاوه بر افزودن امکانات مولتی مدیائی گسترده به پلتفرم Cortex-A8 در مصرف و مدیریت انرژی نیز کاملا موفق بوده است تا جائیکه اولویت اصلی در ساخت Snapdragon دستیابی به یک SoC با امکان کارکرد 24 ساعته با یک بار شارژ باتری ست پس کاهش مصرف انرژی هدف اصلی طراحان شرکت Qualcomm در این مدل یک گیگاهرتزی به شمار می رود. پردازش گرافیکی در Snapdragon توسط پردازنده AMD Z430 و پلتفرم Adreno صورت می پذیرد که در پردازش های سه بعدی موبایلی یکی از نمونه های پیش رو به حساب می آید. پردازنده های فعلی Snapdragon با فناوری 65 نانومتری ساخته می شوند اما نمونه های جدیدتر این پردازنده با استفاده از تکنولوژی 45 نانومتری امکان جایگذاری تعداد بیشتری ترانسیستور در یک فضای مشخص و یا کاهش فضا با حفظ تعداد ترانسیستورها را بدست آورده اند که این موضوع علاوه بر کاهش مصرف باتری در افزایش قابلیت های مولتی مدیائی و کوچک و باریک شدن هر چه بیشتر مدل های جدید نیز بسیار موثر عمل نموده است. این مدل های جدید که فرکانس پردازنده را به 1.3GHz افزایش داده اند در مصرف باتری نیز با کاهش انرژی مصرفی به دو سوم مقدار قبلی کاملا موفق عمل می کنند. این مدل ها در حال حاضر در حال طی کردن مراحل نهائی تولید خود بوده و به زودی شاهد حضور آنها در بازار خواهیم بود.

2-Samsung Hummingbird: نسل سوم پردازشگر های Qualcomm در آینده ای نا مشخص از فناوری 45 نانومتری استفاده خواهند کرد اما مرغ مگس خوار سامسونگ (Samsung Hummingbird) مدتها ست که با فناوری 45 نانومتری در بازار حضور دارد و Galaxy S و Wave دو مدل پر فروش این روزهای سامسونگ هر دو به این پردازنده قدرتمند مجهز شده اند. قدرت اصلی پردازشگر Hummingbird به چیپ ست گرافیکی PowerVR SGX540 آن باز می گردد که در پردازش سه بعدی رقم پردازش را به 90 میلیون Triangle در ثانیه رسانده و در موقعیت های دو بعدی نیز با پشتیبانی از یک میلیارد پیکسل در ثانیه دو هسته ای های Qualcomm را که تنها از 80 میلیون پیکسل پشتیبانی می کنند هنوز نیامده به مبارزه ای سخت دعوت می کند. ویدئوی فوق که دموی بازی Quake 2 ست بخوبی قدرت پردازش گر گرافیکی Samsung Hummingbird در قالب مدلGalaxy S را در مقایسه با مدل HTC Desire نشان می دهد.

3-Apple A4: یکی از موفق ترین اسمارت فون های بازار در رده پردازشی و بخصوص گرافیک موبایلی بدون هیچ شکی iPhone 3GS شرکت Apple است که ورژن پائین تری از پردازشگر گرافیکی PowerVR در ساخت آن استفاده شده است شرکت Apple در حقیقت از همان پلتفرم Hummingbird سامسونگ با یک واسطه خودی استفاده می کند جائیکه Apple در ابتدای امسال شرکت کوچکی به نام Intrinsity که از سال 1997 در کار ساخت و توسعه پردازنده ها در کلاس های مختلف بوده است را با رقم نجومی 121 میلیون دلار خریداری نمود و توسط این شرکت و با استفاده از پلتفرم Hummingbird سامسونگ موفق به طراحی پردازنده جدیدی به نام A4 گردید که در حال حاضر علاوه بر نسل چهارم آیفون در iPad نیز از همین پردازنده استفاده می شود. از این رو پردازنده اختصاصی شرکت Apple را در حقیقت می بایست شاخه ای از پردازشگر های سری Hummingbird سامسونگ داتست که عملکرد نسبتا مشابه این دو مدل در تست های مختلف و بخصوص Benchmark های گرافیکی شاهد معتبری برای اثبات این مدعاست.

4-Texas Instruments OMAP3,OMAP4: شرکت TI یکی از قدیمی ترین شرکت های تولید کننده پردازنده براساس پلتفرم های ARM است مدل های فعلی سری OMAP3 این شرکت که براساس پلتفرم ARM Cortex-A8 ساخته شده اند در مدل های متعددی از جمله Motorola Milestone و مدل های رنگارنگ و مختلف سری N نوکیا بکار گرفته شده اند. پردازنده یک گیگاهرتزی شرکت TI که OMAP3630 نام دارد نیز بطور مشخص در مدل جدید موتورولا با نام DROID X دیده می شود که حداقل در مسئله مصرف انرژی با ثبت زمان فوق العاده 8 ساعت مکالمه با یک بار شارژ بسیار موفق ظاهر شده است. اما در اینجا نیز همچون Qualcomm جذابیت اصلی به سری جدید محصولات این شرکت و سری در راه OMAP4 تعلق دارد جائیکه شرکت TI نیز در آینده نزدیک به رده دو هسته ای ها وارد می شود. پردازشگر های OMAP4 شرکت TI که براساس پلتفرم ARM Cortex-A9 ساخته خواهند شد مصرف باتری را حتی از دو هسته های Qualcomm نیز پائین تر خواهند آورد و با استفاده از سیستم رمز گشای خود تقریبا قادر به پشتیبانی از نمایش تمامی فرمت های صوتی و تصویری خواهد بود. سرعت این پردازنده های جدید اما برخلاف رقیب اصلی خود از یک گیگاهرتز فراتر نمی رود که البته این موضوع نیز با توجه به امکان Overclock گسترده پردازنده های TI احتمالا نکته منفی خاصی برای این مدل به حساب نمی آید.

چهار عنوان ذکر شده در بالا تنها شامل بزرگترین شرکای ARM می گردند و بجز این موارد چندین نام کوچک و بزرگ دیگر نیز در لیست شرکت های همکاری کننده با ARM به چشم می خورند. یکی از این شرکت های نچندان گمنام ST-Ercsson نام دارد که همانطور که از نام آن مشخص است اتحادی ست مابین شرکت اریکسون و شرکت STMicroelectronics. پردازنده دو هسته ای تولیدی این شرکت که قرار است بر پایه پلتفرم Cortex-A9 ارائه شود، U8500 نام دارد و با فرکانس 1.2GHz و قابلیت های Multi-Processing یکی از پیشرفته ترین نمونه ها در این کلاس محسوب می شود. یکی از پشتیبانان اصلی این پلتفرم شرکت نوکیا ست که به احتمال قریب به یقین در سیستم عامل سالهای آینده این شرکت یعنی Symbian^4 از این پردازنده استفاده خواهد شد. البته نگفته پیداست که این پردازنده در سیستم عامل های لینوکس و آندروید نیز مورد بررسی و تست قرار گرفته است. معماری پردازنده U8500 شباهت نزدیکی با مدل های دو هسته ای Qualcomm دارد که اصلی ترین شباهت این دو مدل به مصرف بسیار پائین انرژی در آنها باز می گردد جائیکه U8500 با یک بار شارژ با باتری 1000mAh استاندارد امکان پخش تا 12 ساعته محتوای HD را خواهد داشت.

از دیگر همکاران شرکت ARM در تولید پردازنده می توان از Nvidia، Marvel و Freescale یاد کرد که چیپ ست شرکت Marvel با نام Pantheon قرار است در اسمارت فون های زیر 100 دلار استفاده شود، چیپ ست شرکت با Nvidia نام Tegra 250 از امکانات گرافیکی بالا برخوردار بوده و از 8 پردازنده مختلف برای موقعیت های گوناگون استفاده می کند و بلاخره چیپ ست شرکت FreeScale با نام i.MX535 با دو هسته قرار است در تبلت ها و صنعت eReader ها بکار گرفته شود.

اما شرکت ARM تنها نقش آفرین در عرصه تولید چیپ ست های موبایلی نیست و نام بزرگی همچون Intel نیز در این میان علیرغم از دست دادن یکی از شرکای اصلی خود یعنی مایکروسافت که به تازگی قراردادی را با شرکت ARM امضا کرده است، به توسعه پلتفرمی کاملا خاص با نام Moorestown مشغول است که قرار است در آینده نزدیک در بسیاری از اسمارت فون ها و تبلت ها بکار گرفته شود. معماری این پلتفرم جدید بر پایه پردازنده موبایلی Atom Z6xx اینتل و به فرم 45 نانومتری صورت پذیرفته و سرعت 1.5Ghz برای آن در نظر گرفته شده است. در رده نرم افزاری قرار است Moorestown در نهایت بروی یکی از سیستم عامل های آندروید یا MeeGo (سیستم عامل مشترک اینتل و نوکیا) اجرا شود. نکته جالب در مورد این پلتفرم به معماری x86 آن باز می گردد که بدین ترتیب می توان Application های لینوکسی را براحتی به آن Port کرد همین موضوع Moorestown را برای نوکیا به انتخاب دوم پس از پلتفرم ARM بدل کرده است و ناگفته ها حاکی از آن است که به احتمال قوی نوکیا در نسل اول از MeeGo های خود از پردازنده های ARM استفاده می کند و در صورت موفقیت آمیز بودن نتایج نهائی پردازنده های تولیدی با پلتفرم اینتل به این پردازنده ها مهاجرت می کند.

پس از آشنائی با پلتفرم های آینده دنیای موبایل بهتر است برای جمع بندی بطور خلاصه تغییراتی که با حضور این پردازنده های جدید در ساختار موبایل های فعلی ایجاد می شود را مرور کنیم:

1-بهبود وضعیت باتری: این ویژگی که بدلیل فناوری ساخت 45 نانومتری و در نتیجه کوچک سازی پردازنده و جایگذاری چیپ ست های کم مصرف پردازش صدا و تصویر و همچنین GPS در یک فضای کوچک بدست می آید، در آینده نزدیک بهبود قابل ملاحظه ای در میزان مصرف باتری ایجاد می  کند که از نمونه های آن باید به امکان پخش 120 ساعت موسیقی با یک بار شارژ اشاره کرد.

2-کوچک سازی و کاهش قطر گوشی ها: فناوری 45 نانومتری نه تنها در مصرف باتری تاثیر گذار است بلکه با امکان جای دادن تعداد مشخصی ترانسیستور در یک فضای کوچک تر بطور قابل ملاحظه ای از قطر گوشی ها کاسته شده و یا بدون تغییر حجم، امکانات تازه ای به آنها افزوده می شود. امری که هم اینک در قالب مدل های 45 نانومتری مثل Galaxy S یا iPhone 4 رخ داده است.

3-پشتیبانی از وضوح Full HD 1080p: حداکثر وضوح فیلمبرداری و پخش محتوا در اسمارت فون های فعلی بازار 720p ست که با اینکه در همین اندازه هم بسیار با کیفیت به نظر می رسد اما یکی از اولین نتایج مستقیم ارتقا به چیپ ست ARM Cortex-A9 پشتیبانی دستگاه از ضبط و پخش محتوای 1080p ست. دوام باتری نیز در این میان مهم است جائیکه Moorestown دوام باتری را در پخش ویدئو 1080p با یک باتری 1500mAh برابر 4 ساعت اعلام کرده و پلتفرم Cortex-A9 قول ارتقا این زمان به 12 ساعت را داده است.

4-بالا رفتن کیفیت عکاسی: این تغییر مهم نیز از نتایج غیر مستقیم فناوری 45 نانومتری ست چون با کوچک شدن پردازنده فضای بیشتری دراختیار سنسور عکاسی قرار می گیرد و رزولوشن عکاسی را تا حدود 20 مگاپیکسل می توان افزایش داد همچنین بدین ترتیب امکان جایگذاری فلش های LED و زنون قوی تری نیز در دوربین های آینده فراهم می شود و شاید حتی شاهد حضور زوم اپتیکال در قالب یک مدل کاملا Slim باشیم. از دیگر بهبودهای قابل انتظار در رده عکاسی باید به حضور الگوریتم سخت افزاری بهبود تصویر و لرزش گیر دست در پردازنده های OMAP 4 اشاره کرد.

5-بازی های با گرافیک پیشرفته: در حال حاضر پردازنده های Hummingbird سامسونگ با چیپ ست PowerVR SGX540 و با پشتیبانی از 90 میلیون Triangle بدون شک قدرتمندترین نمونه در میان تمامی مدل های حاضر در بازار هستند اما نسل آینده Cortex-A9 و مدل هائی همچون پردازنده های Qualcomm نسل سوم همانطور که گفتیم با ارتقا پردازش سه بعدی و رسیدن به رقم 80 میلیون Triangle در ثانیه به مدل های سامسونگ نزدیک می شوند. از جمله نشانه های پیشرفت در این زمینه، Prototype به نمایش در آمده با هسته OMAP 4 در نمایشگاه MWC2010 است که در ساختار آن از شتاب سنج و ژیروسکوپ سه محوری، حسگر حرارت، حسگر تنظیم نور، حسگر تقارب، قطب نمای دیجیتالی و فشار سنج استفاده گردیده است که هرکدام می توانند امکانات جالبی را در اختیار برنامه نویسان در جهت ساخت بازی های جدید قرار بدهند.

6-مرورگر های قدرتمند اینترنت: در ساختار پردازنده های جدید علاوه بر پشتیبانی همه جانبه از تمامی استانداردهای فعلی دنیای اینترنت، با سرعت بسیار بالاتری در پردازش صفحات روبرو هستیم جائیکه مثلا نسل جدید پردازنده های OMAP سرعت گشوده شدن یک صفحه بخصوص را از 5 به 2 ثانیه کاهش داده است. پشتیبانی از نمایش سه بعدی، پشتیبانی سخت افزاری از Adobe Flash 10.1 و پشتیبانی همه جانیه از Java Script از دیگر مشخصات مرورگرهای آینده دنیای موبایل به حساب می آید.

7-خروجی تصویر و پشتیبانی از چند صفحه نمایش: در پردازنده های جدید علاوه بر ارسال محتوای 1080p از طریق پورت HDMI به نمایشگرهای خارجی، امکان پشتیبانی و پخش محتوا بصورت همزمان بروی بیش از یک نمایشگر هم در نظر گرفته شده است به بیان دیگر پردازنده های جدید قادر خواهند بود که مثلا محتوای دو صفحه نمایش جداگانه بروی یک اسمارت فون را بصورت جداگانه و همزمان به روز کنند.

8-کنترل از را دور بدون نیاز به لمس: این قابلیت جالب که در حال حاضر تنها در Prototype شرکت TI با نام XTR 3D دیده شده است امکان حرکت دادن دست در مقابل گوشی و کنترل آن بدون نیاز به لمس را فراهم می آورد شیوه اجرای این قابلیت به حضور دو دوربین مگاپیکسلی در جلوی دستگاه باز می گردد که علاوه بر این در ترکیب با یکدیگر قادر به فیلمبرداری سه بعدی با وضوح 720p با 30 فریم در ثانیه و انتقال آن به صفحه نمایش های سه بعدی نیز خواهد بود. قابلیت طوفانی که فاصله چندانی با بازار مصرف ندارد. ویدئوی زیر به این قابلیت می پردارد.

موارد اشاره شده در بالا تمامی امکاناتی ست که می توان از پردازنده های نسل جدید در کلاس های مختلف انتظار داشت و البته نگفته پیداست که قرار نیست تمامی این امکانات در تمامی مدل های جدید بطور همزمان دیده شوند و به احتمال قوی برای دستیابی به همه این موارد نیاز به تهیه چند مدل گوشی مختلف خواهد بود. پایان سال 2010 حداقل زمان حضور مدل های مجهز به نسل جدید پردازنده هاست.

توجه: این مقاله به صورت اختصاصی برای ‏Writeage.com‏ نوشته شده درج تمام یا قسمتی از ‏این ‏مطلب، ‏تنها با ذکر نام سایت و آدرس دقیق این صفحه مجاز است.