آشنایی با تراشه‌های گرافیکی و رده‌بندی آن‌ها

در مقاله قبل، به‌بررسی پردازنده‌های موبایل و ساختار آن‌ها پرداختیم و گفتیم که سیستم روی تراشه (SOC)، یک چیپ‌ست مستقل است که اندازه‌ای برابر با پردازنده رایانه دارد و اغلب اجزایی را که موبایل بدان برای فعالیت نیاز دارد، شامل می‌شود. در یک SOC اجزایی نظیر سی‌پی‌یو، واحد گرافیکی یا GPU (واحد پردازشگر گرافیکی در کامپیوتر، معمولا به‌صورت یک کارت‌گرافیک جداگانه یافت می‌شود)، تعدادی رادیو و سنسور وجود دارد. امروز، قصد داریم تا به‌معرفی دقیق‌تر تراشه‌های گرافیکی یا همان GPU در اسمارت‌فون‌ها بپردازیم. در آخر، همانند مقاله گذشته، تراشه‌های گرافیکی را براساس کارآیی‌شان رده‌بندی کرده‌ایم. با آی‌تی‌رسان، همراه باشید.

نقش تراشه‌گرافیکی

بهتر است در ابتدا، مجددا نقش تراشه‌های‌گرافیکی یا همان GPU را یادآوری‌ نماییم؛ تراشه‌گرافیکی یا GPU، به‌خاطر آنکه به SOC گره‌خورده، در لیست مشخصات از اهمیت کم‌تری برخوردار است. بنابراین، اگر تولیدکننده‌ای از سیستم روی تراشه (SOC) اسنپ‌دراگون 810 کوالکام استفاده نماید، تراشه‌گرافیکی آدرنو 430 بخشی از آن خواهد بود.

از آنجایی‌که GPU، تجربه بصری کاربری را تحت‌تاثیر قرار می‌دهد، بنابراین بر سرعت تبلت و گوشی‌هوشمند اثر می‌گذارد. به‌خصوص اگر رابط‌کاربری آن با انیمیشن و دیگر جلوه‌های بصری آمیخته شده باشد. با این‌حال، دستگاه‌های ارزان‌قیمت، میان‌رده و گران‌قیمت با تراشه‌گرافیکی همراه می‌شوند که برای اجرای رابط‌کاربری آن‌ها مناسب باشد.

تراشه‌های‌گرافیکی، در کدام قسمت قرار دارند؟

همان‌طور که ابتدا یادآوری شد، هسته‌های پرداشی تنها بخشی از سیستم‌ روی یک‌تراشه (SOC) هستند که پایه و اساس تمام گوشی‌های مدرن است. همراه با هسته‌های پردازشی که الان گفته‌شد و ساب‌سیستم‌های دیگر در SOC، شما می‌توانید واحد پردازش گرافیکی یا همان GPU را مشاهده کنید که در نزدیکی پردازنده قرار دارد.

سیستم‌-روی-چیپ یا همان (SOC) یک تراشه بسیار کوچک است که برروی مین‌برد گوشی‌های هوشمند استفاده می‌شود؛ تراشه‌گرافیکی نیز، برروی همین SOC قرارگرفته است. پیداکردن فیزیکی این تراشه با نگاه‌‍کردن به‌داخل موبایل، تقریبا غیرممکن است. البته در رایانه‌های خانگی و یا لپ‌تاپ، این موضوع کاملا متفاوت است و سازندگان برای جاسازی تراشه‌گرافیکی (که در کامپیوتر، آن‌را به‌اسم کارت‌گرافیک می‌شناسیم) و پردازنده در مین‌برد اصلی کیس، از 2 چیپ مجزا بهره گرفته‌اند؛ به‌این‌ صورت‌که پردازنده به‌مادربورد متصل شده است و کارت‌گرافیک، به‌مین‌برد مجزایی که خود به‌مادربرد متصل است، اتصال یافته. این دو مولفه حیاتی در کامپیوتر، از لحاظ “فیزیکی” کاملا دور از هم قرارگرفته‌اند.

** تراشه‌گرافیکی یا همان GPU، همان‌ پردازنده گرافیکی 2 بعدی یا 3 بعدی تصویر بالا (مربوط به‌پردازنده تگرا 2) است.

البته دلایلی وجود دارد که نزدیکی تراشه‌گرافیکی (GPU) و پردازنده را در سیستم‌ روی تراشه یا همان (SOC) توجیه می‌کند؛ اول از همه، حتما می‌دانید که گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها فضای داخلی چندانی برای جاسازی قطعات سخت‌افزاری خود، در اختیار ندارند. به‌همین‌خاطر، اجزای مهم‌ سخت‌افزاری به‌گونه‌ای کنار یک‌دیگر به‌صورت فشرده قرار گرفته‌اند که باعث می‌شود مین‌برد گوشی، کوچک باشد تا سازنده برای جاسازی باتری دستگاه، فضای بیشتری در اختیار داشته باشد.

به‌عنوان دلیل دوم، باید گفت که فشرده‌سازی قطعات سخت‌افزاری در گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها، گرمای خروجی از دستگاه را کاهش می‌دهد و ممکن است باعث شود تا مصرف باتری از طریق ادغام آن‌ها برروی یک چیپ‌اصلی که همان SOC است، کاهش بیابد. هم‌چنین، تولید یک‌تراشه به‌جای دو تراشه، باعث صرفه‌جویی در هزینه‌های تولیدی برای سازندگان می‌شود.

بررسی دقیق‌تر نقش تراشه‌های‌گرافیکی در اسمارت‌فون و تبلت‌ها

استفاده از تراشه‌گرافیکی (GPU) در گوشی‌های هوشمند به‌چند عامل وابسته است؛ ساختار سیستم‌ روی تراشه (SOC) و هم‌چنین، سیستم‌عامل مورد استفاده در دستگاه. برای اولی، اگر SOC دارای تراشه اختصاصی برای رمزگشایی محتوای چندرسانه‌ای نباشد، تراشه‌گرافیکی مجبور است به فیلم‌هایی باکیفیت بالا رسیدگی نماید. به‌علاوه، گاهی برخی وظایف به تراشه‌گرافیکی (GPU) محول می‌شود تا از فشار برروی پردازنده کاسته شود.

هنگامی‌که بحث به‌سیستم‌عامل می‌رسد، همه‌چیز بسیار پیچیده به‌نظر می‌رسد؛ اولین و مهم‌ترین استفاده GPU، برای رندرکردن بازی‌ها و برنامه‌های سه‌بعدی است. باید گفت، هسته‌های پردازشی Cortex به‌گونه‌ای طراحی‌ نشده‌اند که مسئولیت انجام چنین وظایفی را به‌عهده بگیرند و در تمامی سیستم‌عامل‌ها، تراشه‌های گرافیکی برای رندرکردن محتوای گرافیکی نسبت به هسته‌های پردازشی CPU، موثرتر است.

پردازنده یا همان CPU، برای محاسبات و پردازش‌های خاص کمک خواهد کرد؛ این، درحالی‌است که رندرکردن محتوای سه‌بعدی برروی صفحه‌نمایش (به‌خصوص برای بازی‌ها) و محتوای گرافیکی، به GPU یا همان تراشه‌گرافیکی سپرده می‌شود.

اغلب هسته‌های پردازشی گرافیکی، محتوای 2 بعدی را در شرایط خاص رندر می‌کنند؛ چیزهایی مانند انیمیشن‌های رابط‌کاربری و زوم‌کردن در تصاویر، می‌توانند مثال‌های خوبی برای آن باشند.

** بازی‌کردن آسفالت برروی گلکسی نوت بدون تراشه‌گرافیکی، بسیار دشوار خواهد بود!

انیمیشن‌ها و رابط‌کاربری ویندوزفون بسیار سنگین است و مدل‌های قدیمی گوشی‌هایی که به‌این سیستم‌عامل مجهز شده‌اند، از یک SOC نسبتا ضعیف استفاده می‌کنند که اگر وظیفه پردازش و رندرکردن آن‌ها‌ را تنها به‌ CPU محول نماییم، حس تجربه روان از این سیستم‌عامل تقریبا غیرممکن می‌شود. بدین ترتیب، تراشه‌گرافیکی یا همان GPU نقش موثرتری در رندرکردن رابط‌کاربری اصلی و دیگر انیمیشن‌های سنگین به‌کاررفته در ویندوز فون دارد که به‌کاربران، تجربه بسیار روان و نرمی را از کار با ویندوزفون ارایه می‌دهد.

سیستم‌عامل اندروید نیز، یک داستان دیگر است؛ باتوجه به‌ این‌که گوشی‌های ارزان‎قیمت، تراشه‌های‌گرافیکی چندان قدرتمندی ندارند، بنابراین، پردازش و به‌سرانجام‌رساندن رندر تمام محتوای 2 بعدی سیستم‌عامل اندروید، تقریبا غیرممکن است. از این‌رو، گوگل تصمیم گرفت تا پردازش رابط‌کاربری و رندر محتوای چندرسانه‌ای را برعهده CPU قرار دهد. بدین ترتیب، لگ‌های گاه و بی‌گاه در رابط‌کاربری اندروید، متولد شد!

این مشکل، درنهایت در اندروید 4.0 اصلاح شد؛ زیرا SOCهای مدرن امروزی از تراشه‌گرافیکی بسیارقدرتمندی برخورددار هستند. البته، به‌دلیل ناتوانی پردازش رابط‌کاربری و محتوای آن توسط گوشی‌های قدیمی، عملا امکان ارایه نسخه‌های جدید این سیستم‌عامل برای تمام گوشی‌ها وجود ندارد. نباید از یاد برد که CPUهای قدرت‌مند امروزی، می‌توانند از عهده‌ رندرکردن رابط‌کاربری و انیمیشن‌های سیستم‌عامل‌ اندروید بربیایند اما در نگاه‌کلی، تراشه‌گرافیکی یا همان GPU کارآمدتر است.

همان‌طور که شما ممکن است حدس زده باشید، سیستم‌عامل iOS برروی آی‌فون و تبلت‌های آی‌پد بسیار نرم و روان اجرا می‌شود زیرا این سیستم‌عامل به‌گونه‌ای طراحی‌شده است که اکثر محتوا و المان‌های رابط‌کاربری را توسط تراشه‌گرافیکی، پردازش می‌کند. محدودیت‌های سخت‌‎افزاری که اپل با آن مواجه است، باعث شده تا یکپارچه‌سازی بهتری بین سیستم‌عامل و آنچه که سخت‌افزار نامیده می‌شود، شکل بگیرد. بنابراین، مشکلات کم‌تری در استفاده از تراشه‌گرافیکی برای پردازش رابط‌کاربری و محتوای چندبعدی آن به‌وجود می‌آید.

بررسی انواع تراشه‌های‌گرافیکی 

 1) کوالکام آدرنو 

واحدهای پردازشی گرافیکی آدرنو، به‌طور اختصاصی در چیپ‌ست‌های کوالکام استفاده می‌شود. این تراشه‌ها، پیش‌تر با نام Imageon توسط ATI تولید می‌شد و پس از خرید امتیاز آن‌ها توسط کوالکام از ATI، به‌ “آدرنو” تغییر نام پیدا کرد.

سری قدیمی آدرنو **1 در چیپ‌ست‌های کوالکام 7xxx مورد استفاده قرار گرفت؛ در حالی‌که امروزه در چیپ‌ست‌های جدیدتر اسنپ‌دراگون کوالکام از تراشه‌های گرافیکی **2،**3 و **4 استفاده می‌شود. در رنج اخیر تراشه‌های پردازشی گرافیکی کوالکام، نام چند مدل دیده می‌شود؛ آدرنو 420 (در اسنپ‌دراگون 805) با پشتیبانی از Direct3D 11.2 runtime که در محصولاتی نظیر نکسوس 6، گلکسی نوت 4، گلکسی نوت Edge و آمازون Fire HDX 8.9 مورد استفاده قرار گرفت؛ آدرنو 330 که در محصولاتی نظیر نکسوس 5، سری تبلت‌‌های آمازون Kindle HDX، ال‌جی جی 3 و جی 2، اکسپریا زد 3 کامپکت، اچ‌تی‌سی وان M8، اکسپریا زد 3، زد 2 و زد 1 سونی دیده می‌شود؛ در نهایت، آدرنو 320 نیز که با تراشه‌های سری کوالکام S4 پرو و پرایم همراه است، از ویژگی‌های نظیر “معماری سایه‌زنی یکپارچه”، حافظه دوکاناله، پشتیبانی از Direct3D feature level 9_3،  OpenGL ES 3.0،  OpenGL ES 2.0، OpenGL ES 1.1، OpenVG 1.1، , EGL 1.4، Direct3D Mobile و SVGT 1.2 بهره‌مند است.

شما ممکن است متوجه شده باشید که هرچه شماره تراشه‌گرافیکی آدرنو کوالکام بیشتر باشد، به‌معنای قوی‌تر بودن آن است. کوالکام نیز مدعی است که هر تراشه‌گرافیکی یا همان GPU نسبت به‌نسل متوالی قبل خود، دو برابر سریع‌تر خواهد بود؛ این بدین معنی است که آدرنو 220 در حدود 4 برابر نسبت به آدرنو 200 سریع‌تر است. در ادامه به‌لیست آخرین تراشه‌های گرافیکی آدرنو کوالکام نگاهی میندازیم:

• Adreno 200
• Adreno 200 بهبودیافته
• Adreno 203
• Adreno 205
• Adreno 220
• Adreno 225
• Adreno 320
• Adreno 330
• Adreno 420

2) Imagination Tech PowerVR

تولیدکننده عمده دوم تراشه‌های گرافیکی گوشی‌های هوشمند، Imagination Technologies است که سری تراشه‌های‌گرافیکی PowerVR را می‌سازد. تابه‌حال، مدل‌های زیادی از تراشه‌های‌گرافیکی PowerVR ساخته شده است اگرچه، دستگاه‌های فعلی از سری تراشه‌های مربوط به  PowerVR SGX 5 یا 5XT استفاده می‌کنند.

تراشه‌های گرافیکی PowerVR  توسط دیگر سازنده‌های SOC مجوز دریافت کرده‌اند و بنابراین، می‌توانند به‌راحتی در تعداد بسیار زیادی گوشی‌ و تبلت به‌کار گرفته شوند. چیپ‌ست‌های TI OMAP به‌طور ویژه از تراشه‌های گرافیکی PowerVR استفاده می‌کنند. هم‌چنین، شما می‌توانید آن‌ها را در برخی چیپ‌ست‌های قدیمی‌تر اگزینوس سامسونگ و تراشه‌های A4 و A5 اپل مشاهده نمایید. به‌علاوه، گاهی‌اوقات، این تراشه‌های گرافیکی در برخی نوت‌بوک‌های ارزان‌قیمت‌تر به‌همراه پردازنده‌های X86 اینتل به‌چشم می‌خورد!

3) ARM Mali

تراشه‌های گرافیکی Mali در دستگاه‌های زیادی نظیر گلکسی S2 با سیستم‌روی‌تراشه Exynos 4210، گلکسی نوت و گلکسی‌تب 7.7 استفاده می‌شود. مالکیت تراشه‌های گرافیکی Mali برعهده‌ی ARM است. بنابراین، این تراشه‌ها باید برای هسته‌های پردازشی Cortex که در SOC اگزینوس سامسونگ استفاده می‌شود، شریک مناسبی باشد. 

رتبه‌بندی تراشه‌های گرافیکی 

1. NVIDIA Tegra X1 Maxwell GPU
2. PowerVR GXA6850
3. NVIDIA Tegra K1 Kepler GPU
4. ARM Mali-T760 MP8
5. Qualcomm Adreno 430
6. ARM Mali-T760 MP6
7. PowerVR GX6450
8. Qualcomm Adreno 420
9. Qualcomm Adreno 418
10. Intel HD Graphics (Cherry Trail)
11. Qualcomm Adreno 330
12. PowerVR G6430
13. PowerVR GX6250
14. PowerVR G6400
15. Intel HD Graphics (Bay Trail)
16. ARM Mali-T628 MP6
17. ARM Mali-T760 MP4
18. PowerVR SGX554MP4
19. ARM Mali-T628 MP4
20. ARM Mali-T604 MP4
21. NVIDIA GeForce Tegra 4
22. PowerVR G6200
23. Qualcomm Adreno 405
24. PowerVR SGX543MP4
25. ARM Mali-T624
26. Qualcomm Adreno 320
27. ARM Mali-T760 MP2
28. ARM Mali-T720 MP4
29. ARM Mali-450 MP4
30. PowerVR SGX543MP3
31. PowerVR SGX543MP2
32. PowerVR SGX545
33. PowerVR SGX544MP2
34. ARM Mali-T720
35. PowerVR SGX544
36. Qualcomm Adreno 306
37. Qualcomm Adreno 305
38. Qualcomm Adreno 304
39. Vivante GC7000UL
40. Qualcomm Adreno 302
41. Qualcomm Adreno 225
42. Vivante GC4000
43. ARM Mali-400 MP4
44. NVIDIA GeForce ULP (Tegra 3)
45. Broadcom VideoCore-IV
46. Qualcomm Adreno 220
47. Vivante GC1000+ Dual-Core
48. ARM Mali-400 MP2
49. ARM Mali-400 MP
50. NVIDIA GeForce ULP (Tegra 2)
51. PowerVR SGX540
52. Qualcomm Adreno 205
53. Qualcomm Adreno 203
54. Vivante GC800
55. PowerVR SGX535
56. PowerVR SGX531
57. PowerVR SGX530
58. Qualcomm Adreno 200
59. ARM Mali-200