معرفی Snapdragon 855 پروسسور 7 نانومتری 3 کلاستری کوالکام

تاریخ : 1397/9/15        نویسنده: آرش افراسیابی
برچسب‌ها : کوالکام Qualcomm ، پردازنده Processor ، سیستم روی تراشه SoC (System on a Chip)

واحد خبر mobile.ir : شرکت کوالکام در روز چهارشنبه 5 دسامبر 2018 (14 آذر 1397) و در جریان برگزاری سومین گردهمائی سالیانه خود موسوم به Qualcomm Tech Summit در هاوائی آمریکا از پروسسور Snapdragon 855، نسل جدید پلتفرم موبایلی پرچمدار این شرکت پرده‌برداری کرد. SD855 با فناوری 7 نانومتری ساخته شده و برای اولین بار در پروسسورهای این شرکت از سه کلاستر جداگانه در آن استفاده شده است. این پلنفرم موبایلی در زمینه پردازشی با تجهز به هسته‌های ARM A76 و در زمینه گرافیکی با حضور Adreno 640 گام‌های بزرگی برای سبقت از رقبا برداشته است و امکان ارائه شدن آن با مودم 5G نیز برگ برنده بزرگی در اختیار کوالکام قرار می‌دهد.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

شرکت کوالکام پس از بحرانی که سال‌ها پیش با چیپ‌ست مشکل‌آفرین Snapdragon 810 با آن روبرو شد با ارائه Snapdragon 820 و سپس Snapdragon 821 به بازسازی اعتماد از دست رفته مشتریان پرداخت و با دو چیپ‌ست اخیر خود یعنی Snapdragon 835 و Snapdragon 845 بار دیگر موفقیت‌ سال‌های گذشته خود را در بازار گوشی‌های اندرویدی و فراتر از آن تکرار کرد. در همین راستا با توجه به مطرح شدن 5G و روند رو به جلوی کوالکام در توسعه مودم‌‌های مرتبط با این قابلیت ارتباطی همچنان باید به ادامه موفقیت کوالکام در نسل بعدی پروسسورهای این شرکت یعنی Snapdragon 855 کاملا امیدوار بود. SD855 بعد از ارائه دو نسل پیشین پروسسورهای کوالکام روی لیتوگرافی 10 نانومتری سامسونگ، این بار با معماری 7 نانومتری TSMC توسعه پیدا کرده که از این لحاظ با دیگر پروسسور قدرتمند 7 نانومتری یعنی Kirin 980 از هواوی در یک راستا قرار می‌گیرد. تغییرات این پروسسور تنها به ارتقاء معماری محدود نشده و نکات متمایز دیگری از جمله طراحی سه کلاستری، تمرکز روی مباحث گیمینگ، و افزایش چشمگیر سرعت ارتباطی در آن به چشم می‌‌خورند.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

هسته‌های پردازشی: Cortex-A76 در ساختاری متفاوت

شرکت ARM در اوائل سال جاری از پردازنده جدید Cortex-A76 پرده برداشت که روی کاغذ در لیتوگرافی 7 نانومتری و در فرکانس 3 گیگاهرتزی نسبت به ARM A75 (با فرکانس 2.8 گیگاهرتزی و لیتوگرافی 10 نانومتری) از مزیت 35 درصد ارتقا در سرعت و 40 درصد کاهش مصرف انرژی برخوردار بود. به گفته ARM، این پردازنده در زمینه یادگیری ماشینی (ML) نیز تا 4 برابر بهبود نسبت به گذشته پیدا کرده است. پیش از کوالکام، زیر مجموعه HiSilicon شرکت هواوی از این پردازنده قدرتمند در ساختار Kirin 980 استفاده کرده بود جائی‌که 2 هسته قوی‌تر با فرکانس 2.6 گیگاهرتز در یک کلاستر و 2 هسته مشابه اما با فرکانس پائین‌تر 1.92 گیگاهرتر در کلاستر دیگر جای گرفته بودند. نقشه کوالکام برای جای‌گذاری هسته‌های ARM A76 اما هم در زمینه تعداد هسته و هم در مورد فرکانس کاری، متفاوت از Kirin 980 بوده و این بار در ساختاری که Prime core‌ نامیده شده در کلاستر قوی‌تر تنها 1 هسته و در کلاستر دوم، 3 هسته پردازشی قرار گرفته‌اند.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

یکی از تفاوت‌های مهم کوالکام با اغلب دیگر از سازندگان پردازنده‌های موبایلی ایجاد تغییرات در طرح‌های خام شرکت ARM و ساخت هسته‌های کاستوم و نیمه‌کاستوم بوده که معمولا به پرفورمنس بالاتری در چیپ‌ست‌های پردازشی این شرکت انجامیده است. این تغییرات اما تا به امروز هیچگاه از سوی کوالکام اعلام نشده و تنها به انجام آنها از سوی شرکت سازنده اشاره شده بود. در Snapdragon 855 اما برای اولین بار برخی از این تغییرات به معرض نمایش گذاشته شده‌اند که از جمله مهم‌ترین آنها به بزرگ‌تر شدن پنجره اجرای دستورالعمل‌های خارج از نوبت (out-of-order execution window) اشاره شده است. این افزایش ظاهرا به ارتقاء سایز Re-order buffer یا ROB باز می‌گردد؛ جائی‌که در A76 اصلی، 128 بافر دستورالعمل وجود دارد اما در هسته‌های تغییر یافته A76 شرکت کوالکام این تعداد به رقم اعلام نشده‌ای افزایش یافته است.

قدرتمندترین هسته حاضر در Snapdragon 855 که کوالکام، آن را Kryo 485 Gold Prime نامیده و در یک کلاستر جداگانه قرار دارد دارای فرکانس 2.84 گیگاهرتز بوده که در مقایسه با فرکانس 2.6 گیگاهرتزی هسته‌های مشابه در Kirin 980 نزدیک به 9.2 درصد افزایش را نشان می‌دهد حافظه کش L2 این هسته، 512 کیلوبایت اعلام شده است؛. در کلاستر دوم سه هسته دیگر از همین نوع با فرکانس پائین‌تر 2.42 گیگاهرتزی قرار دارند که حافظه L2 آن به 256 گیگابایت تقلیل پیدا و در نهایت در کلاستر سوم به چهار هسته ضعیف‌تر ARM A55 با فرکانس 1.8 گیگاهرتزی با 128 کیلوبایت کش L2 برای انجام کارهای سبک بر می‌خوریم. به گفته کارشناسان یک نکته کاملا عجیب در مورد هسته های قوی‌تر اسنپ‌دراگون 855، در نظر گرفته نشدن منبع انرژی جداگانه برای تک هسته قدرتمند این مجموعه و وابسته بودن آن به کلاستر دوم و سه هسته دیگر برای تأمین انرژی است که حداقل روی کاغذ مزیت اصلی این هسته برای عملکرد مستقل در فرکانس بالا و با حافظه L2 دو برابری را به میزان زیادی تقلیل می‌دهد.

در دنیای واقعی و در بسیاری از مواقع (مثلا در هنگام استفاده از مرورگر) تنها یک رشته پردازشی فعال مورد نیاز است که این موضوع به خوبی منظق استفاده از ترکیب 1+3 و حضور تنها یک هسته در کلاستر قدرتمند SD855 را در مقابل چینش‌های دیگری مثل 2+2 در Kirin 980 توجیه می‌کند اما از سوی دیگر با توجه به اینکه این هسته‌ها در ولتاژ جداگانه‌ای فعالیت نمی‌کنند، تأثیر این هسته تکی به احتمال فراوان، بسیار محدود خواهد بود. در این حالت به محض روشن شدن هسته اصلی، سه هسته دیگر حاضر در کلاستر دوم نیز فارغ از اینکه کاری برای انجام دادن داشته باشند یا خیر، چاره‌ای جز روشن شدن ندارند.

نکته دیگری که شاید به ضرر کوالکام در مقایسه با Kirin 980 تمام شود، کاهش حافظه L2 هسته‌های سه‌گانه A76 حاضر در کلاستر دوم به 256 کیلوبایت است و این در حالی‌ست که در Kirin 980‌ هر چهار هسته ARM A76 با 512 کیلوبایت حافظه L2 ارائه شده‌اند. البته ذکر این نکته نیز بسیار با اهمیت است که فرکانس هسته‌های A76 حاضر در کلاستر دوم SD855 نسبت به هسته‌های مشابه در Kirin 980 بسیار بالاتر است و اختلافی نیم گیگاهرتزی را به نمایش می‌گذارد (2.42 گیگاهرتز در مقابل 1.92 گیگاهرتز) و بنابراین احتمالا هر دو کمپانی در پی دستیابی به نتایج یکسان اما از طرق متفاوتی هستند.

کوالکام در معرفی SD855 برخلاف انتظار اشاره خاصی به بهبود مصرف انرژی این چیپ‌ست نسبت به گذشته نکرده و در زمینه پرفورمنس نیز تنها به ارتقاء 45 درصدی نسبت به SD845 بسنده کرده است.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

یکی دیگر از نمودارهای ارائه شده از سوی کوالکام، به مقایسه سرعت اجرای اپلیکیشن‌های کاربردی و مهم توسط Snapdragon 855 و رقبای آن می‌پردازد. در این نمودار که در زیر قابل مشاهده است دو پروسسور دیگر با نام‌های رقیب A و رقیب B معرفی شده‌اند اما با توجه به کدهای رنگی استفاده شده در این بخش که در بخش گرافیک نیز تکرار شده‌اند با احتمال بالائی می‌توان رقیب A را Apple A12 و رقیب B را Kirin 980 دانست. طبق این نمودار، SD855 تقریبا در اکثر موارد با فاصله بسیار زیادی، اپلیکیشن‌های مهم را زودتر اجرا می‌کند و Kirin 980 نیز در مقام دوم قرار می‌‌گیرد. این مسئله البته بیش از آنکه به قدرت پردازنده ارتباط داشته باشد ناشی از ساختار متفاوت چیپ‌ست‌های پردازشی‌ست و کوالکام در طی سال‌ها اخیر همواره در این مسئله دست بالا را در اختیار داشته است.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

گرافیک: Adreno 640 با تمرکز بر بازی و ویدئو

پردازش گرافیکی در Snapdragon 855 طبق انتظار با نسل بعدی تراشه‌های Adreno یعنی Adreno 640 انجام می‌شود. تمرکز کوالکام در این قسمت روی پردازش گیمینگ قرار گرفته و توضیحات کاملی در رابطه با عملکرد این تراشه در زمینه بازی ارائه شده است. جزئیات مشخصات این گرافیک البته طبق معمول مشخص نیست و تنها از مواردی مثل 20 درصد بهبود در کارائی سخن به میان می‌آید.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

در این گرافیک همچنین به گفته کوالکام، تعداد واحد‌های محاسبه و منطق (ALU) برای عملگرهای FP32 و FP16، پنجاه درصد افزایش پیدا کرده که به گفته برخی کارشناسان این میزان افزایش ALU با درصد بهبود کارائی اعلام شده چندان هماهنگ نبوده و احتمالا کوالکام در این مورد اقدام به کاهش فرکانس کاری گرافیک کرده است.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

یکی دیگر از ویژگی‌های جدید این گرافیک پشتیبانی از HDR در حین بازی و ساخته شدن بازی‌ها براساس رندرینگ فیزیکی است؛ پایپ‌لاین این گرافیک برای فعال کردن HDR از عمق رنگ 10 بینی و محدوده رنگی Rec 2020 پشتیبانی کرده و HDR10+ و دالبی‌ویژن نیز در لیست امکانات مورد پشتیبانی آن قرار دارند. بازی با نرخ 120 فریم در ثانیه و پخش ویدئوی 360 درجه 8K از دیگر ویژگی‌های این گرافیک به حساب می‌آیند.

DSP: یادگیری ماشینی در هگزاگون جدید

پروسسور سیگنال دیجیتال یا DSP در اسپ‌دراگون 855 از نوع جدید Hexagon 690 با دو برابر پایپ‌لاین‌های برداری HVX بیشتر نسبت به Hexagon 680 و 685 بوده که به 20 درصد افزایش کارائی در این بلاک منجر می‌شود. یک نکته کاملا جدید در این DSP، معرفی یک واحد اختصاصی جدید شتاب‌دهنده تنسور یا " tensor accelerator" است که تا حدودی به آنچه در برخی پروسسورهای سایر رقبا تحت عنوان شبکه عصبی معرفی شده، شباهت دارد و با اینکه کوالکام آن را نسل چهارم موتور هوش مصنوعی خود می‌نامد اما در عمل می‌توان آن را نسل اول موتور یادگیری ماشینی این شرکت نامید.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

یکی از مشکلات همیشگی کوالکام در نسل‌های قبلی پروسسورهای این شرکت به ناتوانی DSP در تحلیل داده‌های کاری عادی DSP در کنار تسک‌های استنتاجی مرتبط با یادگیری ماشینی بوده است این موضوع در Snapdragon 855 برطرف شده و کوالکام تأیید کرده که واحدهای Tensor جدید می‌توانند به صورت همزمان و مستقل از واحدهای Vector عمل کنند و بدین‌ترتیب کارهای معمول و متداولی مثل تحلیل تصاویر به صورت موازی و همزمان با کارهای استنتاجی بدون اینکه در کار یکدیگر خللی ایجاد کنند قابل انجام است.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

در کنار واحدهای Tensor و Vector حالا یک ماژول هوش مصنوعی دستیار صوتی قرار دارد که برای تسریع عمل پردازش در دستیارهای هوش مصنوعی مشترک، نظیر Google و Baidu به کار می‌رود.

ISP: پروسسور جدید سیگنال تصویری در خدمت بینائی کامپیوتری تسریع‌شده

پردازنده سیگنال تصویری SD855 از Spectra 280 حاضر در SD845 حالا به Spectra 380 ارتقاء یافته که قدرت آن در حضور یک ISP سه هسته‌ای بینائی کامپیوتری (Computer Vision) افزایش پیدا کرده است. Computer Vision خانواده‌ای از الگوریتم‌ها برای تشخیص سوژه‌هاست که غالبا پیش از ظهور گسترده مبحث یادگیری ماشینی مورد استفاده قرار می‌گرفت از این رو حضور آن در این بخش در حالی‌که یادگیری ماشینی بخش مهمی از این پروسسور به حساب می‌آید اندکی عجیب به نظر می‌رسد.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

این موضوع البته از نگاه کوالکام چندان عجیب نیست چرا که بینائی کامپیوتری در مقایسه با ML یا یادگیری ماشینی به لحاظ محاسباتی بسیار سبک‌تر بوده و با تلفیق شدن با پروسسور سیگنال، به گفته شرکت سازنده در مواردی مثل دسته‌بندی و تقسیم‌بندی سوژه‌ها (classification and segmentation)، تشخیص عمق (تا 60 فریم در ثانیه)، دنبال کردن سوژه در واقعیت افزوده و تثبیت تصاویر (image stabilisation) تا 4 برابر در مصرف انرژی صرفه‌جوئی می‌کند. بدین‌ترتیب به جای استفاده دائمی از موتور هوش مصنوعی، از CV-ISP یا پروسسور سیگنال تصویری با بینائی کامپیوتری به دلیل مصرف کمتر انرژی برای کارهای اشاره شده در بالا استفاده می‌شود. کوالکام انتظار دارد که از این طریق بسیاری از ویژگی‌هائی که امروز از آنها در عکاسی استفاده می‌کنیم، در برداشت ویدئو نیز در دسترس باشد که از آن جمله می‌توان به محو کردن آنی پس‌زمینه (افکت بوکه) و حالت پرتره در یک ویدئوی 4K HDR با 60 فریم در ثانیه اشاره کرد. از این راه همچنین به گفته کوالکام میزان مصرف انرژی در هنگام برداشت ویدئوی 4K HDR در مقایسه با Snapdragon 845 تا 30 درصد کاهش پیدا می‌کند.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

به لطف ISP جدید، نسل تازه‌ای از فرمت‌های تصویری نیز توسط SD855 پشتیبانی می‌شود که در صدر آنها فایل‌های تصویری با کارائی بالا یا HEIF است که توسط گروه MPEG در سال 2013 ایجاد و در سال 2015 نهایی شد؛ پیش از این اپل استفاده از این فرمت را از iOS 11‌ به این سو آغاز کرده بود.

ارتباطات: طلوع آفتاب 5G

شرکت کوالکام نزدیک به یک سال پیش اولین مودم 5G خود با نام Snapdragon X50 را معرفی کرد که از سرعت 5Gbps پشتیبانی می‌نمود. این مودم اینک به صورت یک افزونه خارجی، امکان قرارگیری در کنار Snapdragon 855 را داشته و از هر دو فناوری موجود در این زمینه یعنی امواح میلی‌متری (با فرکانس بالاتر از 24 گیگاهرتز) و 5G NR زیر 6 گیگاهرتز پشتیبانی می‌کند. این مودم البته به صورت پیش‌فرض همراه با SD855 ارائه نشده و تنها در صورت اعلام نیاز شرکت‌های سازنده گوشی‌های هوشمند به لیست امکانات دستگاه افزوده می‌شود.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

مودم پیش‌فرض همراه SD855 از نوع Snapdragon X24 است که در فوریه سال جاری میلادی معرفی شد؛ این مودم با پشتیبانی از استاندارد LTE Cat 20 قادر به دستیابی به سرعت دانلود 2 گیگابیت بر ثانیه از طریق تجمیع 7 اپراتور شبکه و آرایه‌های آنتن 4x4 MIMO است و سرعت آپلود آن نیز برای اولیه بار با پشتیبانی از 256QAM به 300Mbps با تجمیع اپراتوری سه‌گانه می‌رسد.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

بخش اتصالات پر سرعت سیم‌کارتی، تنها گزینه‌های جدید در بخش ارتباطات بی‌سیم Snapdragon 855 نبوده و این چیپ‌ست علاوه بر پشتیبانی از آخرین نسل اتصالات معمول وای‌فای یعنی Wi-Fi 6 یا همان 802.11ax، حالا از طریق یک چیپ‌ست ترکیبی وای‌فای اکسترنال امکان ارائه سرویس در فناوری جدید Wi-Gig یا 802.11ay را نیز خواهد داشت.

Introducing Qualcomm Snapdragon 855 Mobile Platform

Snapdragon 855‌ در حال حاضر به صورت نمونه در اختیار سازندگان قرار گرفته و به گفته کوالکام از نیمه اول سال 2019 در محصولات تجاری به بازار عرضه می‌شود. 

منبع : Qualcomm

ایسام