آشنایی با تراشه‌های گرافیکی و رده‌بندی آن‌ها

سه شنبه، 28 بهمن 1399 زمان مطالعه 9 دقیقه

از آنجایی‌که GPU، تجربه بصری کاربری را تحت‌تاثیر قرار می‌دهد، بنابراین بر سرعت تبلت و گوشی‌هوشمند اثر می‌گذارد.

نقش تراشه گرافیکی

بهتر است در ابتدا، مجددا نقش تراشه های گرافیکی یا همان GPU را یادآوری نماییم؛ تراشه گرافیکی یا GPU، به خاطر آنکه به SOC گره خورده، در لیست مشخصات از اهمیت کم تری برخوردار است. بنابراین، اگر تولیدکننده ای از سیستم روی تراشه (SOC) اسنپ دراگون 810 کوالکام استفاده نماید، تراشه گرافیکی آدرنو 430 بخشی از آن خواهد بود.

از آنجایی که GPU، تجربه بصری کاربری را تحت تاثیر قرار می دهد، بنابراین بر سرعت تبلت و گوشی هوشمند اثر می گذارد. به خصوص اگر رابط کاربری آن با انیمیشن و دیگر جلوه های بصری آمیخته شده باشد. با این حال، دستگاه های ارزان قیمت، میان رده و گران قیمت با تراشه گرافیکی همراه می شوند که برای اجرای رابط کاربری آن ها مناسب باشد.

تراشه های گرافیکی، در کدام قسمت قرار دارند؟

همان طور که ابتدا یادآوری شد، هسته های پرداشی تنها بخشی از سیستم روی یک تراشه (SOC) هستند که پایه و اساس تمام گوشی های مدرن است. همراه با هسته های پردازشی که الان گفته شد و ساب سیستم های دیگر در SOC، شما می توانید 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 مین برد گوشی های هوشمند استفاده می شود؛ تراشه گرافیکی نیز، برروی همین SOC قرارگرفته است. پیداکردن فیزیکی این تراشه با نگاه ‍کردن به داخل موبایل، تقریبا غیرممکن است. البته در رایانه های خانگی و یا لپ تاپ، این موضوع کاملا متفاوت است و سازندگان برای جاسازی تراشه گرافیکی (که در کامپیوتر، آن را به اسم کارت گرافیک می شناسیم) و پردازنده در مین برد اصلی کیس، از 2 چیپ مجزا بهره گرفته اند؛ به این صورت که پردازنده به مادربورد متصل شده است و کارت گرافیک، به مین برد مجزایی که خود به مادربرد متصل است، اتصال یافته. این دو مولفه حیاتی در کامپیوتر، از لحاظ “فیزیکی” کاملا دور از هم قرارگرفته اند.

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

البته دلایلی وجود دارد که نزدیکی تراشه گرافیکی (GPU) و پردازنده را در سیستم روی تراشه یا همان (SOC) توجیه می کند؛ اول از همه، حتما می دانید که گوشی های هوشمند و تبلت ها فضای داخلی چندانی برای جاسازی قطعات سخت افزاری خود، در اختیار ندارند. به همین خاطر، اجزای مهم سخت افزاری به گونه ای کنار یک دیگر به صورت فشرده قرار گرفته اند که باعث می شود مین برد گوشی، کوچک باشد تا سازنده برای جاسازی باتری دستگاه، فضای بیشتری در اختیار داشته باشد.

به عنوان دلیل دوم، باید گفت که فشرده سازی قطعات سخت افزاری در گوشی های هوشمند و تبلت ها، گرمای خروجی از دستگاه را کاهش می دهد و ممکن است باعث شود تا مصرف باتری از طریق ادغام آن ها برروی یک چیپ اصلی که همان SOC است، کاهش بیابد. هم چنین، تولید یک تراشه به جای دو تراشه، باعث صرفه جویی در هزینه های تولیدی برای سازندگان می شود.

بررسی دقیق تر نقش تراشه های گرافیکی در اسمارت فون و تبلت ها

استفاده از تراشه گرافیکی (GPU) در گوشی های هوشمند به چند عامل وابسته است؛ ساختار سیستم روی تراشه (SOC) و هم چنین، سیستم عامل مورد استفاده در دستگاه. برای اولی، اگر SOC دارای تراشه اختصاصی برای رمزگشایی محتوای چندرسانه ای نباشد، تراشه گرافیکی مجبور است به فیلم هایی باکیفیت بالا رسیدگی نماید. به علاوه، گاهی برخی وظایف به تراشه گرافیکی (GPU) محول می شود تا از فشار برروی پردازنده کاسته شود.

هنگامی که بحث به سیستم عامل می رسد، همه چیز بسیار پیچیده به نظر می رسد؛ اولین و مهم ترین استفاده GPU، برای رندرکردن بازی ها و برنامه های سه بعدی است. باید گفت، هسته های پردازشی Cortex به گونه ای طراحی نشده اند که مسئولیت انجام چنین وظایفی را به عهده بگیرند و در تمامی سیستم عامل ها، تراشه های گرافیکی برای رندرکردن محتوای گرافیکی نسبت به هسته های پردازشی CPU، موثرتر است.

پردازنده یا همان CPU، برای محاسبات و پردازش های خاص کمک خواهد کرد؛ این، درحالی است که رندرکردن محتوای سه بعدی برروی صفحه نمایش (به خصوص برای بازی ها) و محتوای گرافیکی، به GPU یا همان تراشه گرافیکی سپرده می شود.

اغلب هسته های پردازشی گرافیکی، محتوای 2 بعدی را در شرایط خاص رندر می کنند؛ چیزهایی مانند انیمیشن های رابط کاربری و زوم کردن در تصاویر، می توانند مثال های خوبی برای آن باشند.

** بازی کردن آسفالت برروی گلکسی نوت بدون تراشه گرافیکی، بسیار دشوار خواهد بود!

انیمیشن ها و رابط کاربری ویندوزفون بسیار سنگین است و مدل های قدیمی گوشی هایی که به این سیستم عامل مجهز شده اند، از یک SOC نسبتا ضعیف استفاده می کنند که اگر وظیفه پردازش و رندرکردن آن ها را تنها به CPU محول نماییم، حس تجربه روان از این سیستم عامل تقریبا غیرممکن می شود. بدین ترتیب، تراشه گرافیکی یا همان GPU نقش موثرتری در رندرکردن رابط کاربری اصلی و دیگر انیمیشن های سنگین به کاررفته در ویندوز فون دارد که به کاربران، تجربه بسیار روان و نرمی را از کار با ویندوزفون ارایه می دهد.

سیستم عامل اندروید نیز، یک داستان دیگر است؛ باتوجه به این که گوشی های ارزان قیمت، تراشه های گرافیکی چندان قدرتمندی ندارند، بنابراین، پردازش و به سرانجام رساندن رندر تمام محتوای 2 بعدی سیستم عامل اندروید، تقریبا غیرممکن است. از این رو، گوگل تصمیم گرفت تا پردازش رابط کاربری و رندر محتوای چندرسانه ای را برعهده CPU قرار دهد. بدین ترتیب، لگ های گاه و بی گاه در رابط کاربری اندروید، متولد شد!

این مشکل، درنهایت در اندروید 4.0 اصلاح شد؛ زیرا SOCهای مدرن امروزی از تراشه گرافیکی بسیارقدرتمندی برخورددار هستند. البته، به دلیل ناتوانی پردازش رابط کاربری و محتوای آن توسط گوشی های قدیمی، عملا امکان ارایه نسخه های جدید این سیستم عامل برای تمام گوشی ها وجود ندارد. نباید از یاد برد که CPUهای قدرت مند امروزی، می توانند از عهده رندرکردن رابط کاربری و انیمیشن های سیستم عامل اندروید بربیایند اما در نگاه کلی، تراشه گرافیکی یا همان GPU کارآمدتر است.

همان طور که شما ممکن است حدس زده باشید، سیستم عامل iOS برروی آی فون و تبلت های آی پد بسیار نرم و روان اجرا می شود زیرا این سیستم عامل به گونه ای طراحی شده است که اکثر محتوا و المان های رابط کاربری را توسط تراشه گرافیکی، پردازش می کند. محدودیت های سخت افزاری که اپل با آن مواجه است، باعث شده تا یکپارچه سازی بهتری بین سیستم عامل و آنچه که سخت افزار نامیده می شود، شکل بگیرد. بنابراین، مشکلات کم تری در استفاده از تراشه گرافیکی برای پردازش رابط کاربری و محتوای چندبعدی آن به وجود می آید.

بررسی انواع تراشه های گرافیکی

1) کوالکام آدرنو

واحدهای پردازشی گرافیکی آدرنو، به طور اختصاصی در چیپ ست های کوالکام استفاده می شود. این تراشه ها، پیش تر با نام Imageon توسط ATI تولید می شد و پس از خرید امتیاز آن ها توسط کوالکام از ATI، به “آدرنو” تغییر نام پیدا کرد.

سری قدیمی آدرنو **1 در چیپ ست های کوالکام 7xxx مورد استفاده قرار گرفت؛ در حالی که امروزه در چیپ ست های جدیدتر اسنپ دراگون کوالکام از تراشه های گرافیکی **2،**3 و **4 استفاده می شود. در رنج اخیر تراشه های پردازشی گرافیکی کوالکام، نام چند مدل دیده می شود؛ آدرنو 420 (در اسنپ دراگون 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 تبلت های آمازون Kindle HDX، ال جی جی 3 و جی 2، اکسپریا زد 3 کامپکت، اچ تی سی وان M8، اکسپریا زد 3، زد 2 و زد 1 سونی دیده می شود؛ در نهایت، آدرنو 320 نیز که با تراشه های سری کوالکام S4 پرو و پرایم همراه است، از ویژگی های نظیر “معماری سایه زنی 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 بهره مند است.

شما ممکن است متوجه شده باشید که هرچه شماره تراشه گرافیکی آدرنو کوالکام بیشتر باشد، به معنای قوی تر بودن آن است. کوالکام نیز مدعی است که هر تراشه گرافیکی یا همان GPU نسبت به نسل متوالی قبل خود، دو برابر سریع تر خواهد بود؛ این بدین معنی است که آدرنو 220 در حدود 4 برابر نسبت به آدرنو 200 سریع تر است. در ادامه به لیست آخرین تراشه های 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 تراشه های گرافیکی گوشی های هوشمند، Imagination Technologies است که سری تراشه های گرافیکی PowerVR را می سازد. تابه حال، مدل های زیادی از تراشه های گرافیکی PowerVR ساخته شده است اگرچه، دستگاه های فعلی از سری تراشه های مربوط به PowerVR SGX 5 یا 5XT استفاده می کنند.

تراشه های گرافیکی PowerVR توسط دیگر سازنده های SOC مجوز دریافت کرده اند و بنابراین، می توانند به راحتی در تعداد بسیار زیادی گوشی و تبلت به کار گرفته شوند. چیپ ست های TI OMAP به طور ویژه از تراشه های گرافیکی PowerVR استفاده می کنند. هم چنین، شما می توانید آن ها را در برخی چیپ ست های قدیمی تر اگزینوس سامسونگ و تراشه های A4 و A5 اپل مشاهده نمایید. به علاوه، گاهی اوقات، این تراشه های گرافیکی در برخی نوت بوک های ارزان قیمت تر به همراه پردازنده های X86 اینتل به چشم می خورد!

3) ARM Mali

تراشه های گرافیکی Mali در دستگاه های زیادی نظیر گلکسی S2 با سیستم روی تراشه Exynos 4210، گلکسی نوت و گلکسی تب 7.7 استفاده می شود. مالکیت تراشه های گرافیکی Mali برعهده ی ARM است. بنابراین، این تراشه ها باید برای هسته های پردازشی Cortex که در SOC اگزینوس سامسونگ استفاده می شود، شریک مناسبی باشد.