هرآنچه درباره پردازنده اسنپدراگون ۸۵۵ باید بدانید – دیجیتال مارک

اسنپدراگون ۸۵۵، پردازنده‌ی هفت نانومتری کوالکام برای گوشی‌های پرچم‌دار ۲۰۱۹، چه قابلیت‌ها و ویژگی‌هایی در بطن خود دارد؟

کوالکام نامی آشنا در صنعت موبایل است که پردازنده‌‌ها و تراشه‌هایش همه‌ساله به طیف گسترده‌ای از گوشی‌های هوشمند، از دستگاه‌های پایین‌رده گرفته تا پرچم‌داران هزار دلاری قدرت می‌بخشند. کوالکام اواخر سال گذشته‌ی میلادی، با پرده‌برداری از اسنپدراگون ۸۵۵ به‌عنوان نماینده‌ی این شرکت در بازار پردازنده‌های پرچم‌دار ۲۰۱۹، خود را برای رقابتی تنگاتنگ با بزرگانی همچون اپل، سامسونگ و هواوی آماده کرد.

اگرچه چندین ماه از زمان رونمایی اسنپدراگون ۸۵۵ می‌گذرد؛ اما با ورود دیرهنگام و البته غیررسمی محصولات مبتنی بر این پردازنده، نظیر شیائومی می ۹ و وان‌پلاس ۷ پرو به بازار کشورمان، تصمیم گرفتیم تا نگاهی عمیق به مشخصات و ویژگی‌های اسنپدراگون ۸۵۵ داشته باشیم. در ادامه دیجیتال مارک را همراهی کنید.

در قلب پردازنده‌ی اسنپدراگون ۸۵۵، هسته‌های پردازشی جدید آرم موسوم به Cortex-A76 نقش CPU‌ را ایفا می‌کنند. پیش‌تر در بررسی پی ۳۰ پرو مشاهده کردیم که کرین ۹۸۰ به‌عنوان نخستین پردازنده‌ی مجهز به هسته‌های Cortex-A76 در ترکیب با لیتوگرافی هفت نانومتری، عملکرد جالب‌توجهی را به نمایش می‌گذارد؛ بنابراین مایه‌ی تعجب نیست که وضعیت برای اسنپدراگون ۸۵۵ نیز چنین باشد.

راهکار کوالکام برای به‌کارگیری هسته‌های Cortex-A76 اندکی با رقیب چینی تفاوت دارد. اسنپدراگون ۸۵۵ در مجموع از ۴ هسته‌ی A76 بهره می‌برد که کوالکام آن‌ها را با نام Kryo 485 Gold معرفی می‌کند، این هسته‌ها درکنار ۴ هسته‌ی Cortex-A55 نقش پردازنده‌ی مرکزی اسنپدراگون ۸۵۵ را برعهده دارند؛ اما تفاوت‌های بین پردازنده‌ی کوالکام و کرین ۹۸۰ به فرکانس کاری هسته‌ها، نوع پیکربندی حافظه‌ی کش و تغییراتی در پارامترهای ریزمعماری بازمی‌گردد.

کوالکام برای نخستین‌بار و پس از گذر سه سال از زمان کسب مجوز «Built on Cortex Technology» (مجوزی که به شرکت‌های تراشه‌ساز امکان درخواست ایجاد تغییر در ریزمعماری آرم و به‌کارگیری نسخه‌ی سفارشی‌شده در محصولاتشان را می‌دهد)، با رونمایی از اسنپدراگون ۸۵۵، جزئیات مربوط‌به تغییرات اِعمال‌شده روی ریزمعاری ARM را نیز منتشر کرد. 

۴۵ درصد بهبود عملکرد CPU نسبت به گذشته

ظاهرا هسته‌های Cortex-A76 به‌کاررفته در اسنپدراگون ۸۵۵، پنجره‌ی «اجرای خارج از نوبت» بزرگ‌تری (الگوریتمی که به پردازنده اجازه می‌دهد تا دستورالعمل‌ها را براساس دسترسی‌پذیری داده‌ها و واحدها اجرا کند و بدین ترتیب از مدت غیرفعال‌بودن خود بکاهد) را در اختیار پردازنده قرار می‌دهند. به‌نظر می‌رسد که این پنجره‌ی بزرگ‌تر به‌لطف افزایش ابعاد بافر ROB (این بافر در الگوریتم اجرای خارج از نوبت، امکان تحویل ترتیبی دستورالعمل‌ها را فراهم می‌آورد) حاصل شده باشد. نسخه‌ی عادی هسته‌ی A76 از ۱۲۸ بافر دستورالعمل بهره می‌برد، در حالی‌که ابعاد بافر هسته‌های A76 سفارشی‌شده‌ی کوالکام، به‌مقدار نامعلومی افزایش یافته است. 

درکنار آنچه به‌نظر می‌رسد، افزایش بافر ROB‌ باشد، کوالکام اعلام کرد که واکش‌های داده (فراخوانی داده‌ها توسط پردازنده، پیش از آنکه مورد نیاز باشند) نیز برای بهره‌وری بهتر پردازنده، بهینه شده‌اند. در حال حاضر مشخص نیست که منظور کوالکام از واژه‌ی «بهره‌‌وری» به بهره‌وری انرژی بازمی‌گردد یا به بهره‌وری در چگونگی واکشی داده‌ها اشاره دارد. ضمنا هنوز از ماهیت تغییرات به‌وجودآمده، مانند تغییر تعداد مسیرهای واکشی داده یا تغییر نوع واکش‌ها اطلاعاتی در دست نیست.

در حالی‌که پردازنده‌ی کرین ۹۸۰ از طراحی ۲+۲، شامل دو هسته‌ی بهینه‌شده برای فرکانس‌های بالا و دو هسته‌ی بهینه‌شده برای بهره‌وری بالاتر برای هسته‌های A76 بهره می‌برد، مهندسان کوالکام برای اسنپدراگون ۸۵۵ طراحی ۳+۱ را در نظر گرفته‌اند. 

قدرتمندترین هسته‌ی پردازشی اسنپدراگون ۸۵۵ که کوالکام آن را Kryo 485 Gold Prime می‌نامد، با فرکانس ۲.۸۴ گیگاهرتزی کار می‌کند و ۵۱۲ کیلوبایت کش L2 در اختیار دارد. هرکدام از هسته‌های بزرگ دیگر با نام Kryo 485 Gold و فرکانس ۲.۴۲ گیگاهرتزی از ۲۵۶ کیلوبایت کش L2‌ بهره می‌برند. انتظار می‌رفت تا کوالکام با بهره‌گیری از طراحی کلاستر DynamIQ آرم، پشتیبانی از فرکانس‌ها و سطوح ولتاژ متفاوت را به پردازنده‌ی پرچم‌دار خود بیاورد؛ اما هسته‌ی Prime فاقد سطح ولتاژ اختصاصی است و با سه هسته‌ی بزرگ دیگر از یک سطح ولتاژ مشترک استفاده می‌‌کند. 

چینش ۴+۳+۱ هسته‌ها با هدف بهبود عملکرد تک‌هسته‌ای انتخاب شده است

در طیف گسترده‌ای از سناریوها، نظیر وب‌گردی، تنها یک ترد بزرگ‌ فعال است؛ بنابراین احتمالا ترکیب ۳+۱ نسبت به حالت ۲+۲، عملکرد و بهره‌وری بهتری را ارائه خواهد داد؛ اما از آنجا که هسته‌های بزرگ‌ اسنپدراگون ۸۵۵ از سطوح ولتاژ مجزایی بهره نمی‌برند، بدین ترتیب در عمل شاهد بهبودهای چشم‌گیری نخواهیم بود. در نتیجه، پردازنده‌ی هشت هسته‌ای اسنپدراگون ۸۵۵ به‌میزان زیادی از دستیابی به بهره‌وری انرژی پیش‌بینی‌شده بازمی‌ماند؛ چرا که هر دو گروه هسته‌های بزرگ (۳+۱) همواره بیش از نیاز خود ولتاژ دریافت خواهند کرد، حتی اگر یکی از دو گروه بتواند با ولتاژ بسیار کمتر نیز به فعالیت خود ادامه دهد.

براساس ادعای کوالکام، پردازنده‌ی اسنپدراگون ۸۵۵، تا ۴۵ درصد بهبود در عملکرد CPU را نسبت به اسنپدراگون ۸۴۵ ارائه می‌دهد؛ اما در کمال تعجب این شرکت هیچ‌گونه آماری را درباره‌ی میزان بهره‌وری انرژی پردازنده‌ی مرکزی اسنپدراگون ۸۵۵ به‌اشتراک نگذاشت. کوالکام مدعی است که پردازنده‌ی جدیدش در زمینه‌ی سرعت اجرای اپلیکیشن‌های روزمره نظیر جیمیل، فیسبوک، گوگل مپ یا توییتر نسبت به دو رقیب هفت نانومتری A12 اپل و کرین ۹۸۰ هواوی، عملکرد بسیار بهتری دارد.

حافظه‌ی کش اشتراکی کمتر؛ نقطه‌ضغف اسنپدراگون ۸۵۵ مقابل کرین ۹۸۰

هسته‌های کم‌مصرف Cortex-A55 با فرکانس ۱.۸ گیگاهرتز کار می‌کنند و هرکدام از آن‌ها از حافظه‌ی کش ۱۲۸ کیلوبایتی L2 بهره می‌برند. بدین ترتیب به‌نظر می‌رسد که اسنپدراگون ۸۵۵ از حیث هسته‌های کوچک، تفاوتی با اسنپدراگون ۸۴۵ ندارد و شرکت سازنده از لیتوگرافی هفت نانومتری پردازنده تنها برای بهبود بهره‌وری انرژی این هسته‌ها استفاده کرده است.

درحالی‌که رقیب چینی حافظه‌ی کش L3 اشتراکی ۴ مگابایتی را برای کرین ۹۸۰ تدارک دیده، کوالکام در کمال ناباوری، از این حیث تغییری نسبت به گذشته ایجاد نکرده است و اسنپدراگون ۸۵۵ از ۲ مگابایت حافظه‌ی کش اشتراکی سطح L3 بهره می‌برد.

براساس اعلام کوالکام، واحد پردازش گرافیکی به‌کاررفته در اسنپدراگون ۸۵۵، موسوم به آدرنو ۶۴۰، حدود ۲۰ درصد بهبود عملکرد را نسبت به نسل گذشته تجربه می‌کند. تراشه‌ساز آمریکای مدعی است که پردازنده‌ی جدیدش، ۵۰ درصد واحد محاسبه و منطق (ALU) بیش‌تری برای محاسبات FP32 و FP16 دارد.

کوالکام برای نمایش میزان بهینگی GPU در اسنپدراگون ۸۵۵، مقایسه‌ای بین عملکرد اسنپدراگون ۸۴۵ و ۸۵۵ حین اجرای بازی PUBG با نرخ ۴۰ فریم‌برثانیه ترتیب داد که براساس آن، شاهد ۲۸ درصد کاهش مصرف انرژی در کاربری‌های گرافیکی یکسان هستیم.

واحد پردازش آدرنو ۶۴۰ از بازی‌های HDR و مبتنی بر «رندرینگ فیزیکی» (راهکاری برای مدل‌سازی بهتر و واقع‌گرایانه‌تر نور در محتوای گرافیکی) پشتیبانی می‌کند. پایپ‌لاین‌های این پردازنده‌ی گرافیکی با عمق رنگ ۱۰ بیتی و فضای رنگی Rec ۲۰۲۰ سازگاری دارد.

۲۰ درصد بهبود عملکرد GPU‌ نسبت به گذشته

کوالکام در جریان رویداد معرفی اسنپدراگون ۸۵۵، اعلام کرد که توسعه‌دهندگان ازطریق موتورهای Unity و Unreal 4 می‌توانند موادی حقیقی را که توسط شرکت‌هایی همچون Quixels و Allegorithmic از داده‌های علمی ایجاد شده‌اند، در طراحی محیط‌های بازی و واقعیت افزوده به‌کار گیرند تا بدین ترتیب پارامترهایی همچون سختی سطوح، انعکاس صدا، نورپردازی و درک عمق به واقعیت نزدیک‌تر باشد.

به‌لطف ماژول آدرنو ۶۴۰، پردازنده‌ی قدرتمند کوالکام برای نخستین‌بار از فرمت‌های HDR10+ و دالبی‌ویژن نیز پشتیبانی خواهد کرد و دستگاه‌های مبتنی بر این پردازنده نیز امکان اجرای بازی‌ها با نرخ ۱۲۰ فریم‌برثانیه و پخش ویدیوهای ۳۶۰ درجه‌ی ۸K را خواهد داشت.

بلوک پردازنده‌ی سیگنال دیجیتال (DSP) به‌کاررفته در اسنپدراگون ۸۵۵ موسوم به هگزاگون ۶۹۰، علاوه‌بر آنکه بهبودهایی را نسبت به نسل گذشته تجربه می‌کند، ویژگی‌های جدیدی را نیز در بطن خود دارد. بلوک DSP جدید از ۴ پایپ‌لاین برداری ۱۰۲۴b بهره می‌برد که نسبت به هگزاگون ۶۸۰/۶۸۵ افزایش ۱۰۰ درصدی را نشان می‌دهد. از سوی دیگر، عملکرد پایپ‌لاین‌های اسکالر نیز ۲۰ درصد بهبود داشته است که احتمالا به تغییرات ریزمعماری یا افزایش فرکانس بازمی‌گردد.

شتاب‌دهنده‌ی تانسور + DSP = موتور هوش مصنوعی کوالکام

نکته‌ی جالب‌توجه درباره‌ی DSP جدید، اضافه‌شدن شتاب‌دهنده‌ی تنسور اختصاصی به آن است. این شتاب‌دهنده به نسخه‌ای ساده‌شده از یک واحد MAC (واحدی در پردازش سیگنال دیجیتال که حاصل‌ضرب دو عدد را محاسبه کرده و به یک انباشتگر اضافه می‌کند) در موتورهای شبکه‌ی عصبی شرکت‌های دیگر شباهت دارد و نخستین نسل از موتورهای استنتاج یادگیری ماشین کوالکام به‌حساب می‌آید، هرچند که تراشه‌ساز آمریکایی آن را چهارمین نسل از «موتور هوش مصنوعی» خود می‌داند (پیش‌تر این نام برای استنتاج یادگیری ماشین روی CPU، GPU و DSP‌ استفاده می‌شد). 

یکی از محدودیت‌هایی که کوالکام در معماری‌های پیشین با آن مواجه بود، به ناتوانی DSP در پردازش بارهای محاسباتی مرسوم خود درکنار محاسبات استنتاجی یادگیری ماشین بازمی‌گردد. اکنون شرکت سازنده تأیید می‌کند که در اسنپدراگون ۸۵۵، واحد تنسور جدید می‌تواند هم‌زمان با واحد‌های برداری و مستقل از آن‌ها فعال باشد. بدین ترتیب تسک‌های مربوط‌به پردازش تصویر به موازات تسک‌های استنتاجی انجام خواهند شد و پردازنده‌ی جدید کارایی بسیاری بهتری در پردازش‌های مربوط‌به یادگیری ماشین خواهد داشت.

درکنار واحد‌های برداری و تنسور، ماژول جدید Voice Assistant AI‌ مشاهده می‌شود که نقش آن شتاب‌دهی به پردازش‌های رایج هوش مصنوعی در دستیار‌های دیجیتال، همچون بایدو و گوگل اسیستنت خواهد بود.

اسنپدراگون ۸۵۵ نسخه‌ی ارتقا‌یافته‌ای از پردازنده‌ی سیگنال تصویر (ISP) اسپکترا ۳۸۰ را نیز در بطن خود دارد که به‌مدد واحد سه‌هسته‌ای Computer Vision، توان پردازشی آن بهبود یافته است. کوالکام ادعا می‌کند که این واحد می‌تواند تا ۴ برابر بیش از گذشته در وظایفی همچون دسته‌بندی و تفکیک سوژه، تشخیص عمق (با نرخ ۶۰ فریم‌برثانیه)، ردگیری حرکت در واقعیت افزوده و لرزش‌گیری تصویر، بهره‌وری انرژی داشته باشد. ضمن اینکه ضبط ویدیوهای ۴K HDR نیز نسبت به اسنپدراگون ۸۴۵، تا ۳۰ درصد مصرف انرژی کمتری خواهد داشت.

اسنپدراگون ۸۵۵ برای دستیابی به ۵G به مودم مجزا نیاز دارد

پردازنده‌ی اسنپدراگون ۸۵۵ در بطن خود مودم اسنپدراگون X24 را دارد که امکان برقراری اتصال LTE Cat.20 با سرعت دانلود بالغ بر ۲ گیگابیت‌برثانیه را فراهم می‌آورد. ارتقاء سرعت به‌مدد تجمیع ۷ برابری حامل‌های LTE با ۴×۴ MIMO و ۲۵۶QAM حاصل شده است. مودم جدید برای نخستین‌بار در زمینه‌ی آپلود نیز برای دستیابی به سرعت ۳۰۰ مگابیت‌برثانیه‌ای با تجمیع ۳ برابری حامل‌های LTE از ۲۵۶QAM پشتیبانی می‌کند.

متأسفانه اسنپدراگون ۸۵۵ به‌تنهایی از اینترنت نسل پنجم پشتیبانی نمی‌کند و برای دستیابی به ۵G به مودم اکسترنال اسنپدراگون X50 اتکا دارد. پردازنده‌ی جدید کوالکام در صورت ترکیب‌شدن با مودم X50 از هر دو فناوری mmWave و sub-6 GHz 5G NR پشتیبانی خواهد کرد. اسنپدراگون ۸۵۵ با یک چیسپت کمبوی وای‌فای اکسترنال با استاندارد‌ جدید Wi-Fi 6 و استاندارد ۶۰ گیگاهرتزی Wi-Gig 802.11ay سازگاری دارد.