چرا همیشه تراشه های کمپانی اپل سریع‌تر از تراشه های کوالکام هستند؟

بارها دیده شده که تراشه های کمپانی اپل در بنچمارک‌های مختلف سریع‌تر ظاهر شده و موفق شده‌اند تراشه های کوالکام را پشت سر بگذارند؛ اما دلیل این موضوع چیست؟

به طور معمول با رونمایی از هر آیفون، مدل جدید تراشه های کمپانی اپل نیز معرفی می‌شوند و امسال نیز شاهد همین موضوع بودیم؛ اپل ضمن معرفی آیفون 8، آیفون 8 پلاس و آیفون 10، از چیپست A11 Bionic نیز رونمایی کرد. به رسم هر سال، کاربران به مقایسه تراشه های کمپانی اپل با دیگر رقبا مثل کوالکام، سامسونگ و هواوی پرداخته‌اند تا با قدرت هر یک به خوبی آشنا شوند. امسال نیز شاهد انتشار بنچمارک‌های مختلف بودیم که در اکثر آن‌ها، این تراشه A11 بایونیک اپل بود که رقبا را با قدرت کنار زد.

البته برتری تراشه های کمپانی اپل نسبت به سایر رقبا چیز جدیدی نیست و این موضوع را بارها دیده‌ایم؛ اما دلیل اصلی این اتفاق چیست؟ چرا همیشه تراشه های کمپانی اپل می‌توانند به قدرت‌نمایی در مقابل رقبا بپردازند؟ آیا چیپست‌های اپل تا این حد قدرتمندند؟ خب، بگذارید این موضوع را به طور کامل برای‌تان شرح دهم.

اپل A11 Bionic

در طراحی تراشه های کمپانی اپل معمولا از معماری ARM شصت و چهار بیتی استفاده می‌‌شود. این موضوع بدان معنی است که تراشه‌ های کمپانی اپل دقیقا از همان معماری تراشه‌های کوالکام، سامسونگ، هواوی و دیگر شرکت‌ها بهره می‌برند. تنها تفاوتی که در اینجا وجود دارد، این است که اپل طی همکاری که با کمپانی Arm Holdings امضا کرده، مجوز دارد که تراشه‌هایش را با استفاده از معماری این شرکت، به طور اختصاصی تولید کند. نخستین پردازنده ۶۴ بیتی ARM اپل، پردازنده A7 در گوشی آیفون 5 اس بود. این پردازنده در داخل خود یک سی‌پی‌یو دو هسته‌ای با فرکانس ۱.۴ گیگاهرتز و یک پردازنده گرافیکی چهار هسته‌ای PowerVR G6430 داشت.

حال چهار سال از آن زمان می‌گذرد و مدل جدید تراشه های کمپانی اپل یعنی A11، به شدت تکامل یافته و ضمن استفاده از شش هسته با دارا بودن ویژگی HMP و یک پردازنده گرافیکی داخلی، بسیار قدرتمند به نظر می‌رسد.

دو هسته از شش هسته به کار رفته در پردازنده‌ی ای 11 اپل، هسته‌های رده‌بالا (با نام رمز Monsoon) هستند و بقیه، هسته بهره‌وری (با نام رمز Mistral) به حساب می‌آیند. برخلاف تراشه اپل A10، تراشه جدید می‌تواند از تمامی شش هسته‌اش به طور همزمان استفاده کند.

اپل گفته است که دو هسته رده‌بالای به کار رفته در A11 حدود ۲۵ درصد و چهار هسته بهره‌وری نیز تا حد ۷۰ درصد سریع‌تر از هسته‌های رده‌بالا و بهره‌وری تراشه A10 هستند. جدیدترین مدل تراشه های کمپانی اپل توسط TSMC ساخته شده، از فناوری ۱۰ نانومتری بهره می‌برد و در داخلش خودش ۴.۳ میلیارد ترانزیستور دارد. این تراشه از لحاظ اندازه، ۳۰ درصد کوچک‌تر از A10 است.

بر اساس بررسی‌هایی که ما بر روی گوشی آیفون 8 پلاس انجام دادیم، این اسمارت فون موفق شد در بخش تست تک‌هسته‌ای گیگ‌بنچ امتیاز ۴۲۶۰ و در بخش تست چند‌هسته‌ای، امتیار ۱۰۲۲۱ را کسب کند.

اعداد یاد شده در جدول بالا به چه معنا هستند؟ خب، بهتر است ایتدا به طور دقیق تراشه‌های A10 ،A11 و اسنپدراگون 835 را با هم مقایسه کنیم:

همانطور که می‌بینید، تراشه‌های A11 و اسنپدراگون 835 از یک نوع فناوری پردازشی استفاده می‌کنند با این تفاوت که چیپست اپل شش هسته‌ای، و چیپست کوالکام هشت هسته‌ای است. با وجود شباهت‌های بسیار بین این دو تراشه، امتیار گیگ‌بنچ A11 در حالت تک‌هسته‌ای، تقریبا دو برابر اسنپدراگون 835 است.

اما چرا؟

بر روی کاغذ، مدل جدید تراشه های کمپانی اپل یعنی A11 Bionic در حالت چند هسته‌ای، ۵۰ درصد سریع‌تر از اسنپدراگون 835 است. نکته مهمی که باید بدانید این است که گیگ‌بنچ تنها امتیازات مربوط به سی‌پی‌یو را ثبت می‌کند و هیچ کاری به GPU و دیگر اجزا مثل DSP ،ISP و حتی بخش‌های مربوط به فناوری واقعیت افزوده -که روز به روز استفاده از آن بیشتر می‌شود- ندارد. اما در کل، وقتی در مورد سرعت پردازنده مرکزی صحبت می‌کنیم، تراشه A11 بایونیک حرف اول و آخر را می‌زند!

هضم این موضوع برای کاربران اندرویدی ممکن است کمی سخت باشد. دلیل این موضوع چیست؟ پیش ار هر چیز باید کمی به عقب برگردیم.

بازگشت به گذشته

اپل اولین بار در سال ۲۰۱۳ بود که با معرفی تراشه ۶۴ بیتی A7 زنگ خطر را برای کوالکام -که فکر می‌کرد رقیب قدرتمندی ندارد- به صدا درآورد. تا آن زمان، دو کمپانی اپل و کوالکام از تراشه‌های ۳۲ بیتی ARMv7 در گوشی‌های موبایل استفاده می‌کردند. کوالکام موفق شده بود سال‌ها با تراشه اسنپدراگون 830 حکمرانی کند و اپل را پشت سر بگذارد؛ این تراشه از یک هسته داخلی Krait 400 با پردازنده گرافیکی آدرنو 330 استفاده می‌کرد و تقریبا هیچ رقیبی نداشت. کوالکام خیالش از همه بابت راحت بود و می‌دانست تراشه‌هایش در بازار حرف اول را می‌زنند.

اما همه چیز ناگهان با معرفی یک تراشه ۶۴ بیتی ARMv8 CP توسط اپل تغییر کرد. کوالکام در آن زمان هیچ چیزی برای رونمایی نداشت و قافیه را به اپل باخته بود. همان موقع یکی از مدیران اجرایی کوالکام، اپل را مورد انتقاد قرار داد و گفت که تراشه A7 فقط «یک ترفند ساده بازاریابی» بوده است و تراشه ۶۴ بیتی حرفی برای گفتن ندارد. اما مدتی نگذشت که کوالکام هم وارد عرصه ساخت تراشه‌های ۶۴ بیتی شد.

در آوریل سال ۲۰۱۴، کوالکام تراشه اسنپدراگون 810 را با چهار هسته Cortex-A57 و چهار هسته Cortex-A53 عرضه کرد. در همان سال اپل از پردازنده A8 به عنوان نسل دوم پردازنده‌های ۶۴ بیتی پرده‌برداری کرد. اپل بازار پردازنده‌های ۶۴ بیتی  را در دست گرفت و کوالکام تا سال ۲۰۱۵ هیچ پردازنده ۶۴ بیتی نداشت؛ تا این‌که در ماه مارس همین سال، پردازنده اسنپدراگون 820 توسط کوالکام معرفی شد.

وقتی در مورد قدرت خام CPU صحبت می‌کنیم، تراشه‌های اپل حرف اول و آخر را می‌زنند!

در ماه سپتامبر ۲۰۱۵ کمپانی اپل گوشی آیفون 6 اس را با تراشه قدرتمند A9 عرضه کرد؛ همین موقع بود که کوالکام فهمید دو نسل از اپل جا مانده است. داستان کوالکام و اپل طی این دو، سه سالِ پر تلاطم، ما را یاد داستان مشهور مسابقه لاک‌پشت و خرگوش می‌اندازد!

پردازنده جدید کوالکام در سال ۲۰۱۶ با بهره‌گیری از معماری ARM و هسته Kryo 280 معرفی شد. حال ما در سال ۲۰۱۷ هستیم و پرچمدار تراشه‌های کوالکام چیزی نیست جز اسنپدراگون 835؛ تراشه‌ای که با داشتن هشت هسته Kryo 280 آمده بود تا همه رقبا را کنار بزند. کوالکام، اسنپدراگون 835 را در زمستان معرفی کرد، یعنی چند ماه پس از معرفی گوشی آیفون 7 (با پردازنده A10) توسط اپل.

نوبت به تراشه A11، نسل چهارم تراشه‌های ۶۴ بیتی اپل رسید. کوالکام هنوز رقیب جدی برای تراشه جدید اپل معرفی نکرده است، اما تجربه ثابت کرده که معمولا در پایان سال میلادی، این کمپانی از تراشه‌های جدید رونمایی می‌کند.

هسته تراشه های کمپانی اپل چه تفاوتی با بقیه دارد؟

چندین نکته کلیدی در مورد تراشه‌های اپل وجود دارد که همه باید آن را بدانند. اول این‌که اپل در عرصه ساخت تراشه‌های ۶۴ بیتی ARM شروعی قدرتمند داشت و کسی نمی‌تواند این موضوع را کتمان کند. گرچه خود ARM در اکتبر ۲۰۱۲ از تراشه Cortex-A57 رونمایی کرد، اما به هیچ شرکتی اجازه‌ی استفاده از آن تا سال ۲۰۱۴ را نداد. این در حالی است که اپل موفق شده بود در سال ۲۰۱۳ از چنین فناوری بهره برد و خود را از رقبا جدا سازد.

مورد دوم این‌که، معرفی نسخه جدید تراشه‌ های کمپانی اپل به طور مستقیم به معرفی گوشی‌های جدید ارتباط دارد، یعنی با معرفی هر اسمارت فون جدید، تراشه‌ای جدید نیز معرفی می‌شود. طراحی یک سی‌پی‌یو رده‌بالا برای یک گوشی موبایل کار سختی است. این کار نه تنها برای اپل، بلکه برای ARM، کوالکام و تمامی شرکت‌های دیگر نیز کار مشکلی به حساب می‌آید و به همین دلیل، پروسه انجام دادن آن نیز طولانی می‌شود. Cortex-A57 در اکتبر سال ۲۰۱۲ رونمایی شد اما همانطور که گفتیم، تا آوریل ۲۰۱۴ در هیج اسمارت فونی دیده نشد؛ دو سال زمان بسیار زیادی است.

سوم، سی‌پی‌یو‌های اپل محصولات «بزرگی» هستند و در صنعت اسمارت فون‌ها، بزرگ یعنی گران‌قیمت. طبق گزارش منتشر شده در سال ۲۰۱۶، اندازه هسته‌های Hurricane موجود در تراشه A10 تقریبا دو برابر محصولات هم‌رده است. حتی هسته‌های Zephyr نیز (که کوچک‌تر از Hurricane هستند) نسبت به همتایان خود اندازه بسیار بزرگ‌تری دارند. موضوع مهم این است که اپل، گوشی‌های هوشمند را می‌فروشد، نه تراشه‌ها را. این موضوع به کوپرتینویی‌ها اجازه می‌دهد هر طوری که دوست دارند تراشه‌‌شان را بسازند و حسابی برای آن هزینه کنند و پول مصرف شده را با بالا بردن قیمت نهایی گوشی‌ها، دوباره به دست بیاورند.

ARM و کوالکام، دو کمپانی هستند که برخلاف اپل، در صنعت فروش تراشه‌های موبایل فعال‌اند. ARM هسته‌های موجود در تراشه‌های کوالکام (و دیگر شرکت‌ها مثل مدیاتک) را طراحی می‌کند و کار کوالکام، ساخت خود تراشه‌ها است. کوالکام نهایتا باید تراشه‌‌هایش را به کمپانی‌هایی نظیر سامسونگ، سونی، ال جی و… بفروشد. هم ARM و هم کوالکام دوست دارند سود زیادی از این همکاری ببرند و از طرفی کوالکام نمی‌خواهد مشتریانش را از دست بدهد؛ نتیجه آن می‌شود که این کمپانی به خودش اجازه استفاده از قطعات گران‌قیمت را نمی‌دهد، چون می‌داند با این کار، گوشی‌سازان دیگر محصولاتش را نخواهند خرید.

اپل می‌تواند پول زیادی را صرف تراشه‌هایش کند و با بالا بردن قیمت نهایی آیفون‌ها، هزینه صرف شده را جبران کند؛ اما کوالکام نمی‌تواند چنین کاری انجام دهد

مورد چهارم این است که سی‌پی‌یوهای اپل دارای کش زیادی هستند. اپل به راحتی می‌تواند تراشه‌هایش را از سیلیکون بسازد و همانطور که گفتیم، هزینه صرف را در قیمت نهایی آیفون‌هایش جبران کند. درست مثل مورد سوم، کوالکام دستش در این زمینه بسته است.

قبل از Cortex-A75، هیچ یک از پردازنده‌‌های Cortex دارای کش L3 نبودند، اما جالب است بدانید که اپل از زمان تراشه A7، از این کش استفاده می‌کند. تراشه‌های A7 و A8 اپل دارای یک مگابایت کش L2 و چهار مگابایت کش L3 و دو پردازنده A9 و A10، سه مگابایت کش L2 و چهار مگابایت کش L3 داشتند.

طبق اطلاعات منتشر شده از سوی گیگ‌بنچ، پردازنده A11 اپل حتی یک کش L3 هم ندارد و به جای آن از هشت کش L2 بهره می‌برد. این در حالی است که پردازنده Cortex-A75 دارای چهار مگابایت L2 و چهار مگابایت L3 است. این‌که هر تراشه چقدر کش داشته باشد، به خود سازنده‌ها بستگی دارد.

جمع‌بندی

هیچ کس نمی‌تواند منکر این موضوع شود که کمپانی اپل دارای یک تیم طراح سی‌پی‌یو در کلاس جهانی است و توانسته طی چند سال اخیر، بهترین تراشه‌های صنعت اسمارت فون‌ها را تولید کند. اپل برای موفق شدن، کاری اسرار آمیز انجام نداده است و هیچ سحر و جادویی در کار نیست! این اتفاق، نتیجه‌ی حضور مهندسین نخبه، بررسی دقیق رقبا و هوشمندانه‌عمل‌کردن است.

از نظر من کوالکام، سامسونگ یا هواوی هیچ‌گاه نخواهند توانست با ساخت تراشه‌ای جدید، چیپست A11 اپل را از لحاظ قدرت خام سی‌پی‌یو شکست دهند؛ مگر این‌که یکی از اتفاقات زیر رخ دهد:

اپل در ساخت تراشه‌هایش دچار اشتباه شده و قافیه را به رقبا ببازد (که تقریبا غیر ممکن است).

یکی از شرکت‌های سازنده چیپست‌ها، دل به دریا بزند و یک پردازنده بسیار قدرتمند و گران‌قیمت با کش بالا بسازد.