Procesor: Poznejte srdce smartphonů a tabletů (vědecké okénko)

Vítejte u dalšího dílu našeho Vědeckého okénka. Dnes se podrobněji podíváme na nezbytnou a často velice sledovanou součást všech smartphonů i tabletů, a to procesor – respektive to, co tímto pojmem myslíme.

Hned na úvod si musíme objasnit několik věcí. Procesor v telefonu již dlouho není pouze procesorem. A ačkoliv často používáme slovo procesor, většinou jím myslíme celý SoC (System – on – Chip), jako jsou Snapdragon 801, Tegra K1, Apple A8 či Exynos 7 Octa. Správně bychom tak měli používat slovo „čipset“, nicméně slovo procesor se již zažilo a není důvod to měnit.

Jedná se o komponentu, která v sobě sdružuje nejen již zmiňovaný procesor, ale i různé koprocesory, moduly nebo grafický akcelerátor. Za úspěchem celého čipu tedy nestojí pouze hrubý výkon, ale i podpora výrobce nebo konektivita. Jako příklad může posloužit Nvidia a její čipy řady Tegra, které přesto, že byly výkonem vždy na těch nejvyšších pozicích, shazovala právě ona konektivita, jež zabránila jejich většímu rozšíření. Proč? Nvidia do svých čipů neintegrovala 3G/4G modul (kromě Tegry 4i) a pro výrobce tak bylo nákladnější zařízení na tomto čipu postavit, pokud chtěl uživatelům tuto funkci nabídnout, jelikož musel sáhnout po externím řešení.

Pojďme se ale zaměřit na obsah dnešního článku. Tou je právě ta část, jež se opravdu nazývá procesorem. Spousta laiků si myslí, že vyšší takt či více jader znamená automaticky lepší procesor, ale my – mobilní nadšenci, víme, že tomu tak ve spoustě případů není a záleží i na spoustě jiných proměnných.

Celkově je dobré brát v potaz následující:

• instrukční sada
• architektura
• počet jader
• takt
• výrobní proces
• a další…

Všechny tyto aspekty mohou způsobit, že čip s nižším taktem a méně jádry bude výkonnější i úspornější než jiný výše taktovaný čip s více jádry. Je to jakýsi koktejl, ze kterého je potřeba vždy vybrat to opravdu podstatné.

Dnes budeme trochu opomíjet instrukční sadu, která je ve většině dnešních procesorů stejná, ARMv7. Místo toho si řekneme, co znamená výrobní proces, k čemu nám jsou jádra v procesoru a jaký přínos má 64-bitová architektura nebo i tolik sledovaný takt.

Začněme hned zmíněným taktem. Ten je udáván v hertzích (Hz), respektive s dnešními výkonnými procesory v gigahertzích (GHz), což je miliardkrát více (předpona giga – 1 000 000 000). Frekvence jako taková, je fyzikální veličinou, která nám říká, kolikrát se zopakuje nějaká akce (v případě procesoru se jedná o tzv. instrukce) za jistý časový úsek, přičemž jejich podílem nám vyjde frekvence (v hertzích).

Procesor si můžete představit jako silnici, respektive dálnici, kde jádra procesoru jsou silniční pruhy a auta různé procesy a úlohy. Takt si pak můžete představit jako maximální povolenou rychlost (kterou vám však, na rozdíl od skutečnosti, „auta“ v procesoru nepřekročí).

Dalším sledovaným parametrem je architektura procesoru, kdy byl hlavně minulý rok do jisté míry zlomovým. Apple totiž představil iPhone 5S s novým 64-bitovým čipem A7, čímž si prakticky zapsal prvenství v užití právě 64-bitové architektury. Konkurence totiž nabízela (a dosud nabízí) architekturu 32-bitovou. Vzhledem k tomu, že dnes se zabýváme především procesory postavenými na řešení od ARMu, máme na výběr hned čtyři stěžejní architektury.

Jedná se o Cortexy A-7 a A-15 a Cortexy A-53 a A-57, kde první dva zmíněné jsou doposud nejhojněji užívané a 32-bitové, druhé dvě zmíněné architektury jsou takzvanou „hudbou budoucnosti“. Jsou již 64-bitové a můžeme je považovat za jakési následníky předchozích dvou zmíněných. Cortexy A-7 a A-53 se řadí k těm úspornějším architekturám, tedy jejich energetická náročnost bude nižší než u výkonnějších A-15 a A-57, ale nemůžeme od nich čekat takový výkon.

Samotný rozdíl mezi 32-bitovou a 64-bitovou architekturou můžeme ilustrovat opětovným přirovnáním k silnicím, tentokráte za využití tunelů. Tunely bychom mohli rozdělit do dvou skupin, na vyšší (64-bitové) a nižší (32-bitové). Pakliže je tunel příliš nízký, vyšší auta (64-bitové instrukce) zkrátka neprojedou. Naopak to fungovat může (například zpětná kompatibilita u procesorů od Applu), nicméně je to „plýtvání místem“, jelikož 32-bitová instrukce nevyužije plný potenciál 64-bitové architektury (tzn. malá auta nevyužijí plnou výšku tunelu). Navíc jsme se letos dočkali i 64-bitového Androidu 5.0 Lollipop, v příštím roce se tak můžeme těšit na rozkvět této architektury.

Dalším parametrem, kterého si u procesoru můžete všimnout, je výrobní proces. Jedná se o číslo udávané v nanometrech (nm), které nám říká, jak velkou plochu zabere určitý počet tranzistorů. Logicky, čím nižší číslo je, tím lépe pro nás, jelikož procesor si tak řekne o méně energie, přičemž ale nabídne vyšší výkon (samozřejmě při srovnávání jinak identických procesorů). Výrobní proces bychom mohli přirovnat ke kvalitě povrchu vozovky, nejedná se však o úplně přesné přirovnání.

Na závěr si dovolím menší, rádoby filozofickou poznámku. Ideální procesor neexistuje, protože každý máme jiné preference a ne všechny čipsety nabízejí stejnou výbavu. Některé jsou výkonnější, jiné méně, některé jsou úspornější, jiné pak nabízí různé exkluzivity v podobě speciálně optimalizovaných aplikací a her, nebo třeba samostatné koprocesory pro zpracování hlasu či pohybu. A ono je to vlastně dobře, alespoň máme na výběr. Ale musíme si umět správně vybrat…