Процессоры 7 нанометров для смартфонов и какие есть смартфоны
При выборе смартфона мы все чаще обращаем внимание на такой параметр, как техпроцесс процессора. В характеристиках смартфона производитель гордо указывает величины: 8 нм, 7 нм и даже 5 нм. Но что скрывается за этими цифрами?
Что такое техпроцесс?
Apple A14 Bionic – самый мощный мобильный процессор 2020 года. Скрин: YouTube-канал Apple Apple A14 Bionic – самый мощный мобильный процессор 2020 года. Скрин: YouTube-канал AppleТехнологический процесс представляет собой широкое понятие, для определения которого необходимо разобраться с термином транзистор.
Транзистором в электронике называют минимальный компонент, который пропускает или не пропускает электрический ток. В структуре процессора транзистор играет роль своеобразного переключателя для выполнения операций в двоичной системе расчета.
Мобильный чипсет состоит из нескольких миллионов таких транзисторов, отличающихся габаритами. Размер одного элемента принято измерять в нанометрах, но величина 5 нм или 7 нм является не площадью, а шириной его канала, через который проходит ток.
Поскольку ширина канала напрямую связана с его габаритами, понятия технологического процесса и размера транзистора с натяжкой можно назвать тождественными.
В пресс-релизах техпроцессом сегодня называют размер минимального компонента процессора (транзистора).
На что влияет техпроцесс?
Транзисторы в структуре ядра процессора. Скрин: YouTube-канал stupidmadworld Транзисторы в структуре ядра процессора. Скрин: YouTube-канал stupidmadworldОт техпроцесса или, как мы уже поняли, размера транзистора зависит то, сколько таких элементов удастся расположить на чипе. Ведь площадь однокристальной системы ограничена.
Значит ли это, что чем меньше технологический процесс, тем мощнее процессор? Не совсем. На мощность процессора влияет другая характеристика – тактовая частота. Чем выше частота, тем сильнее нагревается чипсет.
Температура процессора напрямую влияет на автономность смартфона. Частично проблема «горячего» чипа решается нанесением термопасты и графитовой пленки на однокристальную систему. Но более действенным вариантом становится увеличение расстояния между транзисторами. А оно возможно только в том случае, если транзисторы обладают минимальным размером.
Таким образом, техпроцесс влияет на продолжительность работы смартфона от одного заряда наряду с таким фактором, как емкость аккумулятора.
Какой техпроцесс лучше?
Ежегодно производители однокристальных систем стараются уменьшить техпроцесс, чтобы разместить на чипе больше транзисторов и увеличить расстояние между ними.
То есть, чем меньше размер транзистора (технологический процесс), тем лучше.
В зависимости от класса устройства рекомендуется выбирать модели, чей техпроцесс соответствует следующим показателям*:
- флагман – 5-7 нм;
- средний класс – 7-8 нм;
- бюджетник – 10-12 нм.
* – информация актуальна на 2021 год.
Сегодня на российском рынке только две компании могут похвастать актуальным 5-нм техпроцессом чипсета (Samsung и Apple). К сожалению,
современный показатель все еще не доступен для моделей среднего класса и уж тем более для бюджетников. Но недавно мы делали обзор недорогого смартфона Redmi Note 9T , в котором использован чипсет с размером транзистора 7 нм. Это отличный вариант для устройства за 15000₽.
Даже в современных печатных книгах сплошь и рядом встречается распространенное заблуждение, будто эти цифры означают размеры транзисторов, из которых состоит процессор.
В общем, пришло время разобраться с этим вопросом!
Сразу предупреждаю, что статья рассчитана на самый широкий круг читателей, то есть, при желании все сказанное смогут понять даже дети.
Но прежде, чем говорить о нанометрах и техпроцессе, нужно разобраться с транзистором. Без понимания этого устройства весь наш дальнейший разговор будет лишен смысла.
Что такое транзистор в процессоре смартфона? Как он работает и зачем вообще нужен?
Итак, для создания транзистора мы берем немножко песка (условно какую-то часть одной песчинки) и делаем из него микроскопическую основу:
Это будет наша кремниевая подложка (кремний получают именно из песка). Теперь нужно на эту основу нанести две области. Я думал, стоит ли погружаться в физику этого процесса и объяснять, как эти области делаются и что там происходит на уровне электронов, но решил не перегружать статью излишней информацией. Поэтому будем немножко абстрагироваться.
Мы сделали эти области внутри кремниевой подложки таким образом, чтобы ток не смог пройти от входа к выходу. Он будет останавливаться самим кремнием (показан зеленым цветом). Чтобы ток смог пройти от входа к выходу по поверхности кремниевой подложки, нужно сверху разместить проводящий материал (скажем, металл) и хорошенько его изолировать:
Для закрепления материала немножко поиграемся с этим транзистором.
Этого знания более, чем достаточно для того, чтобы ответить на все остальные вопросы, касательно нанометров и логики работы процессора.
О том, какие физические процессы стоят за таким нехитрым переключателем, то есть, что именно заставляет электроны проходить по кремнию, когда над ним появляется электрическое поле, я рассказывать не буду. Возможно, о легировании кремния фосфором и бором, p-n переходах и электрических полях мы поговорим как-нибудь в другой раз. А сейчас перейдем к основному вопросу.
Предположим, у нас есть современный смартфон, процессор которого выполнен по 7-нм техпроцессу. Что внутри такого процессора имеет размер 7 нанометров? Предлагаю вам выбрать правильный вариант ответа:
- Длина транзистора
- Ширина транзистора
- Расстояние между двумя транзисторами
- Длина затвора
- Ширина затвора
- Расстояние между затворами соседних транзисторов
Более того, уменьшая размер транзистора, автоматически снижается его энергопотребление (ток, проходящий через транзистор пропорционален отношению его ширины к длине). Также уменьшается размер затвора и его емкость, позволяя ему переключаться еще быстрее. В общем, одни плюсы!
Так вот, этот человек наблюдал за историей развития вычислительной техники и заметил, что количество транзисторов на кристалле удваивается примерно каждые 2 года. Соответственно, размеры транзисторов уменьшаются на корень из двух раз.
Другими словами, нужно умножать каждую сторону квадратного транзистора на 0.7, чтобы его площадь уменьшилась вдвое:
Повторюсь, до определенного момента эта цифра означала длину канала (или длину затвора), так как эти элементы уменьшались пропорционально размеру транзистора.
Но затем удалось сокращать длину затвора быстрее, чем другие части транзистора. С тех пор связывать размер затвора с техпроцессом стало не совсем корректно, так как это уже не отражало реального увеличения плотности размещения транзисторов на кристалле.
Например, в 250-нм техпроцессе длина затвора составляла 190 нанометров, но транзисторы не были упакованы настолько плотно по сравнению с предыдущим техпроцессом, чтобы называть его 190-нанометровым (по размеру затвора). Это не отражало бы реальную плотность.
Затем длина канала и вовсе перестала уменьшаться каждые два года, так как появилась новая проблема. При дальнейшем уменьшении длины канала, электроны могли обходить узкий затвор, так как блокирующий эффект был недостаточно сильным. Более того, такие утечки возникали постоянно, вызывая повышенное энергопотребление и нагрев транзистора (и, как следствие, всего процессора).
В общем, техпроцесс отвязали от длины затвора и взяли просто группу из нескольких транзисторов (так называемую ячейку) и площадь этой ячейки использовали для названия техпроцесса.
К примеру, в 100-нм техпроцессе ячейка из 6 транзисторов занимала, скажем, 100 000 нанометров (это условная цифра из головы). Компания упорно работала над уменьшением размеров транзисторов или увеличением плотности их размещения и через пару лет добилась того, что в новом процессоре эта же ячейка занимает уже 50 000 нм.
Не важно, уменьшился ли размер транзисторов или просто удалось упаковать их более плотно (за счет сокращения слоя металла и других ухищрений), можно смело говорить, что количество транзисторов на кристалле выросло в два раза. А значит мы умножаем предыдущий техпроцесс (100 нм) на 0.7 и получаем новенький процессор, выполненный по 70-нм техпроцессу.
Однако, когда мы дошли до 22-нанометрового техпроцесса, уменьшать длину затвора уже было нереально, так как электроны проходили бы сквозь этот затвор и транзисторы постоянно бы пропускали ток.
Теперь всё пространство, по которому идет ток, управляется затвором, так как полностью им окружено. А раньше, как мы видим, этот затвор находился сверху над каналом и создавал сравнительно слабый блокирующий эффект.
С новой технологией, получившей название FinFET, можно было продолжать уменьшать длину затвора и размещать еще больше транзисторов, так как они стали более узкими (сравните на картинке ширину канала). Но говорить о размерах транзистора стало вообще бессмысленно. Не совсем понятно даже, как эти размеры теперь высчитывать, когда транзистор из плоского превратился в трехмерный.
Другими словами, нанометровый техпроцесс не описывает размеры транзисторов. Сегодня это условная цифра, означающая плотность размещения транзисторов или увеличение количества транзисторов относительно предыдущего техпроцесса (что напрямую влияет на быстродействие процессора).
В любом случае, важно запомнить простое правило и пользоваться им при анализе характеристик смартфона:
Разница техпроцесса в 0.7 раз означает двукратное увеличение количества транзисторов
Продолжая аналогию, в 5-нм процессоре должно вмещаться в 2 раза больше транзисторов, чем в 7-нанометровом! Если вас не очень удивляет этот факт, обязательно почитайте на досуге мою заметку об экспоненциальном развитии технологий.
Несмотря на то, что из-за самой фразы «смартфон получил процессор MediaTek» многие пользователи сразу теряют интерес к устройству, в последнее время у тайваньского чипмейкера вышло несколько неплохих однокристальных систем. Например, 12-нанометровая Helio G90T, которая в конце лета 2019 года дебютировала в Redmi Note 8 Pro.
реклама
Новинка ориентирована на относительно доступные смартфоны. Если 7-нанометровый Snapdragon 765G можно увидеть в решениях стоимостью порядка 300 долларов, то Dimensity 820 дебютирует в Xiaomi Redmi 10X 5G, который на рынке появится с ценником 210 долларов за базовую модификацию памяти. Кроме того, новую однокристальную систему в будущем мы увидим в семействе Redmi Note 10, которое, по слухам, появится раньше ожидаемого.
Dimensity 820 объединяет восемь ядер, разделённых на два кластера по технологии big.LITTLE. Энергоэффективный блок представлен квартетом Cortex-A55 с частотой 2,0 ГГц. За сложные вычисления отвечают ядра Cortex-A76. Их частота составляет 2,6 ГГц. Отметим, что тайваньский производитель не захотел использовать трёхкластерную структуру, как это сделала компания Qualcomm в чипе Snapdragon 765G. Последний имеет шесть ядер Cortex-A55 с частотой 1,8 ГГц и по одному ядру Cortex-A76 с частотой 2,2 ГГц и 2,4 ГГц.
За обработку трёхмерной графики в Dimensity 820 отвечает 5-ядерный GPU Mali-G57. Чипсет также включает MediaTek APU 3.0 производительностью 2,4 TOPS, встроенный 5G-модем и процессор обработки изображений Imagiq 5.0 ISP. Новинка поддерживает Wi-Fi 6, оперативную память LPDDR4x и четырёхмодульные камеры с максимальным разрешением 80 Мп.
Для любителей мобильного гейминга компания подготовила технологию HyperEngine 2.0. Это программное решение, которое позволяет оптимизировать работу GPU, CPU и памяти для повышения качества изображения без ущерба для производительности смартфона. В девайсах на Dimensity 820 мы сможем увидеть экраны формата Full HD+ с частотой обновления до 120 Гц.
На вопрос, что является наиболее важным компонентом современного смартфона, практически кто угодно даст ответ: это мобильный процессор (или мобильный SoC). Цель этого обзора проста – дать представление об актуальных мобильных процессорах среднего уровня, доступных в настоящее время для смартфонов 2021 года.
Актуальные процессоры среднего сегмента от Qualcomm
Линейка мобильных процессоров Qualcomm среднего уровня в целом делится на две «серии». В то время как серия Snapdragon 7 предназначена для верхнего среднего сегмента, серия Snapdragon 6 ориентирована на покупателей, которые ищут более выгодные за свои деньги смартфоны стоимостью менее 300 долларов.
Давайте посмотрим на линейку мобильных процессоров Snapdragon 7-й и 6-й серий 2021 года.
Серия Snapdragon 7
Snapdragon 780G
По состоянию на май 2021 года Qualcomm Snapdragon 780G является самым мощным процессором 7-й серии от Qualcomm. Основанный на энергоэффективном техпроцессе 5 нм, Snapdragon 780G позиционируется как перспективный мобильный процессор с поддержкой 5G, а также как сетей mmWave, так и sub-6 ГГц.
780G имеет комплектующие почти флагманского уровня и оснащен четырьмя ядрами Arm Cortex-A78 (одно из которых имеет более высокую предельную частоту) и четырьмя энергоэффективными ядрами Cortex-A55. Что касается графики, Snapdragon 780G использует собственный графический процессор Qualcomm Adreno 642, который обеспечивает производительность, эквивалентную флагманам прошлых лет (например, Snapdragon 855).
Qualcomm Snapdragon 780G 5G является самым мощным мобильным процессором среднего уровня от Qualcomm
Поскольку это совершенно новый чипсет, большинство компаний еще не выпустили смартфоны на его основе – здесь можно указать только Xiaomi Mi 11 Lite.
Snapdragon 768G/765/765G
Троица представителей серии Snapdragon 76X располагается чуть ниже 780G, и все эти чипсеты были выпущены в 2020 году. Все они практически идентичны с точки зрения спецификаций и различаются только тактовой частотой основных и графических ядер. Snapdragon 765 – самый «медленный» из всех, в то время как 765G получил основной процессор и графическую подсистему с более высокой тактовой частотой. Самым новым является 768G, который представляет собой разогнанный вариант 765G.
Vivo X51 5G вышел на Qualcomm Snapdragon 765
Смартфоны на Qualcomm Snapdragon 765: Vivo X50 Pro, OnePlus Nord, LG Wing, Google Pixel 5, Motorola Moto Edge.
Snapdragon 750G
Анонсированный в сентябре 2020 года Snapdragon 750G входит в число новых чипсетов Qualcomm среднего уровня. Хотя Qualcomm позиционирует 750G ниже серии Snapdragon 76X, по большинству аспектов 750G предлагает большую производительность, чем более старая серия 765. Стоит ли лишний раз говорить, что Qualcomm нужно пересмотреть свою систему нейминга и не вводить людей в заблуждение?
Смартфоны на Qualcomm Snapdragon 750G: Motorola Moto G 5G, Xiaomi Mi 10T Lite (Mi 10i), Samsung Galaxy A42.
Серия Snapdragon 730 (730, 730G, 732G)
Смартфоны на Qualcomm Snapdragon 730-й серии: Motorola G40 Fusion, Motorola G60, Xiaomi Redmi Note 10 Pro, Poco X3.
Snapdragon 710, 712 и 720G
Realme 8 Pro с процессором Qualcomm Snapdragon 720G на борту
Смартфоны на Snapdragon 720G: Realme 8 Pro, Samsung Galaxy A52, Xiaomi Redmi Note 9 Pro.
Серия Snapdragon 600
По мере того, как мы продвигаемся вниз по списку, возрастает количество моделей, а их номера сбивают с толку. Поскольку мы говорим о чипсетах 2021 года, мы целенаправленно не включаем более старые чипы серии Snapdragon 6 и сосредотачиваемся на тех, которые сегодня наиболее широко используются в бюджетных смартфонах и устройствах среднего сегмента.
Snapdragon 690
OnePlus Nord N10 был одним из первых со Snapdragon 690 на борту
Смартфоны на Snapdragon 690: OnePlus Nord N10.
Snapdragon 675/ 670/678
Чипсеты Snapdragon 675 и 670 довольно старые (анонсированы в 2018 году), но мы включили их сюда, потому что они продолжают использоваться на относительно новых смартфонах. А вот Snapdragon 678 является довольно новым и был анонсирован в декабре 2020 года. Ожидается, что в 2021 году несколько бюджетных моделей будут оснащены этим чипом с 11-нм техпроцессом.
Смартфоны на Snapdragon 678: Xiaomi Redmi Note 10, Moto G Stylus 2021.
Snapdragon 662
Snapdragon 662, выпущенный в январе 2020 года, представляет собой модифицированную версию своего предшественника Snapdragon 660 2017 года. Его отличают ядра Kryo 260, графика Adreno 610 и 11-нм техпроцесс.
Poco M3 – хороший смартфон, к тому же на Snapdragon 662
Актуальные процессоры среднего сегмента от MediaTek
Линейка процессоров среднего уровня MediaTek такая же обширная (и запутанная), как и у Qualcomm. Однако недавно компания представила серию Dimensity, которая нацелена на верх среднего сегмента и на флагманы. Таким образом, в обозримом будущем можно ожидать, что все телефоны среднего уровня на базе процессоров MediaTek будут иметь чипы под брендом Dimensity.
За ними по производительности следуют чипсеты серий Helio P и Helio G. Линейка Helio G позиционируется как игровая и получает более производительную графическую подсистему. MediaTek нередко практикует доработку графического процессора в чипсете Helio P, после чего выпускает «новый» чипсет серии Helio G. Большинство смартфонов с чипами Helio G и Helio P теперь относятся к бюджетным устройствам, поэтому мы включили в этот список только новые SoC из линейки Dimensity для устройств среднего класса.
Давайте кратко рассмотрим некоторые из новейших чипсетов MediaTek, на которые стоит обратить внимание при покупке телефона в 2021 году.
Серия MediaTek Dimensity 1000
Серия MediaTek Dimensity 1000 начиналась как флагманская для компании в 2020 году. Однако через год, с появлением нового чипа Dimensity 1200, более старый Dimensity 1000 получил роль высокопроизводительного процессора среднего уровня.
Dimensity 1000 основан на 7-нм техпроцессе и имеет четыре «больших» ядра Cortex-A77 и четыре ядра Cortex-A55 с низким энергопотреблением. Другие представители семейства Dimensity 1000 – это более новый Dimensity 1100 и вышеупомянутый Dimensity 1200, который MediaTek продвигает как флагманский процессор.
Смартфоны на Dimensity 1000: Realme X7 Pro, Oppo Reno 5 Pro.
Серия MediaTek Dimensity 800
В настоящее время в линейку Dimensity 800 входят три чипсета, это Dimensity 800, Dimensity 800U и Dimensity 820. Они практически идентичны с точки зрения характеристик и имеют незначительные различия по тактовой частоте процессора и графики.
Все три чипа основаны на техпроцессе 7 нм, а также имеют поддержку 5G. Все три чипсета линейки Dimensity 800 будут неплохим выбором при покупке смартфона в 2021 году.
Realme X7 с Dimensity 800U на борту
Смартфоны на MediaTek Dimensity 800: Realme X7, Xiaomi Redmi Note 9T.
Серия MediaTek Dimensity 700
Чуть ниже в иерархии стоят чипы линейки Dimensity 700. Она довольно немногочисленна и состоит из Dimensity 700 и Dimensity 720. Опять же, характеристики этих SoC очень похожи, и не стоит ожидать разницы между ними с точки зрения производительности.
Оба чипсета основаны на 7-нм техпроцессе. Изюминкой линейки Dimensity 700 является то, что эти чипсеты используют мощные ядра Cortex A76, которые использовались во флагманских SoC прошлых лет.
Смартфоны на MediaTek Dimensity 700: Xiaomi Redmi Note 10 5G, Oppo A53s, Realme 8 5G.
Актуальные процессоры среднего сегмента от Samsung
Переходим к Samsung. Большинство чипсетов среднего уровня используются в собственных устройствах компании соответствующего сегмента. Однако встречаются чипсеты Exynos и в устройствах других производителей.
На сегодняшний день к среднему уровню чипсетов от Samsung, которые имеет смысл рассматривать, относятся Exynos 980, Exynos 1080 и Exynos 880. Samsung также продолжает использовать свои чипсеты более старой серии Exynos 9XXX в более доступных устройствах среднего сегмента.
Exynos 980
Смартфоны на Exynos 980: Samsung Galaxy A71 5G, Samsung Galaxy A51 5G, Vivo X30.
Exynos 1080
В настоящее время самым топовым чипсетом среднего уровня от Samsung, несомненно, является Exynos 1080. Он основан на 5-нм техпроцессе и имеет трехкластерный дизайн ядра процессора Cortex-A78 и графический процессор Mali-G78 MP10. Он поддерживает 5G в том числе миллиметрового диапазона, а также фотоматрицы, способные выдавать кадры с разрешением до 200 МП и максимальную частоту обновления экрана 144 Гц.
Смартфоны на Exynos 1080: Vivo X60.
Exynos 880
Смартфоны на Exynos 880: Vivo Y51s, Vivo Y70s
Серия Exynos 9 (9609/9610/9611)
Переходим к серии Exynos 9. Три чипа, входящих в эту линейку, широко использовались на смартфонах Samsung в 2019-2020 гг. Exynos 9611 – пожалуй, самый распространенный из всех, и он был основным в смартфонах серий Galaxy M и Galaxy A, анонсированных в эти годы.
Однако в последнее время они были заменены более новыми чипами компании. А вам стоит избегать покупки смартфона, который работает на Exynos 9611 (или его производных).
Смартфон Samsung Galaxy M30s вышел на Exynos 9611
Смартфоны на Exynos 9611: Samsung Galaxy M31, Samsung Galaxy A51, Samsung Galaxy M30s.
Вы могли заметить, что в список не были включены процессоры среднего уровня от Huawei под брендом Kirin. Это связано с тем, что подразделение Huawei по производству чипсетов пострадало от американских санкций. Маловероятно, что в этом году мы увидим смартфоны Huawei среднего уровня. Даже если китайская компания действительно выпустит такие смартфоны, они останутся неполноценными для большинства некитайских рынков без поддержки сервисов Google.
В любом случае устройства среднего класса – это те смартфоны, которые в конечном итоге покупает большинство пользователей, а стало быть, трудно переоценить значимость чипсетов среднего уровня в портфеле любой компании. Такие модели лишены лоска своих флагманских собратьев, но выделяются тем, что предлагают отличную функциональность по привлекательной цене. И будущее смартфонов среднего уровня выглядит весьма радужным в свете того, что мы увидим развитие соответствующих процессоров, которые будут становиться все более совершенными, быстрыми и многофункциональными.
Читайте также: