پردازنده گرافیکی موبایل؛ بررسی کامل و معرفی بهترین‌ها

دریافت تصاویر سه‌ بعدی و واقعی از یک نمایشگر کوچک دو بعدی، دنیای گوشی‌های هوشمند را خصوصاً برای گیمرها دگرگون کرده است. تراشه‌های گوشی روز به‌ روز قوی‌تر شده و همین شگفتی استفاده از آن‌ها را روز به‌ روز بیشتر می‌کند. گیمرها به‌ خوبی لذت تجربه بازی‌های سه‌ بعدی و سنگین با گوشی را می‌شناسند؛ اما قدرت پردازنده گرافیکی موبایل، فقط در خدمت کاربران گیمر نیست. هرچه برنامه‌های گرافیکی و تصاویر ویدئویی مورد نظر شما سنگین‌تر باشد، حضور یک GPU قدرتمند ضروری‌تر است. GPU گوشی، قبل از هر چیز یک کمک‌رسان حرفه‌ای برای CPU بود تا درماندگی پردازنده در اجرای تصاویر گرافیکی سنگین را از میان بردارد. اما حالا توان پردازنده‌های گرافیکی، گاهی حتی بیشتر از هسته‌های پردازشی CPU مورد توجه است. طبیعتاً قدرت پردازنده‌های گرافیکی، با قیمت گوشی در ارتباط مستقیم است و قوی‌ترین GPU های بازار، در اختیار پرچمدارها و گیمینگ‌فون‌های پرآوازه قرار گرفته‌اند. اما از بین انواع پردازنده گرافیکی موبایل، کدام‌یک با نیازهای شما سازگار است؟

گرافیک موبایل چیست؟

گرافیک را می‌توان فرایندی برای رسیدن به آثار بصری در نظر گرفت. با چنین تعریفی، مفهوم گرافیک موبایل به‌ سادگی در ذهن نمودار می‌شود؛ گرافیک موبایل در واقع چیزی است که تجربه بصری ما از گوشی‌های هوشمند را رقم می‌زند. چیزی که در این تعریف ممکن است غلط‌ انداز باشد، وظیفه پردازنده گرافیکی در گوشی‌هاست. نکته این‌جاست که اگرچه گرافیک گوشی عامل ایجاد تصویری است که نهایتاً به چشم ما می‌رسد، اما پردازنده گرافیکی موبایل، تنها عامل این ارتباط نیست. گوشی‌های هوشمند امروزی، داده‌های تصویری را به کمک چند پردازنده مختلف نمایش می‌دهند و GPU یا پردازنده‌ی گرافیکی موبایل، گزینه‌ای برای پردازش داده‌های نسبتاً پیچیده و سنگین است.

تراشه‌ی موبایل چیست و چه ارتباطی با پردازنده‌ گرافیکی دارد؟

تراشه یا چیپست موبایل در واقع بستری برای قرارگیری تمام پردازنده‌های گوشی است و با چیدمان مختلفی از این اجزا میزبانی می‌کند. این مجموعه نهایتاً با واژه SOC به معنی سیستم روی تراشه، معرفی می‌شود. نوع چینش و طراحی پردازنده‌ها در SOC بسته به شرکت سازنده قابل‌ تغییر است و در کنار ویژگی‌های اجزای مختلف (سرعت، ابعاد و ...) به نتایج متفاوتی ختم می‌شود. اندازه نهایی این تراشه در اغلب گوشی‌های حال حاضر (نه لزوما همیشه) می‌تواند بیانگر قدرت، سرعت و میزان مصرف انرژی پردازنده‌ها باشد. در واقع چیزی که به فرایند ساخت معروف است، اغلب به ابعاد تراشه‌ی اصلی و تعداد ترانزیستورهای سطح آن اشاره دارد. هرچه عدد فرایند کمتر باشد، احتمالاً ابعاد تراشه کوچک‌تر است و پردازنده‌ها برای قدرت بیشتر و مصرف کمتر، بهینه شده‌اند (مثلاً فرایند ساخت 5 نانومتری در برابر 7 نانومتری). 

پردازنده مرکزی (CPU) و پردازنده گرافیکی موبایل (GPU) را می‌توان اصلی‌ترین اعضای خانواده‌ی تراشه‌ها دانست. البته که در گوشی‌های پیشرفته، پردازش‌های مرتبط با هوش مصنوعی، مودم، پردازش سیگنال تصویر برای عملکرد دوربین و خیلی از وظایف دیگر موبایل، واحدهای پردازشی خاص خود را دارند. چیزی که تحت‌ عنوان گرافیک گوشی از آن یاد شد، بیشتر نتیجه‌ی همکاری CPU و GPU است. پردازنده گرافیکی برای پردازش داده‌های سنگینی مثل بازی‌های سه‌ بعدی وارد تراشه‌ها شد و امروز، تجربه‌های دیداری ما از گوشی هوشمند را دگرگون کرده است. اسنپدراگون شرکت کوالکام، A Bionic اپل، اگزینوس سامسونگ و Helio شرکت مدیاتک را به عنوان پرکاربردترین تراشه‌های روز بازار موبایل در خاطر داشته باشید.

GPU گوشی چیست و چه عملکردی دارد؟

واژه GPU که مختصراً از عبارت Graphics Processing Unit گرفته شده، همان پردازنده گرافیکی در موبایل را معرفی می‌کند. ورود و پیشرفت GPU در دنیای گوشی‌های هوشمند، قبل از هر چیز به خاطر سبک‌تر شدن وظایف CPU بود. اگر امروز تماشای محتوای سه‌ بعدی در نمایشگر گوشی برای ما عادی شده، از برکات وجود پردازنده گرافیکی است. پردازش سریع داده‌های سنگین گرافیکی فرضاً در یک بازی، توان CPU را به چالش کشید و حضور واحد نسبتاً جدیدتر GPU را ضروری کرد. نقش پردازنده گرافیکی موبایل را بیشتر در نمایش محتوای گرافیکی سنگین و بازی‌های سه‌ بعدی می‌بینیم و می‌دانیم که نرخ نوسازی بالا در نمایشگرهای قوی، زاده‌ی همین توان پردازنده‌های گرافیکی است.

پردازنده گرافیکی موبایل چگونه ایفای نقش می‌کند؟

پردازنده‌ها به کمک اجزایی تحت عنوان هسته‌های پردازشی، عمل می‌کنند و طبیعتاً فرق بین تعداد و سرعت این هسته‌ها در عملکرد نهایی تراشه، نقش مهمی دارد. تعداد هسته‌های پردازشی در CPU اغلب به بیشتر از 8 نمی‌رسد، اما هسته‌های فعال GPU متعددترند. این در حالی است که هسته‌های پردازشی در پردازنده گرافیکی موبایل، با قدرت نسبتاً کمتری همراهند. عملکرد همزمان و سریع این هسته‌های پردازشی در واقع عامل به تصویر در آمدن محتوای سنگین و پیچیده‌ گرافیکی در گوشی‌های هوشمند است. عملکرد توانمند GPU گوشی در این زمینه، باعث می‌شود پردازنده مرکزی بدون وارد شدن به حیطه پردازش گرافیکی، سایر فعالیت‌های گوشی را با قدرت بیشتر و انرژی کمتری پیش ببرد.

پردازنده گرافیکی موبایل، رندرینگ یا پردازش داده‌ها را به کمک اجزای کوچکی تحت عنوان Shader Units (واحدهای سایه‌زنی) پیش می‌برد. این واحدهای کوچک با انجام محاسبات هندسی و پردازش پیکسل‌ها، لایه‌ها و بافت‌های مختلفی ایجاد می‌کنند تا عمیق‌ترین و باورپذیرترین شکل از بازی‌های سه‌ بعدی یا هر محتوای گرافیکی سنگین دیگری را به تصویر بکشند. وقتی از این عملیات صحبت می‌کنیم، به پردازش میلیاردها پیکسل در ثانیه و تغییرات پی‌ در پی و سریع‌ سایه‌ها و رنگ‌ها اشاره داریم. تعداد عملیات در ثانیه، با یک ضریب مگاهرتز مشخص می‌شود؛ مثلاً پردازنده گرافیکی Mali-G78 MP14 در گوشی گلکسی S21 سامسونگ، با 24 هسته پردازشی، سرعت کلاک 760 مگاهرتزی دارد. مموری باس در پردازنده گرافیکی موبایل، میزان انتقال داده‌های گرافیکی بین حافظه و GPU را با ضریب بیت نشان می‌دهد؛ این عدد (برای مثال 64 بیت) نشانه‌هایی از سرعت نهایی پردازنده در خود دارد، اما به تنهایی نمی‌تواند نشانگر سرعت بالاتر یک GPU باشد.

انواع پردازنده گرافیکی موبایل

شرکت آرم (ARM) یکی از قطب‌های اصلی تولید GPU گوشی و در واقع صاحب‌ امتیاز پردازنده گرافیکی مطرح Mali است. در سمت دیگر، شرکت کوالکام هم با پردازنده‌های گرافیکی Adreno، سهم گسترده‌ای از بازار را در اختیار دارد. شرکت Imagination Technologies سال‌هاست پردازنده گرافیکی Power VR را تولید می‌کند. اپل که تا زمانی Power VR را برای ترکیب تراشه‌هایش انتخاب می‌کرد، مدت‌هاست که پردازنده گرافیکی اختصاصی خودش یا Apple GPU را پر و بال می‌دهد. اپل اگرچه مشخصاً پردازنده‌های گرافیکی قدرتمندی تولید کرده، اما اغلب در ارائه مشخصات دقیق و کامل آن‌ها، کمی ناخن‌ خشکی نشان می‌دهد. اما سامسونگ همچنان در ساخت تراشه‌های اختصاصیش (Exynos) به پردازنده‌های گرافیکی شرکت آرم یا کوالکام، متوسل می‌شود. برای آشنایی بهتر با انواع پردازنده گرافیکی موبایل، به بررسی بهترین‌های Mali ،Adreno و Power VR می‌پردازیم.

پردازنده گرافیکی Mali شرکت ARM

نام پردازنده‌های Mali را شاید بیشتر از هر برند دیگری در مشخصات گوشی‌های مختلف دیده باشید. پردازنده گرافیکی موبایل ساخت شرکت آرم، رده‌های قیمتی مختلفی را هدف قرار می‌دهد و در دل خیلی از پردازنده‌های سامسونگ و مدیاتک جا گرفته است. برای مثال گلکسی M12 به عنوان یک گوشی کاملاً اقتصادی از Mali-G52 بهره می‌گیرد و گلکسی S21 پرچمدار هم به پردازنده گرافیکی Mali-G78 MP14 شرکت آرم مجهز است. پردازنده اختصاصی Exynos 2100 سامسونگ با بهره گرفتن از این GPU توانست جایگاه درخوری برای S21 در بین پرچمدارهای سال گذشته فراهم کند. Mali-G78 MP14 با 14 هسته فعال، سرعت 760 مگاهرتزی دارد و می‌تواند در پردازش داده‌های گرافیکی سنگین، توانمند، پرسرعت باشد. از طرفی فرایند ساخت 5 نانومتری، نشان از بهره‌وری مصرف انرژی در این پردازنده دارد. 

پردازنده‌های Adreno از شرکت کوالکام

تراشه‌های اسنپدراگون شرکت کوالکام، درخشان‌ترین پردازنده‌های اندرویدی حال حاضر هستند و در پرقدرت‌ترین گیمینگ‌فون‌های بازار، حضور دارند. کوالکام در تولید پردازنده گرافیکی موبایل، رده‌های متفاوت قیمتی را در نظر می‌گیرد و مثل شرکت ARM، بازار هدف گسترده‌ای دارد. پردازنده Adreno 660 به عنوان یکی از قدرترین GPU های کوالکام در 2021 به گیمینگ‌فون توانمندی مثل ROG Phone 5 ایسوس راه پیدا کرد و در اسنپ‌دراگون 888 به‌ شدت درخشید. اما حالا پردازنده گرافیکی Adreno 730 (شیائومی 12) معرفی شده تا از هم‌خانواده‌ قویترش پیشی بگیرد. در مقایسه تخصصی وب‌سایت Gadgetversus، حدأکثر سرعت 970 مگاهرتزی Adreno 730، مقابل 840 مگاهرتز در Adreno 660 قرار گرفته؛ این امر به تنهایی می‌تواند گویای پیشرفت قابل‌ توجه نسل جدید پردازنده‌‌های Adreno باشد. علاوه بر این می‌دانیم که با توجه به فرایند ساخت 4 نانومتری، مصرف انرژی هم در Adreno 730 با بهبود بخشی همراه بوده است.

پردازنده گرافیکی Power VR

پردازنده گرافیکی Power VR ساخت شرکت Imagination Technologies، زمانی در قلب پرطرفدارترین گوشی‌های آیفون و سامسونگ جا داشت. اما اپل با تولید GPU اختصاصی، استفاده از Power VR در تراشه‌های A Bionic را کنار گذاشت و در Exynos سامسونگ هم، دیگر خبری از این پردازنده‌ها نیست. پردازنده گرافیکی Power VR امروز بیشتر در تراشه‌های مقرون‌ به‌ صرفه‌ی مدیاتک، دیده می‌شود. برای مثال گوشی گلکسی A03s سامسونگ در قالب یک محصول اقتصادی، با تراشه 12 نانومتری Mediatek Helio P35 MT676 از پردازنده گرافیکی PowerVR GE8320 میزبانی می‌کند. در همین رده‌های قیمتی، گلکسی M02s به اسنپدراگون 450 با فرایند 14 نانومتری و پردازنده گرافیکی Adreno 506 مجهز شده است. اگرچه سرعت 680 مگاهرتزی نسخه Power VR برای یک پردازنده گرافیکی موبایل در این رده‌های قیمتی کاملاً قابل قبول است، اما همچنان رقیب کوالکامی با 720 مگاهرتز، سرعت کلاک بالاتری دارد. امروز Power VR بین گوشی‌های اقتصادی و میان‌رده موتورولا، نوکیا و Oppo حضور نسبتاً فعال‌تری دارد.