Почему мой телефон работает медленнее, чем компьютер? Объяснение скорости смартфона и настольного компьютера

Смартфон в вашем кармане мощный. Он мощнее, чем большое количество ныне не функционирующих суперкомпьютеров, а также некоторых современных. Еще один легко доступный факт: «ваш мобильный телефон обладает большей мощностью компьютера, чем все НАСА в 1969 году, когда два астронавта отправились на Луну».

Но современные микропроцессоры смартфонов все еще отстают от мощных процессоров, доступных на вашем ноутбуке или настольном компьютере. Но разве это не та же технология? Давайте посмотрим на разницу между процессором вашего смартфона и настольного компьютера.

Смартфонный процессор против настольного процессора

Цифры похожи, имена тоже. Процессоры бывают двух классов: мобильные и настольные.

Мобильные микропроцессоры используют во многом ту же терминологию, что и их настольные аналоги, но они разные. Более того, тег «мобильный» вводит в заблуждение, поскольку охватывает такой широкий спектр устройств; смартфоны, ноутбуки, устройства Интернета вещей (IoT) и многое другое.

Различные производители обслуживают рынки мобильных и настольных компьютеров, с дальнейшей фрагментацией в зависимости от типа оборудования. Например, крупные игроки на рынке процессоров для настольных ПК, Intel и AMD, не имеют особого права голоса на рынке микропроцессоров для смартфонов. Оба производителя продали свои подразделения смартфонов, отказавшись от конкуренции с Qualcomm, Apple, Samsung и другими гигантами по производству мобильных чипов.

Ходят слухи о чипе смартфона AMD для устройств 5G, но на момент написания статьи это все еще слухи. Давным-давно чипы Intel Atom работали на нескольких моделях Asus Zenfone. Однако, в отличие от AMD, у Intel нет никаких планов по развитию рынка смартфонов 5G.

Различия между процессорами для мобильных и настольных ПК

Между процессорами для смартфонов и настольных ПК есть несколько ключевых отличий. Они сосредоточены на:

• Архитектура ЦП
• Архитектура набора команд
• Мощность и тепло

Давайте рассмотрим эти различия процессоров более подробно.

1. Архитектура ЦП: система на кристалле

Когда мы говорим о процессоре для настольных ПК, мы неизменно имеем в виду именно это конкретное оборудование. Настольный процессор – это мозг компьютера . Когда мы говорим о процессоре смартфона, термин «процессор» более точно относится к архитектуре системы на кристалле (SoC). Итак, чем они отличаются?

Итак, SoC – это один чип, который может различаться по размеру, в нем размещается центральный процессор, графический процессор (графический процессор, другой отдельный компонент ПК), различные радиомодули, датчики, уровни безопасности и функции устройства. Производители объединяют все эти функции в один чип .

На следующем изображении показаны возможности SoC Exynos 990 Samsung Galaxy S20.

Это большой удар, требующий большой мощности. Теперь представьте, что все эти компоненты представляют собой отдельные аппаратные компоненты на рабочем столе, и мы можем перейти к следующему разделу.

2. Архитектура набора команд: ARM против X86

Второй аспект архитектуры ЦП, который следует учитывать, – это общая конструкция ЦП. Intel лицензирует свой процессор x86 для AMD и VIA Technologies. AMD хорошо известны; Вы когда-нибудь слышали о VIA?

Тем не менее, дизайн Intel доминирует на рынке процессоров для настольных ПК. Процессоры x86 разработаны для обеспечения вычислительной мощности высокого уровня, способной выполнять миллионы инструкций. А поскольку ваш настольный компьютер получает питание непосредственно от розетки, процессор может выйти из строя, что приведет к более мощным машинам (а также к большему нагреву!).

Смартфоны разные. ARM разрабатывает и лицензирует большинство процессоров для смартфонов таким производителям, как Qualcomm, Apple и т. Д. Но ключевое различие заключается в том, что микропроцессор ARM-смартфона способствует как производительности, так и времени автономной работы, а не мощности процессора настольного компьютера. Вот почему.

• Процессоры ARM SoC используют так называемые вычисления с сокращенным набором команд (RISC). Наборы команд RISC меньше по размеру, требуют меньше энергии для обработки и быстро завершаются, высвобождая системные ресурсы или позволяя устройству «бездействовать» для экономии заряда батареи.
• Процессоры Intel x86 используют так называемые вычисления с комплексным набором команд (CISC). Наборы инструкций CISC намного сложнее, они складывают вместе строки, содержащие несколько инструкций.

Кроме того, все современные процессоры используют так называемый микрокод.

Микрокод – это тип внутреннего кода ЦП, который сообщает ЦП, какие действия выполнять, разбивая операции на мелкие инструкции. Но микрокод также работает по-другому на процессорах RISC. Поскольку инструкции RISC уже сравнительно малы, их разбиение на более мелкие операции микрокода происходит быстрее.

3. Электроэнергия и тепло

Маркетинг ЦП советует нам смотреть на количество ядер и тактовую частоту процессора. Но значения процессора смартфонов различаются по двум причинам: во-первых, они не коррелируют с измерениями процессора настольного компьютера, а, во-вторых, из-за этого несколько вводят в заблуждение. Числовые значения не иллюстрируют другую важную сторону процессоров смартфонов: выработку энергии по сравнению с тепловыделением.

Когда процессор работает, он выделяет тепло – много тепла. Процессор настольного компьютера отводит тепло с помощью вентилятора или радиатора; Процессор вашего смартфона не имеет такой роскоши. Кроме того, процессоры смартфонов упакованы в ограниченное пространство, иногда в вашем горячем кармане, рядом с вашей горячей ногой, в жаркий день … становится очень жарко.

Производители процессоров для смартфонов знают об этом и поэтому ограничивают общую скорость, с которой может работать процессор. ЦП настольного компьютера может рекламировать постоянную скорость работы, тогда как ЦП смартфона, вероятно, рекламирует свою теоретическую максимальную мощность.

Возьмите этот пример. Средний процессор Intel i7 выделяет около 65 Вт тепла; Процессор SoC на базе ARM производит всего около 3 Вт – примерно в 22 раза меньше, чем чип Intel. Честно говоря, мы сравниваем виноград с арбузом. Последние чипы Intel Atom (разработанные для мобильных устройств и смартфонов), как и следовало ожидать, имеют гораздо лучший отвод тепла.

Итак, теоретически ARM могла бы разработать процессоры SoC для смартфонов, которые значительно увеличили бы тактовую частоту, но ваш смартфон и его батарея будут критически перегреваться и умереть. И хорошие люди в ARM этого действительно не хотят.

Рабочий стол

В некоторых случаях смартфоны заменяют настольные компьютеры и ноутбуки . Последние телефоны легко работают в многозадачном режиме, одновременно выполняя несколько приложений. Кроме того, широкий спектр приложений, доступных на Android и iOS, означает, что найти приложения, эквивалентные настольному компьютеру, очень просто. Многие из ваших любимых настольных приложений также имеют мобильные эквиваленты, например Microsoft Word.

А еще есть интегрированные системы стыковки. Continuum был представлен Microsoft с выпуском Windows 10, позволяя подключать смартфон к экрану. Точно так же док-станция Samsung DeX подключается к экрану и отображает дисплей вашего смартфона.

В обоих случаях вы можете в некоторой степени полагаться на свой смартфон как на концентратор производительности. Однако те, кто использует ресурсоемкое программное обеспечение, по-прежнему будут полагаться на более мощные настольные решения. Если это звучит интересно, есть куча оборудования для замены настольного компьютера , которое тоже может вам помочь.

Смогут ли процессоры смартфонов когда-нибудь соответствовать процессорам настольных ПК?

В некоторых случаях это уже происходит. Процессоры для смартфонов последнего поколения, такие как Qualcomm 865+, представленный на IFA 2020 , работают на мощном восьмиядерном процессоре с максимальной скоростью обработки 2,4 ГГц. Последний процессор Exynos 1000 от Samsung также будет иметь восьмиъядерный дизайн с вычислительной мощностью до 2,73 ГГц.

Проблема в том, что процессор смартфона сталкивается с другими ограничениями по сравнению с процессором настольного компьютера. Отсутствие энергопотребления и вышеупомянутая проблема распределения мощности по сравнению с тепловыделением означает, что процессор смартфона всегда будет страдать по сравнению с процессором настольного компьютера.

Главное помнить, что у процессоров смартфонов и настольных ПК разные ожидания и разные цели. Точное сопоставление их друг с другом не всегда полезно из-за огромных различий в использовании, а также постоянно меняющегося рынка смартфонов.