تراشه‌ی Exynos 7420 متشکل از پردازنده‌ی 8 هسته‌ی و پردازنده‌ی گرافیکی Mali-T760 MP8 اولین تراشه‌ی 14 نانومتری مبتنی بر ARMv8 است. در ادامه به بررسی توان مصرفی و پردازش 64 بیتی اکسینوس 7420 می‌پردازم.

تبلیغات ۷۲۰ در ۹۰

جدول زیر امتیاز ثبت شده توسط هسته‌های 64 بیتی کوچک یعنی A53 را شامل می‌شود.

مقایسه اکسینوس 7420 و اکسینوس 5433 در بنچ‌مارک SPECint2000 
 

اکسینوس 5433

Cortex-A53

حالت 32 بیتی

اکسینوس 7420

Cortex-A53

حالت 32 بیتی

اکسینوس 7420

Cortex-A53

حالت 64 بیتی

برتری حالت 64 بیتی

اکسینوس 7420

164.gzip 396 432 496 15%
175.vpr 272 290 283 منفی 2%
176.gcc 597 674 2000 197%
181.mcf 291 300 248 منفی 17%
186.crafty 448 492 343 منفی 30%
197.parser 348 373 360 منفی 3%
252.eon 935 1092 1354 24%
253.perlbmk 529 588 3000 410%
254.gap 544 611 1506 146%
255.vortex 529 552 627 14%
256.bzip2 362 395 426 8%
300.twolf 284 306 297 منفی 3%

ممکن است پردازش 64 بیتی کندتر هم باشد!

گاهی پردازش 64 بیتی سریع‌تر نیست بلکه به خاطر بزرگ‌تر بودن بسته‌های داده، فشار بیشتری به کش آورده و در نهایت کندتر صورت می‌گیرد. در برخی پردازش‌های دیگر، حالت 64 بیتی 2 تا 4 برابر سریع‌تر از حالت 32 بیتی است چرا که از خرد شدن بسته‌های داده یا محاسبات جلوگیری می‌کند.

هسته‌های بزرگ A57 هم در حالت 32 و 64 بیتی عملکرد متفاوتی دارند. در جدول زیر عملکرد هسته‌های تایفون در تراشه‌ی A8 اپل نیز با هسته‌های Cortex-A57 اکسینوس 7420 مقایسه شده است:

مقایسه اکسینوس 7420 و اکسینوس 5433 در بنچ‌مارک SPECint2000 
 

 

اپل A8

Typhoon

اکسینوس 5433

Cortex-A57

حالت 32 بیتی

اکسینوس 7420

Cortex-A57

حالت 32 بیتی

اکسینوس 7420

Cortex-A57

حالت 64 بیتی

برتری حالت 64 بیتی

اکسینوس 7420

164.gzip 842 813 909 927 2%
175.vpr 1228 1120 1129 1014 منفی 10%
176.gcc 1810 1549 1617 2000 24%
181.mcf 1420 1192 1276 923 منفی 28%
186.crafty 2021 1149 1282 990 منفی 23%
197.parser 1129 841 904 895 منفی1%
252.eon 1933 2096 2280 2500 10%
253.perlbmk 1666 1258 1363 4000 193%
254.gap 1821 1466 1506 3437 128%
255.vortex 1716 1652 1596 1681 5%
256.bzip2 1234 1027 1102 1102 0%
300.twolf 1633 1260 1428 1875 31%

این بار برتری کمتر است چرا که عملکرد کش مثل عملکرد هسته‌ها بهبود پیدا نکرده و در واقع محدودیت بیشتری ایجاد می‌شود. نکته‌ی جالب این است که سامسونگ در گلکسی اس6 از مرورگر 32 بیتی استفاده کرده که شاید علت آن عملکرد ضعیف‌تر مرورگر 64 بیتی باشد.

تأخیر حافظه کش و رم

اکسینوس 7420 و S810 کوآلکام جزء اولین محصولاتی هستند که از رم LPDDR4 پشتیبانی می‌کنند. سرعت رم در گلکسی اس6 1555 مگاهرتز است. تأخیری در دسترسی به سطوح مختلف کش و در نهایت رم وجود دارد را در تصویر زیر بررسی کنید:

تأخیر در دسترسی به کش و رم در گلکسی اس6

تأخیر در دسترسی به کش و رم در گلکسی اس6

هسته‌های کوچک A53 در اکسینوس 5433 و اکسینوس 7420 تقریباً وضعیت مشابهی دارند ولیکن اگر اندازه‌ی بسته‌ها بیش از 256 کیلوبایت باشد و به حافظه‌ی اصلی برسیم، تأخیر هسته‌های اکسینوس 7420 حدود 206 نانوثانیه است حال آنکه در اکسینوس 5433 حدود 191 نانوثانیه تأخیر وجود داشت.

در مورد هسته‌های A57 وضعیت برعکس است و اکسینوس 7420 اندکی بهتر عمل کرده:

تأخیر در دسترسی به کش و رم در گلکسی اس6

تأخیر در دسترسی به کش و رم در گلکسی اس6

تأخیر کش L1 بسیار مهم‌تر از دیگر حافظه‌های سخت‌افزار است.

نکته‌ی جالب تأخیر کش L1 است که در اکسینوس 7420 به مراتب کمتر از اکسینوس 5433 و اکسینوس 5420 است. تفاوت چیزی در حد 76 درصد است و با توجه به قرابت کش L1 به هسته‌های پردازشی، اثر زیادی در سرعت پردازش دارد. تفاوت فرکانسی اکسینوس 7420 با تراشه‌های سابق فقط 10 درصد است، بنابراین سامسونگ به خوبی پهنای باند و دسترسی به کش را بهبود بخشیده تا به تأخیر 1.91 نانوثانیه‌ای دست پیدا کند.

پهنای باند کش سطح اول و دوم به ترتیب 89 و 46 درصد بیشتر شده است. در اجرای کدهای NEON که در اپلیکیشن‌های مالتی‌مدیا کاربرد زیادی دارند هم پهنای باند در حد 2.4 تا 3.1 برابر شده است!

توان مصرفی اکسینوس 7420 در کاربردهای مختلف

مهم‌ترین برتری لیتوگرافی 14 نانومتری نسبت به لیتوگرافی 20 نانومتری، افزایش قدرت پردازشی یا کاهش مساحت تراشه نیست، در حال حاضر گوشی‌ها باریک و بزرگ هستند و مسأله‌ی اصلی مقوله‌ی شارژ باتری و به موازات آن توان مصرفی نمایشگر، مودم LTE، وای-فای و پردازنده‌ی اصلی و گرافیکی است. تمام موارد باید بهینه شوند تا گوشی‌ها امروزی به وسایلی برای کارکرد طولانی‌مدت تبدیل شوند.

آناندتک در بررسی خود، از واژه‌ی توان مصرفی تحت بار استفاده کرده که به معنی تفاوت توان مصرفی حین اعمال مختلف با توان مصرفی حالت بی‌کار است. در حقیقت نمایشگر و بخش‌های مختلف چه در حالت بی‌کار و چه در زمان اجرای اپ‌ها و کارکردهای مختلف، مقداری توان الکتریکی نیاز دارند که تا حد بسیار زیادی مستقل از توان مصرفی تراشه‌ی مرکزی است. لذا تفاوت توان مصرفی حالت بی‌کار و تحت بار، همان چیزی است که اکسینوس 7420 نیاز دارد.

اما چرا تفاوت توان مصرفی حالت بی‌کار و تحت بار، همان توان مصرفی اکسینوس 7420 نیست؟

بخش‌هایی از سیستم روی چیپ اکسینوس 7420 چه در حالت بی‌کار و چه تحت بار، فعال باقی می‌مانند. بنابراین توان حالت فعال، توان مصرفی این بخش‌ها را شامل نمی‌شود. نمونه‌‎ی آن اتصالات مربوط به حافظه‌ی رم است. این اتصالات در حالت بی‌کار توان مصرفی پایین‌تری دارند که قطعاً صفر نیست.

برای شبیه‌سازی بار پردازشی سنگین، نوعی اپ ویروس‌مانند اجرا شده است. در دنیای واقعی سنگین‌ترین اپ‌ها و پردازش‌ها فقط 80 تا 90 درصد ظرفیت هسته‌ها را استفاده می‌کنند. دقت کنید که توان مصرفی با توان دوم فرکانس هسته‌ها و تقریباً توان دوم ولتاژ هسته‌ها متناسب است. بنابراین باید منتظر یک منحنی درجه‌ی دوم باشیم.

توان مصرفی هسته‌های کم‌مصرف Cortex-A53

نتیجه تا حد بسیار زیادی به رابطه‌ی درجه دومی که پیشنهاد شد، نزدیک است:

توان مصرفی هسته‌های Cortex-A53 در اکسینوس 7420 سامسونگ

توان مصرفی هسته‌های Cortex-A53 در اکسینوس 7420 سامسونگ

اکسینوس 7420 با ولتاژ برابر، به فرکانس و توان مصرفی بهتر می‌رسد.

حداکثر توان مصرفی هسته‌های کوچک در مجموع نزدیک به 1 وات است. البته اگر یکی از چهار هسته فعال باشد، توان مصرفی حدود یک سوم وات خواهد بود و نه یک چهارم وات. این رقم کمی بیشتر از عدد اندازه‌گیری شده در تراشه‌ی اکسینوس 5433 است که با توجه به سرعت بیشتر (200 مگاهرتز) منطقی است. بیشترین ولتاژ اندازه‌گیری شده در این دو تراشه به ترتیب 1150 و 1037 میلی‌ولت است و این یعنی لیتوگرافی 14 نانومتری با ولتاژ کمتر به سرعت‌های بالاتر دست پیدا می‌کند.

علت یک چهارم نبودن توان مصرفی حالت 1 هسته‌ای نسبت به 4 هسته‌ای این است که حین اجرای یک ترد پردازشی، فقط یک هسته فعالیت شدیدی دارد و برای استفاده از منابع اشتراکی، توان مصرفی اضافی نیاز دارد. وقتی همه‌ی هسته‌ها فعال شوند، نبرد برای تصاحب منابع کمتر اتفاق می‌افتد.

نمودار زیر نمایشی از متوسط توان مصرفی هسته‌ها در تراشه‌های 20 و 14 نانومتری 7420 و 5433 سامسونگ است، دقت کنید که متوسط توان مصرفی، اولین هسته‌ی فعال را شامل نمی‌شود بلکه توان مصرفی با دو هسته‌ی فعال را با حالت یک هسته‌ای مقایسه کرده، سه هسته با حالت دو هسته‌ای و چهار هسته‌ای را با حالت سه هسته‌ای مقایسه کرده و سه عدد به دست آمده را جمع می‌کند. در حقیقت توان مصرفی حالت چهار هسته‌ای منهای حالت یک هسته‌ای شده و بر سه تقسیم می‌گردد.

متوسط توان مصرفی هسته‌های Cortex-A53 در اکسینوس 7420 و اکسینوس 5433 سامسونگ در فرکانس‌های کاری مختلف

متوسط توان مصرفی هسته‌های Cortex-A53 در اکسینوس 7420 و اکسینوس 5433 سامسونگ در فرکانس‌های کاری مختلف

در فرکانس‌های مختلف توان مصرفی حدود 30 الی 40 درصد کمتر است.

جدول زیر حداقل توان مصرفی چند گوشی معروف در زمانی که روشنایی نمایشگر حداقل است (حدود 2 شمع بر متر مربع) را بیان می‌کند. مقایسه کنید:

توان مصرفی  در زمانی که روشنایی نمایشگر حداقل است
نام گوشی توان مصرفی (میلی‌وات)
Galaxy S5 باSnapdragon 801 258
Galaxy S5 LTE-A باSnapdragon 805 354
Galaxy S6 با Exynos 7420 358
Galaxy Note 4 با Exynos 5433 452
Meizu MX4Pro با Exynos 5430 530
Huawei P8 با Kirin 930 500

همان‌طور که شاهد هستید، هسته‌های اختصاصی کوآلکام یعنی کریت 400 و کریت 450 در تراشه‌های S801 و S805 از نظر حداقل توان مصرفی وضعیت بهتری دارند که البته ممکن است به دیگر بخش‌های سیستم روی چیپ هم مرتبط باشد ولیکن در نهایت پیشرفت اکسینوس 7420 نسبت به اکسینوس 5433 و اکسینوس 5430 بسیار خوب است.

دقت کنید که اگر روشنایی صفحه صفر باشد، توان مصرفی گلکسی اس5 بنابر ادعای ARM فقط 90 میلی‌وات خواهد شد که کاملاً منطقی است چرا که بخش کنترلر نمایشگر به کلی غیرفعال و خاموش می‌شود.

توان مصرفی هسته‌های پرمصرف و سریع Cortex-A57

رابطه‌ی درجه دوم بر قوت خویش باقی است اما هسته‌های A57 چیزی در حد 5.5 برابر پرمصرف‌تر هستند:

توان مصرفی هسته‌های Cortex-A57 در اکسینوس 7420 سامسونگ

توان مصرفی هسته‌های Cortex-A57 در اکسینوس 7420 سامسونگ

حداکثر توان مصرفی 4 هسته‌ی A57 در اکسینوس 7420 و اکسینوس 5433 به ترتیب 5.49 و 7.39 وات است. کاهش زیادی رخ داده و در عین سرعت هسته‌ها اندکی بیشتر شده است. ولتاژ لازم برای رسیدن به سرعت 1.9 و 2.1  گیگاهرتز در این دو تراشه به ترتیب 1.235 و 1.037 ولت است که خود گویای برتری کامل لیتوگرافی 14 نانومتری است.

توان مصرفی یکایک هسته‌ها را در نمودار زیر بررسی کنید، جالب است که با سرعت 2.1 گیگاهرتز هم توان مصرفی هر یک از هسته‌ها کمتر از هسته‌های پرمصرف اکسینوس 5433 است؛ کاهش توان مصرفی حدود 35 الی 45 درصد است:

متوسط توان مصرفی هسته‌های Cortex-A57 در اکسینوس 7420 و اکسینوس 5433 سامسونگ در فرکانس‌های کاری مختلف

متوسط توان مصرفی هسته‌های Cortex-A57 در اکسینوس 7420 و اکسینوس 5433 سامسونگ در فرکانس‌های کاری مختلف

 

توان مصرفی اکسینوس 7420 در کاربردهای مختلف

بنچ‌مارک PCMark به ما نشان می‌دهد که اکسینوس 7420 حین وب‌گردی، پخش ویدیو، نوشتن و مرور تصاویر چه قدر انرژی مصرف می‌کند. S801 و S805 هم با رنگ آبی و قرمز در برابر اکسینوس 7420 قرار می‌گیرند. مقایسه کنید:

توان مصرفی اکسینوس 7420 در کاربردهای مختلف

توان مصرفی اکسینوس 7420 در کاربردهای مختلف

و اگر بازدهی تراشه مدنظر باشد، نتیجه‌ی جالب زیر به دست می‌آید:

نسبت توان مصرفی به عملکرد اکسینوس 7420 در کاربردهای مختلف

نسبت توان مصرفی به عملکرد اکسینوس 7420 در کاربردهای مختلف

فقط پخش ویدیو است که احتمالاً به علت افزایش رزولوشن نمایشگر دچار مشکل شده و در سایر کاربردها، بازدهی به خوبی بهینه شده است.

در نظر بگیرید که نمایشگر AMOLED گلکسی اس6 هم بهینه‌تر از نسخه‌های قبلی گلکسی اس بوده و لذا منطقی است که سامسونگ باتری کوچک‌تری در این گوشی تعبیه کرده است.

برگرفته از: آناندتک