مطمئنا کوالکام و اپل رو میشه دو نمونه از شرکتای برتر در بخش ساخت پردازندهای موبایل دونست. چیپستای کوالکام در خیلی از موبایلای مطرح بازار مشاهده می شن و سخت افزار اپل هم در قلب همه آیفونا و آیپدا جای گرفته.

البته این وسط نباید از کنار نام سامسونگ با سری اگزینوس و هوآوی با اجناس خونواده کایرین هم خیلی راحت گذشت، اما فعلاً می خوایم به دو شرکت اپل و کوالکام بپردازیم و جدیدترین و قویترین سیستم-روی-چیپ (SoC) اونا یعنی اسنپدراگون ۸۲۱ و A10 Fusion رو مقایسه کنیم و ببینیم کدوم یکی بهتره.

snapdragon-821-vs-a10-fusion

در همین اول کار این سؤال پیش میاد که «بهتر» معنیش چیه؟ بالاترین توانایی پردازشی؟ بیشترین بهره وری انرژی؟ قوی ترین پردازشگر گرافیکی؟ بهترین مودم رابطه بیسیم؟ شک نداشته باشینً SoCها رو از نظر همه موارد فوق میشه با همدیگه مقایسه کرد، و شاید جواب به سؤال فوق کمی سلیقه ای باشه. به هر حال اول به مقایسه مستقیم جزئیات سخت افزاری این دو محصول می پردازیم.

مشخصات سخت افزاری

در اول باید اقرار کنیم که نه کوالکام و نه اپل، هیچکدام در مورد جزئیات چیپست هاشون اطلاعات دقیقی ارائه نمی دن و واسه اطلاع از بخشای جور واجور این سخت افزار باید هر تیکه رو از یه گوشه اینترنت جمع آوری کرد. البته کوالکام در این مورد کمی سخاوتمندتر از اپله.

جدول زیر مشخصات پایه این دو چیپ مجتمع رو با همدیگه مطابقت میده:

sd821vsa10fusion-1

همونجوریکه می بینین هم اسنپدراگون ۸۲۱ و هم A10 فیوژن از پردازندهایی چهار هسته ای بهره مند هستن که سیستم چند-پردازشی ناهمگن (HMP) رو به کار می گیرن. در SoCهایی مثل این، تموم هسته ها مثل همدیگه نیستن.

در هر دو چیپ مجتمع فوق تماشاگر دو هسته پر قدرت و دو هسته کم مصرف هستیم. این سیستم به وسیله شرکت ARM و براساس معماری big.LITTLE واسه موبایل عمومیت یافت. همونجوریکه میدونید شرکت آرم یکی از پیشگامان این بخش بوده و نقش اساسی در کد منبع پروژه های جور واجور از جمله کرنل لینوکس رو رو دوش داره.

اسنپدراگون ۸۲۱ اولین سیستم HMP کوالکام حساب می شه که از هسته های Kryo بهره میگیره، اما اونا قبلاً از HMP در مدلای ۸۱۰ استفاده کردن که مجهز به چهار هسته Cortex-A57 و چهار هسته Cortex-A53 بود.

گفتنیست کوالکام هنوز از سیستم بیگ-لیتل آرم واسه دیگه چیپستا از جمله اسنپدراگون ۶۵۲ هم استفاده می کنه، محصولی که از چهار هسته Cortex-A72 و چهار هسته Cortex-A53 برخورداره.

arm-big-little

با اینکه A10 چهارمین نسل چیپستای ۶۴ بیتی اپل و موافق با معماری ARMه، اما اولین باریست که اهالی کوپرتینو پردازنده ای چهار هسته ای رو استفاده کردن، ضمن اینکه واسه اولین بار سیستم HMP رو در SoC تعبیه کردن.

یکی از تفاوتای قطعی بین اسنپدراگون ۸۲۱ و A10 فیوژن اینست که محصول کوالکام میتونه به صورت همزمان از هر چهار هسته پردازشی استفاده کنه، اما ۱۰ فقط می تونه بین دو کلاستر سوئیچ کنه، یعنی یا از خوشه پرقدرت بهره گیرد، یا به خوشه کم مصرف اکتفا کنه، وضعیتی که در نمونه های اولیه معماری بیگ-لیتل در سال ۲۰۱۳ وجود داشت.

در کنار پردازنده اصلی، GPU یا همون پردازشگر گرافیکی هم از جمله اجزای اصلی SoC هستش. هر دو شرکت مورد بحث از تراشهای تولیدی خودشون بهره می گیرن و با اینکه کوالکام در این مورد سابقه درخشانی داره، اما این اولین باره که اپل از GPU داخلی خودش استفاده می کنه.

powervr_logo

قبل از این اپل به پردازشگرهای گرافیکی PowerVR ساخت شرکت Imagination Technologies تکیه می کرد، اما تازگیا خودش دست به کار شده و با اینکه احتمال میره GPUای ساخت اپل تا حد زیادی براساس PowerVR باشن، اما هیچ اطلاعاتی در مورد اون در دست نیس، و در واقع GPU ساخت اپل هنوز هیچ اسم و رسمی نداره.

از نظر پشتیبانی از API باید گفت ادرنو ۵۳۰ ساخت کوالکام از OpenGL ES 3.2 و Vulkan 1.0 پشتیبانی می کنه، در حالی که پردازشگر گرافیکی اپل با OpenGL ES 3.0 و Metal API داخلی خود این شرکت سازگاره.

دو فرق دیگه هم این وسط دیده میشه که ذکر اونا خالی از لطف نیس. اول اینکه اسنپدراگون ۸۲۱ از نسل سوم فناوری شارژ سریع کوالکام برخورداره، در نتیجه تولید کنندگان موبایل می تونن با بیشترین حد توان ۱۸ وات به شارژ دیوایسای خود اقدام ورزند، اما اپل از اینجور فناوری نداره.

qualcomm-snapdragon-821-specifications

دوم اینکه اسنپدراگون ۸۲۱ به مودم داخلی X12 LTE کوالکام مجهز شده، اما A10 فیوژن بدون مودم داخلیه و عوضش از مودمای سوم به صورت چیپای جانبی بهره میگیره. الان از هر ۴ دستگاه آیفون ۷، سه مورد اونا از مودمای ساخت کوالکام استفاده می کنن.

کارآیی

این موضوع یکی از داغ ترین بحثای دور پردازنده، نه فقط در بخش موبایل بلکه در مورد دسکتاپ، سرور و ابررایانها رو در بر میگیره. قبل از شروع مبحث، بهتره به چند نکته اشاره کنیم. مهم ترین موضوع اینه که بهره وری انرژی و کارآیی اجرایی، دشمن پر طاقت و سمج همدیگه هستن. در واقع هرچه کارآیی بالاتر بره، مصرف انرژی هم بیشتر می شه.

روابط علمی زیادی واسه توضیح رابطه بین توان و کارکرد وجود دارن که معروف ترین اونا به شکل P=CV^2fه، که P توان مصرفی، C ظرفیت خازنی نود پردازشگر، V ولتاژ و f فرکانس کاری هستن.

پس اگه یه CPU رو با کلاک پردازشی بالاتری به کار وادارید، توان بیشتری مصرف می کنه. به همین صورت اگه پردازنده طی روند ظریف تری تولید شه، توان کمتری رو مصرف می کنه، چون C در رابطه فوق کم میشه. مهم تر از همه اینکه اگه ولتاژ عملیاتی رو کاهش بدیم، مصرف انرژی هم کمتر می شه.

cpu-power-vs-freq

در کامپیوترای دسکتاپ این مسئله خیلی اهمیتی نداره، چون PC به برق شهری وصل بوده و سیستمای خنک کننده مناسب روی CPU نصب می شن، اما در دیوایسای موبایل قضیه فرق داره. اسمارت فونا با باتری کار کرده و داغ شدن اونا هم نتیجه خوبی رو به دنبال نداره.

اسنپدراگون ۸۲۱ از فناوری تولید ۱۴ نانومتری سامسونگ بهره میگیره، در حالی که A10 فیوژن اپل به روند ۱۶ نانومتری TSMC متکیست. پس از نظر فنی مقدار C در چیپست اپل بالاتر بوده و باید توان بیشتری مصرف کنه.

هر دو چیپست در هسته های پرقدرت با کلاک تقریباً برابری کار می کنن (۲٫۴ در برابر ۲٫۳۴ گیگاهرتز) اما هسته های کم مصرف اونا قابل مقایسه نیستن، چون اپل اطلاعاتی در مورد این خوشه پردازشی ارائه نکرده. پس باید به مواردی مثل سرعت کارکرد حافظه، اندازه حافظه مخفی L1 و L2 و تعداد اجرای دستورالعمل در هر کلاک کاری پردازنده اکتفا کرد.

revised_a10_die

اما نکته مهم دیگه در این رابطه، فرق در سیستم عامل و طراحی اون هستش. اندروید بر مبنای لینوکس طراحی شده اما iOS براساس BSD عمل می کنه. اندروید از جاوا بهره میگیره اما iOS از Objective-C و Swift استفاده می کنه. پس به سختی میشه کارکرد کلی اسنپدراگون ۸۲۱ و A10 فیوژن رو بدون دخالت تفاوتای معماری سیستم عامل با همدیگه مقایسه کرد.

اینجا تستای کارکرد با به کار گیری موبایلای پیکسل گوگل (واسه اسنپدراگون ۸۲۱) و آیفون ۷ (واسه A10 فیوژن) انجام شده، و باید گفت شاید دیوایسایی مجهز به اسنپدراگون ۸۲۱ در بازار وجود داشته باشن که کارکرد تقریباً متفاوتی با پیکسل دارن. هم اینکه اختلاف رزولوشن نمایشگر بین آیفون ۷ و پیکسل هم بر کارکرد GPU موثره.

علاوه بر این، تستای جور واجور نشون میده سرعت کارکرد حافظه داخلی در مدل ۳۲ گیگابایتی آیفون ۷ در مقایسه با مدلای ۱۲۸ یا ۲۵۶ گیگابایتی بسیار ضعیف تره.

گفتنیست تستای بعدی اول با اپلیکیشنای بنچمارک عمومی مثل آنتوتو، گیک بنچ و Basemark OS II انجام گرفته و بعد از نرم افزارهای سفارشی واسه این کار استفاده شده. یافته های بنچمارک با برنامه های معروف رو در ادامه می بینین:

s821-vs-a10-bench-comparison

همونجوریکه می بینین چیپ مجتمع A10 Fusion موجود در آیفون ۷ بسیار سریع تر از اسنپدراگون ۸۲۱ تعبیه شده در پیکسل گوگله. فرق در کارکرد بین اپلیکیشنای جور واجور بسیار قابل توجه بوده و با اینکه در آنتوتو تماشاگر اختلاف ۶ درصدی هستیم، نتیجه تست تک هسته ای گیگ بنچ فرق فاحش ۱۲۶ درصدی رو نشون میده. در مابقی تستا هم A10 حدود ۳۰ درصد سریع تره.

در ادامه یافته های آنتوتو رو با جزئیات بیشتری بررسی می کنیم تا به نقاط قوت و ضعف هر دو چیپست بیشتر پی ببریم:

sd821vsa10fusion-2

همونجوریکه میدونید آنتوتو چهار نوع تست انجام میده: ۳D یا سه بعدی، UX یا تجربه کاربری، CPU و رَم. در قسمت سه بعدی، ادرنو ۵۳۰ مورد استفاده در اسنپدراگون ۸۲۱ بهتر از GPU نامعلوم الهویه به کار رفته در A10 فیوژن عمل می کنه، اما برتری کوالکام در همین قسمت پایان قبول می کنه و در دیگه تستا تماشاگر قوت سخت افزار اپل هستیم.

این اختلاف کارکرد در مواردی مثل تست چندهسته ای CPU و تست امنیت داده UX ناچیزه، اما در تست رَم اختلاف بین دو سخت افزار به سطح زیادی می رسه.

دومین مجموعه تستا با نرم افزارهای بنچمارک سفارشی انجام شده. البته بنچمارک بین دو پلتفرم، فرایندی ساده و بی اشکال نیس. مشکل اول اینه که اندروید از جاوا به عنوان زبون برنامه نویسی پایه بهره میگیره اما iOS به آبجکتیو-سی و سوئیفت متکیست. در نتیجه نمیشه اپلیکیشن تولید شده واسه یکی از این دو پلتفرم رو فقطً از راه کامپایل دوباره روی دیگری پورت کرد.

swift

مشکل دوم، به کار گیری کتابخانه های زمان اجراست. مثلاً اگه یه اپلیکیشن به دستکاری داده نیاز داشته باشه (فشرده سازی، رمزگذاری، کپی و چیزای دیگه ای به جز اینا) در زبانای برنامه نویسی جور واجور به توابع متفاوتی بر می خوریم، و سیستمای عامل هم در این روند موثر هستن.

به خاطر همین شاید بشه گفت نرم افزارهای بنچمارک بیشتر به تست کارآیی کتابخانه های زمان اجرا و سیستم عامل می پردازن، تا تست مستقیم سخت افزار.

روشای مختلفی واسه نوشتن اپ واسه هر دو پلتفرم هست، و یکی از اونا به کار گیری SDK هاییست که از چندین پلتفرم پشتیبانی می کنن، ضمن اینکه همیشه امکان به کار گیری زبون C هم هست. زبون برنامه نویسی C یه جور زبون واسطه در دنیای محاسبات هستش و تقریباً هر پلتفرم کامپیوتری از جمله اندروید، iOS، ویندوز، مک اون اس، لینوکس و چیزای دیگه ای به جز اینا به یه کامپایلر C مجهز هستن.

lua

اینجا از هر دو راه و روش استفاده شده، یعنی یه سری از تستا از زبون برنامه نویسی LUA بهره می گیرن که به وسیله SDKهای جور واجور اندروید و iOS پشتیبانی می گردن، و تست دیگه هم با زبون برنامه نویسی C نوشته شده.

مجموعه ULA شامل دو تسته. اولی به آزمایش زدن CPU بدون دخالت GPU می پردازه و ۱۰۰ بار عمل هَش SHA1 رو روی ۴۰۰۰ داده انجام داده و بعد دیگه عملیات پردازشی رو اجرا می کنه که به اون «هَش، مرتب سازی حبابی، جدول و اعداد اول» می گیم. یافته ها به صورت زمان تکمیل این روند نشون داده شده، پس عدد کمتر بیان کننده نتیجه بهتره:

s821-vs-a10-gds1-benchmark

همونجوریکه می بینین آیفون ۷ در این تست با اختلاف زیادی برنده شده. دومین تست کمی فرق داره و یکم از GPU واسه پردازش گرافیک دوبعدی بهره میگیره. در این تست از موتور فیزیک دوبعدی واسه مثل سازی ریختن آب داخل یه محفظه استفاده می شه.

اپلیکیشن مورد بحث عمل مثل سازی رو با اندازه ۶۰ فریم بر ثانیه به اجرا درآورده و در هر فریم، دو قطره آب به مجموعه اضافه می شه. در آخرً تعداد کل قطرات ریخته شده در محفظه محاسبه می شه، ضمن اینکه بیشترین حد امتیاز واسه این تست برابر ۱۰۸۰۰ه. می بینین که پیکسل به امتیاز ۱۰۱۷۸ دست یافته و کارکرد آیفون ۷ هم رقم ۱۰۲۰۲ رو نشون میده.

s821-vs-a10-gds2-benchmark

در تست اجرا شده به زبون C اول محاسبه SHA1 واسه یه بلوک داده به صورت متوالی انجام می شه. بعد یه میلیون عدد اول با به کار گیری راه آزمون تقسیم محاسبه می شه. در مرحله سوم یه پیرو سفارشی که شامل توابع ریاضیاتی زیاد و مختلفه (از جمله ضرب و تقسیم با اعداد درست، اعداد ممیز شناور و چیزای دیگه ای به جز اینا) به اجرا در میاد.

در همه تستا، زمان اجرا طبق ثانیه محاسبه شدن و پس عدد کمتر به معنی نتیجه و کارکرد بهتر چیپست میشه.

s821-vs-a10-c-benchmark

این بنچمارک با موارد قبلی به طور کاملً فرق داره و در تموم تستا می بینیم اسنپدراگون ۸۲۱ از A10 فیوژن کارکرد بهتری داره. دلیلای زیادی واسه این وضعیت قابل تصوره، از جمله اینکه شاید کامپایلر C در NDK اندروید بهتر از کامپایلر C در Xcode عمل می کنه، یا شاید وجود چندپردازشی چیپست A10 به شکلی باعث شده هسته های قوی تر نتونن در این محاسبات فعال شن.

به هر حال در کل میشه دید که بیشتر تستا از برتری چیپست A10 در مقایسه با اسنپدراگون ۸۲۱ حکایت دارن.

مصرف انرژی

همونجوریکه قبلا هم اشاره کردیم، اگه به منبع انرژی ناتموم دسترسی داشته و از نظر انتقال گرما هم با مشکل مواجه نباشیم، اون وقت خیلی راحت میشه پردازندهای قدرتمندی رو تولید کرد. اما این موضوع در دیوایسای موبایل عملی نیس، و به خاطر همین جنبه بهره وری انرژی اهمیت زیادی پیدا میکنه.

اما از طرف دیگه، آزمایش بهره وری انرژی پردازندهای موبایل هم کار ساده ای نیس. روشای مختلفی واسه اجرای این تست وجود دارن که واسه بعضی از اونا باید موبایل رو تیکه تیکه کرده و سیمای جور واجور رو به قطعات اون وصل ساخت. اینجا از نرم افزارهای عادی و محاسبات ریاضی ساده واسه بنچمارک توان مصرفی دو دستگاه استفاده شده.

mobile-battery-usage-test

اول از همه هر دو موبایل رو روی دست کم اندازه روشنایی قرار داده و به صفحه هوم میریم، جایی که تقریباً هیچ پردازشی انجام نمی شه. پس از یه ساعت می بینیم پیکسل ۵ درصد باتری مصرف کرده و آیفون هم ۴ درصد کاهش درصد باتری رو نشون میده.

با در نظر گرفتن اینکه باتری آیفون ۷ و پیکسل به ترتیب ۱۹۶۰ و ۲۷۷۰ میلی آمپر ساعت ظرفیت دارن، میشه گفت نمایشگر پیکسل در هر ساعت ۱۳۸ میلی آمپر ساعت باتری مصرف می کنه و این رقم واسه آیفون ۷ به ۷۸ میلی آمپر ساعت می رسه، البته این موضوع با در نظر گرفتن نمایشگر بزرگتر پیکسل و رزولوشن بالاتر اون، به طور کاملً طبیعیه.

epic-citadel

در مرحله بعدی دموی Epic Citadel به مدت یه ساعت (در حالت تور راهنمایی) روی هر دو موبایل اجرا شد، و هر دو بیست درصد باتری مصرف کردن. از اونجا که میدونیم ۴ و ۵ درصد از این رقم مربوط به نمایشگره، پس با محاسبات ساده به این نتیجه می رسیم که آیفون ۳۱۹ میلی آمپر ساعت و پیکسل ۴۱۵ میلی آمپر ساعت باتری رو واسه اجرای این برنامه هزینه کردن.

این نتیجه هم به طور کاملً قابل انتظاره، چون GPU در پیکسل کار سخت تری در مقایسه با پردازشگر گرافیکی آیفون ۷ پیش رو داره و در هر فریم، تعداد پیکسلای بیشتری رو رندر می کنه. در واقع تعداد پیکسلای موبایل پیکسل، حدوداً دو برابر آیفونه.

پس از این تست مشابهی رو واسه اجرای ویدیو انجام می دیم. پلیر VLC به مدت یه ساعت به اجرای یه کلیپ ویدیویی پرداخته و می بینیم آیفون ۷ یازده درصد باتری مصرف کرده، و ۱۰ درصد از شارژ باتری پیکسل کم شده. با محاسبات مشابه میشه یه ساعت پخش ویدیو در آیفون ۷ و پیکسل به ترتیب ۱۳۷ و ۱۳۸ میلی آمپر هزینه داره.

pixel-vs-iphone-battery-usage

با در نظر گرفتن این یافته های، به سختی میشه برنده ای رو تعیین کرد. شاید بعضی افراد بگن باتری آیفون ۷ ظرفیت کمتری داره، پس شایدً بهره وری انرژی اون بیشتره، اما باید این نکته رو هم روش زوم کرد که این موبایل از نمایشگری با رزولوشن کمتر استفاده می کنه.

پس با اینکه آیفون ۷ هنگام اجرای بازیای سه بعدی توان کمتری مصرف می کنه، اما در واقع GPU اون بار پردازشی کمتری داره، ضمن اینکه در بین پخش ویدیو می بینیم هر دو دستگاه مصرف مشابهی دارن.

جمع بندی

میلیونا دیوایس مجهز به چیپستای کوالکام و اپل الان در سرتاسر جهان استفاده می شن. وقتی که مجموعه کامل سخت افزار از جمله پردازنده اصلی، پردازشگر گرافیکی، ISP و DSP و مودم رو در نظر بگیریم، امتیازات و معایبی در هر دو دسته مشاهده می شه.

شکی نیس که هر دو سخت افزار یعنی اسنپدراگون ۸۲۱ و A10 Fusion از جمله پیشرفته ترین اجناس تکنولوژی حال حاضر دنیا هستن. اسنپدراگون ۸۲۱ کمی کامل تر به نظر می رسه چون مودم LTE داخلی داره، یعنی همون مودمی که آیفون ۷ به صورت جداگونه از اون بهره میگیره.

googlepixel-12

از جمله برتریای اسنپدراگون ۸۲۱ میشه به پشتیبانی از شارژ سریع و APIای گرافیکی بیشتر (OpenGL ES 3.2 و Vulkan) اشاره کرد، که به طور کاملً با مدل کار و کاسبی کوالکام سازگاری داره، چون SoCای خونواده اسنپدراگون در اجناس جور واجور تولیدکنندگان جور واجور استفاده می شن، اما A10 فقط و فقط واسه یه محصول، یعنی آیفون طراحی شده (هرچند شاید در آیپدهای سال آینده هم استفاده شه).

از نظر کارکرد، روشنه که A10 فیوژن نسبت به اسنپدراگون ۸۲۱ برتری داره و این موضوع در تستای جور واجور بنچمارک مشخص می شه، هرچند اختلاف در خیلی از موارد زیادی فاحش نیس، ضمن اینکه در یکی از تستای سفارشی براساس زبون برنامه نویسی C دیدیم محصول کوالکام کارکرد بسیار بهتری داره.

در مورد مصرف بهینه انرژی شاید ارائه نظر قطعی سخت باشه، چون قطعات مختلفی در اسمارت فونا از باتری استفاده می کنن، از جمله CPU، پردازشگر گرافیکی، حافظه، آنتنای وای-فای و شبکه سلولی و چیزای دیگه ای به جز اینا. اما طبق تستای ساده انجام شده به نظر می رسه خیلی فرقی بین این دو چیپست وجود نداره.

در کل با کنار هم قرار دادن همه عوامل از جمله کارآیی سخت افزاری، بهینگی مصرف انرژی، روان بودن کارکرد سیستم عامل و تجربه کاربری، میشه چیپست A10 فیوژن اپل رو برنده این جنگ نزدیک دونست.

اما بازم به این نکته تأکید می کنیم که کوالکام مجبور به ساخت چیپست هاییست که باید با دیوایسا و سخت افزارهای جور واجور هماهنگی داشته باشن، در حالی که مهندسین اپل فقط روی یه مجموعه سخت افزار واحد و از پیش تعیین شده کار می کنن. شاید اگه بشه همین چیپست A10 Fusion رو روی مجموعه سخت افزاری و نرم افزاری دیگری به کار گرفت، نتیجه حاصل اصلا رضایتبخش نباشه.