Зачем нужны ядра в телефоне

Kernel – что это такое?

Именно так на английском языке звучит понятие “ядро”, о котором пойдёт речь в обзоре. Важно понимать, что данная тема не имеет отношения к процессору. Подразумевается иная, более “глобальная” тематика.

“Кернел” – это главное связующее звено между оборудованием и программным обеспечением. Ведь на телефоне могут быть установлены разные приложения, работа которых требует доступа к тем или иным ресурсам системы – обработчику процессов, ОЗУ, внутреннему накопителю, камере, кнопкам управления громкостью и т.д. Ядро позволяет скоординировать все процедуры, оптимизировать их, перенаправлять запросы между аппаратными и программными компонентами.

Вот пример: когда экран выключен, а Вы нажимаете клавишу питания, то дисплей подсвечивается. Если же использовать длительное нажатие – отображается меню с выбором вариантов – перезагрузка, сделать скриншот и прочее (зависит от версии ПО).

Чтобы просмотреть информацию о ядре, достаточно открыть параметры, отыскать строку “Об устройстве (телефоне, планшете, системе)”. Далее находим нужный элемент. Иногда он скрыт в подпунктах:

Ядро в смартфоне Android

Мы рассмотрим именно Андроид, но это не значит, что для других ОС данное понятие не актуально.

Зачем оно нужно? Операционная система сама по себе является комплексом программ, благодаря которому возможна скоординированная работа телефона.

Когда мы запускаем приложение “Камера”, то на экране отображается интерфейс с перечнем элементов (фото, видео, настройки), оптика переводится в полную боевую готовность. Если проводим время за игрой, Android “раздает указания” оперативной памяти, ЦПУ, графическому процессору, чтобы они выделили требуемое количество ресурсов для обеспечения достаточной производительности.

То есть, как работает ядро? Оно управляет всем, что касается мобильного устройства. Это своего рода посредник, без которого сложно было бы представить слаженное функционирования Андроид, грамотную расстановку приоритетов.

Если копнуть глубже, то мы имеем дело с набором драйверов (понятие должно быть знакомо пользователям Windows). Это файлы (утилиты), оптимизирующие управление оборудованием.

Еще одна наглядная демонстрация. На рабочем столе много ярлыков. Вы нажимаете на один из них. При этом kernel задействует сенсор дисплея, вычисляются точные координаты точки, они сравниваются с текущей разметкой (пользовательской настройкой интерфейса), затем отправляется команда – “запустить требуемое приложение”.

Уверены, что суть ясна. Но остался еще один важный момент, который стоит рассмотреть.

Автор рекомендует:

Кастомное ядро – для чего используется?

Операционная система Android имеет множество модификаций, но официальных прошивок не так уж и много. Представьте ситуацию – куча производителей, разные модели, отличающиеся техническими характеристиками. Как в этой ситуации работает kernel, получится ли одновременно адаптироваться к бюджетному телефону и флагманскому смартфону? Конечно же, нет.

Именно поэтому, компании собирают “кастомные ядра” – индивидуально настроенные модификации под конкретные устройства, с учетом особенностей аппарата – камеры, размера экрана, емкости аккумулятора и т.д.

Так вот ядра в телефоне (вернее – в процессоре) нужны для параллельной (одновременной) обработки потока информации. Возложить сразу большой объем данных для обработки на одно ядро не удается.

Больше – значит лучше?

Ошибочно полагать, что чем больше ядер в телефоне, тем лучше. На самом деле это не так. Большинство четырехъядерных процессоров работают по следующему принципу: 2 ядра являются энергосберегающими и работают только в том случае, когда нагрузка на чип небольшая. Они расходуют небольшое количество энергии, и их ресурса достаточно для поддержки шаблонных задач (прослушивание музыки, просмотр видео, серфинг в интернете). Когда пользователь запускает игру, то подключаются дополнительные мощные ядра – их ресурс очень высок, но они потребляют много энергии, из-за чего аккумулятор разряжается быстро.

Чаще всего четырехъядерные процессоры могут работать на полную мощность и задействовать сразу все четыре ядра. Что касается “восьмиядерников”, то эти работают как два отдельных “четырехъядерника”: при слабых нагрузках активными являются энергосберегающие ядра, при высоких подключаются мощные, а слабые отключаются. Но уже сегодня существуют процессоры, которые могут одновременно задействовать все восемь ядер – их производительность поражает.

Следовательно, современные процессоры поделены на ядра в большей степени для повышения энергоэффективности, а не производительности. И это разумное решение, ведь без необходимости нет нужны “гонять” сильные ядра, когда с простыми задачами сможет справиться процессор, потратив при этом небольшое количество энергии.

Сам термин “восьмиядерный” вводит в заблуждение пользователя, который полагает, что такой чип является более мощным. Это не всегда справедливо.

В чем различия между четырехъядерными и восьмиядерными процессорами смартфонов? Объяснение достаточно простое. В восьмиядерных чипах в два раза больше процессорных ядер, чем в четырехъядерных. На первый взгляд восьмиядерный процессор представляется вдвое более мощным, не так ли? На самом деле ничего подобного не происходит. Чтобы понять, почему восьмиядерность процессора не удваивает производительность смартфона вдвое, потребуются некоторые пояснения. Будущее в сфере процессоров смартфонов уже наступило. Восьмиядерные процессоры, о которых совсем недавно можно было только мечтать, получают все большее распространение. Но, оказывается, их задача состоит не в том, чтобы повысить производительность устройства.

Эти пояснения были опубликованы Йоном Манди (Jon Mundy) в статье «Octa-core vs Quad-core: Does it make a difference?» на страницах ресурса Trusted Reviews.

Четырех- и восьмиядерные процессоры. Производительность

Сами термины «восьмиядерный» и « четырехъядерный» отражают число ядер центрального процессора.

Но ключевое различие между этими двумя типами процессоров — по крайней мере по состоянию на 2015 год — состоит в способе установки процессорных ядер.

В четырехъядерном процессоре все ядра способны работать одновременно, обеспечивая быструю и гибкую многозадачность, делая более ровными 3D-игры и повышая скорость работы камеры, а также осуществляя другие задачи.

Современные восьмиядерные чипы, в свою очередь, просто состоят из двух четырехъядерных процессоров, которые распределяют между собой различные задачи в зависимости от их типа. Чаще всего в восьмиядерном чипе присутствует набор из четырех ядер с более низкой тактовой частотой, чем во втором наборе. Когда требуется выполнить сложную задачу, за нее, разумеется, берется более быстрый процессор.

Более точным термином, чем «восьмиядерный» стал бы «двойной четырехъядерный». Но это звучит не так красиво и не подходит для маркетинговых задач. Поэтому эти процессоры называют восьмиядерными.

Зачем нужны два набора процессорных ядер?

В чем причина сочетания двух наборов процессорных ядер, передающих задачи один другому, в одном устройстве? Для обеспечения энергоэффективности.

Более мощный центральный процессор потребляет больше энергии и батарею приходится чаще заряжать. А аккумуляторные батареи намного более слабое звено смартфона, чем процессоры. В результате — чем более мощен процессор смартфона, тем более емкая батарея ему нужна.

При этом для большинства задач смартфона вам не понадобится столь высокая вычислительная производительность, какую может обеспечить современный процессор. Перемещение между домашними экранами, проверка сообщений и даже веб-навигация — не столь требовательные к ресурсам процессора задачи.

Но HD-видео, игры и работа с фотографиями такими задачами являются. Поэтому восьмиядерные процессоры достаточно практичны, хотя элегантным это решение назвать трудно. Более слабый процессор обрабатывает менее ресурсоемкие задачи. Более мощный — более ресурсоемкие. В итоге сокращается общее энергопотребление по сравнению с той ситуацией, когда обработкой всех задач занимался бы только процессор с высокой тактовой частотой. Таким образом, сдвоенный процессор прежде всего решает задачу повышения энергоэффективности, а не производительности.

Технологические особенности

Все современные восьмиядерные процессоры базируются на архитектуре ARM, так называемой big.LITTLE.

Эта восьмиядерная архитектура big.LITTLE была анонсирована в октябре 2011 года и позволила четырем низкопроизводительным ядрам Cortex-A7 работать совместно с четырьмя высокопроизводительными ядрами Cortex-A15. ARM с тех пор ежегодно повторяла этот подход, предлагая более способные чипы для обоих наборов процессорных ядер восьмиядерного чипа.

Некоторые из основных производителей чипов для мобильных устройств сосредоточили свои усилия на этом образце «восьмиядерности» big.LITTLE. Одним из первых и наиболее примечательных стал собственный чип компании Samsung, известный Exynos. Его восьмиядерная модель использовалась начиная с Samsung Galaxy S4, по крайней мере в некоторых версиях устройств компании.

Сравнительно недавно Qualcomm также начала применение big.LITTLE в своих восьмиядерных чипах Snapdragon 810 CPU. Именно на этом процессоре базируются такие известные новинки рынка смартфонов, как HTC One M9 и G Flex 2, ставший большим достижением компании LG.

В начале 2015 года NVIDIA представила Tegra X1, новый суперпроизводительный мобильный процессор, который компания предназначает для автомобильных компьютеров. Основной функцией X1 является его вызываемый консольно («console-challenging») графический процессор, который также основывается на архитектуре big.LITTLE. То есть он также станет восьмиядерным.

Велика ли разница для обычного пользователя?

Велика ли разница между четырех- и восьмиядерным процессором смартфона для обычного пользователя? Нет, на самом деле она очень мала, считает Йон Манди.

Термин «восьмиядерный» вносит некоторую неясность, но на самом деле он означает дублирование четырехъядерных процессоров. В итоге получаются два работающих независимо четырехъядерных набора, объединенных одним чипом для повышения энергоэффективности.

Нужен ли восьмиядерный процессор в каждом современном смартфоне. Такой необходимости нет, полагает Йон Манди и приводит пример Apple, обеспечивающих достойную энергоэффективность своих iPhone при всего двухъядерном процессоре.

Таким образом, восьмиядерная архитектура ARM big.LITTLE является одним из возможных решений одной из самых важных задач, касающихся смартфонов — времени работы от одной зарядки батареи. По мнению Йона Манди, как только найдется другое решение этой задачи, так и прекратится тренд установки в одном чипе двух четырехъядерных наборов, и подобные решения выйдут из моды.

Знаете ли вы другие преимущества восьмиядерных процессоров смартфонов?