مقایسه چیپست های اسنپدراگون 821 و A10 Fusion؛ برتری با اپل است یا کوالکام؟

بدون شک کوالکام و اپل را می توان دو نمونه از شرکت های برتر در حوزه ساخت پردازنده های موبایل دانست. چیپست های کوالکام در بسیاری از موبایل های مطرح بازار مشاهده می شوند و سخت افزار اپل نیز در قلب تمامی آیفون ها و آیپد ها جای گرفته.

البته در این میان نباید از کنار نام سامسونگ با سری اگزینوس و هوآوی با محصولات خانواده کایرین نیز به سادگی گذشت، اما فعلاً قصد داریم به دو کمپانی اپل و کوالکام بپردازیم و جدیدترین و قویترین سیستم-روی-چیپ (SoC) آنها یعنی اسنپدراگون 821 و A10 Fusion را مقایسه نماییم و ببینیم کدامیک بهتر است.

در همین ابتدای کار این سؤال پیش می آید که «بهتر» به چه معناست؟ بالاترین قابلیت پردازشی؟ بیشترین بهره وری انرژی؟ قوی ترین پردازشگر گرافیکی؟ برترین مودم ارتباط بیسیم؟ قطعاً SoCها را از نظر تمامی موارد فوق می توان با یکدیگر مقایسه کرد، و شاید پاسخ به سؤال فوق کمی سلیقه ای باشد. به هر حال ابتدا به مقایسه مستقیم جزئیات سخت افزاری این دو محصول می پردازیم.

مشخصات سخت افزاری

در ابتدا باید اذعان کنیم که نه کوالکام و نه اپل، هیچکدام در مورد جزئیات چیپست هایشان اطلاعات دقیقی ارائه نمی دهند و برای اطلاع از بخش های مختلف این سخت افزار باید هر تکه را از یک گوشه اینترنت جمع آوری کرد. البته کوالکام در این زمینه کمی سخاوتمندتر از اپل است.

جدول زیر مشخصات پایه این دو چیپ مجتمع را با یکدیگر مطابقت می دهد:

همان طور که می بینید هم اسنپدراگون 821 و هم A10 فیوژن از پردازنده هایی چهار هسته ای برخوردارند که سیستم چند-پردازشی ناهمگن (HMP) را به کار می گیرند. در SoCهایی از این دست، تمام هسته ها شبیه به یکدیگر نیستند.

در هر دو چیپ مجتمع فوق شاهد دو هسته پر قدرت و دو هسته کم مصرف هستیم. این سیستم توسط شرکت ARM و بر اساس معماری big.LITTLE برای موبایل عمومیت یافت. همان طور که می دانید کمپانی آرم یکی از پیشگامان این حوزه بوده و نقش اساسی در کد منبع پروژه های مختلف از جمله کرنل لینوکس را بر عهده دارد.

اسنپدراگون 821 اولین سیستم HMP کوالکام محسوب می گردد که از هسته های Kryo بهره می گیرد، اما آنها قبلاً از HMP در مدل های 810 بهره گرفته اند که مجهز به چهار هسته Cortex-A57 و چهار هسته Cortex-A53 بود.

گفتنیست کوالکام هنوز از سیستم بیگ-لیتل آرم برای دیگر چیپست ها از جمله اسنپدراگون 652 نیز استفاده می کند، محصولی که از چهار هسته Cortex-A72 و چهار هسته Cortex-A53 برخوردار است.

اگرچه A10 چهارمین نسل چیپست های 64 بیتی اپل و سازگار با معماری ARM است، اما اولین باریست که اهالی کوپرتینو پردازنده ای چهار هسته ای را به کار گرفته اند، ضمن اینکه برای نخستین بار سیستم HMP را در SoC تعبیه نموده اند.

یکی از تفاوت های محرز بین اسنپدراگون 821 و A10 فیوژن اینست که محصول کوالکام قادر است به صورت همزمان از هر چهار هسته پردازشی استفاده کند، اما 10 فقط می تواند بین دو کلاستر سوئیچ نماید، یعنی یا از خوشه پرقدرت بهره گیرد، یا به خوشه کم مصرف اکتفا کند، وضعیتی که در نمونه های اولیه معماری بیگ-لیتل در سال 2013 وجود داشت.

در کنار پردازنده اصلی، GPU یا همان پردازشگر گرافیکی نیز از جمله اجزای اصلی SoC به شمار می رود. هر دو شرکت مورد بحث از تراشه های تولیدی خودشان بهره می گیرند و اگرچه کوالکام در این زمینه سابقه درخشانی دارد، اما این اولین بار است که اپل از GPU داخلی خودش استفاده می کند.

پیش از این اپل به پردازشگرهای گرافیکی PowerVR ساخت کمپانی Imagination Technologies تکیه می کرد، اما به تازگی خودش دست به کار شده و اگرچه احتمال می رود GPU های ساخت اپل تا حد زیادی مبتنی بر PowerVR باشند، اما هیچ اطلاعاتی در مورد آن در دست نیست، و در واقع GPU ساخت اپل هنوز هیچ اسم و رسمی ندارد.

از نظر پشتیبانی از API باید گفت ادرنو 530 ساخت کوالکام از OpenGL ES 3.2 و Vulkan 1.0 پشتیبانی می کند، در حالی که پردازشگر گرافیکی اپل با OpenGL ES 3.0 و Metal API داخلی خود این شرکت سازگار است.

دو تفاوت دیگر نیز در این میان به چشم می خورد که ذکر آنها خالی از لطف نیست. اول اینکه اسنپدراگون 821 از نسل سوم فناوری شارژ سریع کوالکام برخوردار است، در نتیجه تولید کنندگان موبایل می توانند با حداکثر توان 18 وات به شارژ دیوایس های خود اقدام ورزند، اما اپل از چنین فناوری بی بهره است.

دوم اینکه اسنپدراگون 821 به مودم داخلی X12 LTE کوالکام مجهز شده، اما A10 فیوژن فاقد مودم داخلی است و در عوض از مودم های ثالث به صورت چیپ های جانبی بهره می گیرد. در حال حاضر از هر 4 دستگاه آیفون 7، سه مورد آنها از مودم های ساخت کوالکام استفاده می کنند.

کارآیی

این موضوع یکی از داغ ترین بحث های حول پردازنده، نه تنها در حوزه موبایل بلکه در زمینه دسکتاپ، سرور و ابررایانه ها را در بر می گیرد. قبل از شروع مبحث، بهتر است به چند نکته اشاره کنیم. مهم ترین موضوع این است که بهره وری انرژی و کارآیی اجرایی، دشمن سرسخت یکدیگر هستند. در واقع هرچه کارآیی بالاتر برود، مصرف انرژی نیز بیشتر خواهد شد.

روابط علمی متعددی برای توضیح رابطه بین توان و عملکرد وجود دارند که معروف ترین آنها به شکل P=CV^2f است، که P توان مصرفی، C ظرفیت خازنی نود پردازشگر، V ولتاژ و f فرکانس کاری هستند.

بنابراین اگر یک CPU را با کلاک پردازشی بالاتری به کار وادارید، توان بیشتری مصرف می کند. به همین صورت اگر پردازنده طی فرایند ظریف تری تولید گردد، توان کمتری را مصرف می نماید، چون C در رابطه فوق کاهش می یابد. مهم تر از همه اینکه اگر ولتاژ عملیاتی را کاهش دهیم، مصرف انرژی نیز کمتر خواهد شد.

در کامپیوترهای دسکتاپ این مسئله چندان اهمیتی ندارد، زیرا PC به برق شهری متصل بوده و سیستم های خنک کننده مناسب روی CPU نصب می شوند، اما در دیوایس های موبایل قضیه متفاوت است. اسمارت فون ها با باتری کار کرده و داغ شدن آنها نیز نتیجه خوبی را در پی ندارد.

اسنپدراگون 821 از فناوری تولید 14 نانومتری سامسونگ بهره می گیرد، در حالی که A10 فیوژن اپل به پروسه 16 نانومتری TSMC متکیست. بنابراین به لحاظ فنی مقدار C در چیپست اپل بالاتر بوده و باید توان بیشتری مصرف نماید.

هر دو چیپست در هسته های پرقدرت با کلاک نسبتاً یکسانی کار می کنند (2.4 در برابر 2.34 گیگاهرتز) اما هسته های کم مصرف آنها قابل مقایسه نیستند، چون اپل اطلاعاتی در مورد این خوشه پردازشی ارائه نکرده. بنابراین باید به مواردی همچون سرعت عملکرد حافظه، اندازه حافظه نهان L1 و L2 و تعداد اجرای دستورالعمل در هر کلاک کاری پردازنده بسنده نمود.

اما نکته مهم دیگر در این رابطه، تفاوت در سیستم عامل و طراحی آن است. اندروید بر مبنای لینوکس طراحی شده اما iOS بر پایه BSD عمل می کند. اندروید از جاوا بهره می گیرد اما iOS از Objective-C و Swift استفاده می کند. بنابراین به سختی می توان عملکرد کلی اسنپدراگون 821 و A10 فیوژن را بدون دخالت تفاوت های معماری سیستم عامل با یکدیگر مقایسه کرد.

در اینجا تست های عملکرد با استفاده از موبایل های پیکسل گوگل (برای اسنپدراگون 821) و آیفون 7 (برای A10 فیوژن) انجام شده، و باید اذعان کرد شاید دیوایس هایی مجهز به اسنپدراگون 821 در بازار وجود داشته باشند که عملکرد نسبتاً متفاوتی با پیکسل دارند. همچنین اختلاف رزولوشن نمایشگر بین آیفون 7 و پیکسل نیز بر عملکرد GPU تأثیرگذار است.

علاوه بر این، تست های مختلف نشان می دهد سرعت عملکرد حافظه داخلی در مدل 32 گیگابایتی آیفون 7 در مقایسه با مدل های 128 یا 256 گیگابایتی بسیار ضعیف تر است.

گفتنیست تست های بعدی ابتدا با اپلیکیشن های بنچمارک عمومی همچون آنتوتو، گیک بنچ و Basemark OS II انجام گرفته و سپس از نرم افزارهای سفارشی برای این کار استفاده شده. نتایج بنچمارک با برنامه های معروف را در ادامه می بینید:

همان طور که می بینید چیپ مجتمع A10 Fusion موجود در آیفون 7 بسیار سریع تر از اسنپدراگون 821 تعبیه شده در پیکسل گوگل است. تفاوت در عملکرد بین اپلیکیشن های مختلف بسیار قابل توجه بوده و اگرچه در آنتوتو شاهد اختلاف 6 درصدی هستیم، نتیجه تست تک هسته ای گیگ بنچ تفاوت فاحش 126 درصدی را نشان می دهد. در مابقی تست ها نیز A10 حدود 30 درصد سریع تر است.

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

همان طور که می دانید آنتوتو چهار نوع تست انجام می دهد: 3D یا سه بعدی، UX یا تجربه کاربری، CPU و رَم. در قسمت سه بعدی، ادرنو 530 مورد استفاده در اسنپدراگون 821 بهتر از GPU مجهول الهویه به کار رفته در A10 فیوژن عمل می کند، اما برتری کوالکام در همین قسمت پایان می پذیرد و در دیگر تست ها شاهد قوت سخت افزار اپل هستیم.

این اختلاف عملکرد در مواردی همچون تست چندهسته ای CPU و تست امنیت داده UX ناچیز است، اما در تست رَم اختلاف بین دو سخت افزار به سطح قابل توجهی می رسد.

دومین مجموعه تست ها با نرم افزارهای بنچمارک سفارشی صورت گرفته است. البته بنچمارک بین دو پلتفرم، فرایندی ساده و بی نقص نخواهد بود. مشکل اول این است که اندروید از جاوا به عنوان زبان برنامه نویسی پایه بهره می گیرد اما iOS به آبجکتیو-سی و سوئیفت متکیست. در نتیجه نمی توان اپلیکیشن تولید شده برای یکی از این دو پلتفرم را صرفاً از طریق کامپایل مجدد روی دیگری پورت کرد.

مشکل دوم، استفاده از کتابخانه های زمان اجراست. مثلاً اگر یک اپلیکیشن به دستکاری داده نیاز داشته باشد (فشرده سازی، رمزگذاری، کپی و غیره) در زبان های برنامه نویسی مختلف به توابع متفاوتی بر می خوریم، و سیستم های عامل نیز در این فرایند دخیل هستند.

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

روش های مختلفی برای نوشتن اپ برای هر دو پلتفرم وجود دارد، و یکی از آنها استفاده از SDK هاییست که از چندین پلتفرم پشتیبانی می کنند، ضمن اینکه همیشه امکان بهره گیری از زبان C نیز وجود دارد. زبان برنامه نویسی C نوعی زبان میانجی در دنیای محاسبات به شمار می رود و تقریباً هر پلتفرم کامپیوتری از جمله اندروید، iOS، ویندوز، مک او اس، لینوکس و غیره به یک کامپایلر C مجهز هستند.

در اینجا از هر دو رویکرد استفاده شده، یعنی یک سری از تست ها از زبان برنامه نویسی LUA بهره می گیرند که توسط SDKهای مختلف اندروید و iOS پشتیبانی می گردند، و تست دیگر نیز با زبان برنامه نویسی C نوشته شده.

مجموعه ULA شامل دو تست است. اولی به محک زدن CPU بدون دخالت GPU می پردازد و 100 بار عمل هَش SHA1 را روی 4000 داده انجام داده و سپس دیگر عملیات پردازشی را اجرا می نماید که به آن «هَش، مرتب سازی حبابی، جدول و اعداد اول» می گوییم. نتایج به صورت زمان تکمیل این فرایند نشان داده شده، بنابراین عدد کمتر نشانگر نتیجه بهتر است:

همان طور که می بینید آیفون 7 در این تست با اختلاف قابل توجهی برنده شده. دومین تست اندکی متفاوت است و قدری از GPU برای پردازش گرافیک دوبعدی بهره می گیرد. در این تست از موتور فیزیک دوبعدی برای شبیه سازی ریختن آب داخل یک محفظه استفاده می شود.

اپلیکیشن مورد بحث عمل شبیه سازی را با نرخ 60 فریم بر ثانیه به اجرا درآورده و در هر فریم، دو قطره آب به مجموعه اضافه می گردد. نهایتاً تعداد کل قطرات ریخته شده در محفظه محاسبه می گردد، ضمن اینکه حداکثر امتیاز برای این تست برابر 10800 است. می بینید که پیکسل به امتیاز 10178 دست یافته و عملکرد آیفون 7 نیز رقم 10202 را نشان می دهد.

در تست اجرا شده به زبان C ابتدا محاسبه SHA1 برای یک بلوک داده به صورت متوالی انجام می گردد. سپس یک میلیون عدد اول با استفاده از روش آزمون تقسیم محاسبه می شود. در مرحله سوم یک تابع سفارشی که شامل توابع ریاضیاتی متعدد و مختلف است (از جمله ضرب و تقسیم با اعداد صحیح، اعداد ممیز شناور و غیره) به اجرا در می آید.

در تمامی تست ها، زمان اجرا بر حسب ثانیه محاسبه شدند و بنابراین عدد کمتر به منزله نتیجه و عملکرد بهتر چیپست خواهد بود.

این بنچمارک با موارد قبلی کاملاً متفاوت است و در تمام تست ها می بینیم اسنپدراگون 821 از A10 فیوژن عملکرد بهتری دارد. دلایل مختلفی برای این وضعیت قابل تصور است، از جمله اینکه شاید کامپایلر C در NDK اندروید بهتر از کامپایلر C در Xcode عمل می کند، یا شاید ماهیت چندپردازشی چیپست A10 به گونه ای باعث شده هسته های قدرتمندتر نتوانند در این محاسبات فعال شوند.

به هر حال در مجموع می توان دید که اکثر تست ها از برتری چیپست A10 در مقایسه با اسنپدراگون 821 حکایت دارند.

مصرف انرژی

همان طور که پیشتر هم اشاره کردیم، اگر به منبع انرژی بی پایان دسترسی داشته و از نظر انتقال حرارت نیز با مشکل مواجه نباشیم، آنگاه به راحتی می توان پردازنده های قدرتمندی را تولید کرد. اما این موضوع در دیوایس های موبایل میسر نیست، و به همین دلیل جنبه بهره وری انرژی اهمیت بسزایی می یابد.

اما از سوی دیگر، ارزیابی راندمان انرژی پردازنده های موبایل نیز کار ساده ای نیست. روش های مختلفی برای اجرای این تست وجود دارند که برای برخی از آنها باید موبایل را قطعه قطعه کرده و سیم های مختلف را به قطعات آن متصل ساخت. در اینجا از نرم افزارهای رایج و محاسبات ریاضی ساده برای بنچمارک توان مصرفی دو دستگاه استفاده شده.

اول از همه هر دو موبایل را روی حداقل میزان روشنایی قرار داده و به صفحه هوم می رویم، جایی که تقریباً هیچ پردازشی انجام نمی شود. پس از یک ساعت می بینیم پیکسل 5 درصد باتری مصرف کرده و آیفون نیز 4 درصد کاهش درصد باتری را نشان می دهد.

با در نظر گرفتن اینکه باتری آیفون 7 و پیکسل به ترتیب 1960 و 2770 میلی آمپر ساعت ظرفیت دارند، می توان گفت نمایشگر پیکسل در هر ساعت 138 میلی آمپر ساعت باتری مصرف می کند و این رقم برای آیفون 7 به 78 میلی آمپر ساعت می رسد، البته این موضوع با در نظر گرفتن نمایشگر بزرگتر پیکسل و رزولوشن بالاتر آن، کاملاً طبیعی است.

در مرحله بعدی دموی Epic Citadel به مدت یک ساعت (در حالت تور راهنمایی) روی هر دو موبایل اجرا شد، و هر دو بیست درصد باتری مصرف کردند. از آنجا که می دانیم 4 و 5 درصد از این رقم مربوط به نمایشگر است، بنابراین با محاسبات ساده به این نتیجه می رسیم که آیفون 319 میلی آمپر ساعت و پیکسل 415 میلی آمپر ساعت باتری را برای اجرای این برنامه هزینه کرده اند.

این نتیجه نیز کاملاً قابل انتظار است، زیرا GPU در پیکسل کار سخت تری در مقایسه با پردازشگر گرافیکی آیفون 7 پیش رو دارد و در هر فریم، تعداد پیکسل های بیشتری را رندر می کند. در واقع تعداد پیکسل های موبایل پیکسل، حدوداً دو برابر آیفون است.

پس از این تست مشابهی را برای اجرای ویدیو انجام می دهیم. پلیر VLC به مدت یک ساعت به اجرای یک کلیپ ویدیویی پرداخته و می بینیم آیفون 7 یازده درصد باتری مصرف کرده، و 10 درصد از شارژ باتری پیکسل کاهش یافته. با محاسبات مشابه می توان دریافت یک ساعت پخش ویدیو در آیفون 7 و پیکسل به ترتیب 137 و 138 میلی آمپر هزینه دارد.

با توجه به این نتایج، به سختی می توان برنده ای را تعیین کرد. شاید بعضی افراد بگویند باتری آیفون 7 ظرفیت کمتری دارد، بنابراین احتمالاً بهره وری انرژی آن بیشتر است، اما باید این نکته را نیز مد نظر قرار داد که این موبایل از نمایشگری با رزولوشن کمتر استفاده می کند.

بنابراین اگرچه آیفون 7 هنگام اجرای بازی های سه بعدی توان کمتری مصرف می کند، اما در واقع GPU آن بار پردازشی کمتری دارد، ضمن اینکه در حین پخش ویدیو می بینیم هر دو دستگاه مصرف مشابهی دارند.

جمع بندی

میلیون ها دیوایس مجهز به چیپست های کوالکام و اپل در حال حاضر در سرتاسر جهان استفاده می شوند. زمانی که مجموعه کامل سخت افزار از جمله پردازنده اصلی، پردازشگر گرافیکی، ISP و DSP و مودم را در نظر بگیریم، مزایا و معایبی در هر دو دسته مشاهده می گردد.

شکی نیست که هر دو سخت افزار یعنی اسنپدراگون 821 و A10 Fusion از جمله پیشرفته ترین محصولات تکنولوژی حال حاضر دنیا هستند. اسنپدراگون 821 کمی کامل تر به نظر می رسد چون مودم LTE داخلی دارد، یعنی همان مودمی که آیفون 7 به صورت جداگانه از آن بهره می گیرد.

از جمله برتری های اسنپدراگون 821 می توان به پشتیبانی از شارژ سریع و API های گرافیکی بیشتر (OpenGL ES 3.2 و Vulkan) اشاره کرد، که کاملاً با مدل کسب و کار کوالکام سازگاری دارد، چون SoC های خانواده اسنپدراگون در محصولات متنوع تولیدکنندگان مختلف به کار گرفته می شوند، اما A10 فقط و فقط برای یک محصول، یعنی آیفون طراحی شده (هرچند شاید در آیپدهای سال آتی نیز استفاده گردد).

از نظر عملکرد، واضح است که A10 فیوژن نسبت به اسنپدراگون 821 برتری دارد و این موضوع در تست های مختلف بنچمارک مشخص می شود، هرچند اختلاف در بسیاری از موارد چندان فاحش نیست، ضمن اینکه در یکی از تست های سفارشی مبتنی بر زبان برنامه نویسی C دیدیم محصول کوالکام عملکرد بسیار بهتری دارد.

در مورد مصرف بهینه انرژی شاید ارائه نظر قطعی دشوار باشد، چون قطعات مختلفی در اسمارت فون ها از باتری استفاده می کنند، از جمله CPU، پردازشگر گرافیکی، حافظه، آنتن های وای-فای و شبکه سلولی و غیره. اما طبق تست های ساده صورت گرفته به نظر می رسد تفاوت چندانی بین این دو چیپست وجود ندارد.

در مجموع با کنار هم قرار دادن تمامی فاکتورها از جمله کارآیی سخت افزاری، بهینگی مصرف انرژی، روان بودن کارکرد سیستم عامل و تجربه کاربری، می توان چیپست A10 فیوژن اپل را برنده این نبرد تنگاتنگ دانست.

اما باز هم به این نکته تأکید می کنیم که کوالکام مجبور به ساخت چیپست هاییست که باید با دیوایس ها و سخت افزارهای مختلف هماهنگی داشته باشند، در حالی که مهندسین اپل فقط روی یک مجموعه سخت افزار واحد و از پیش تعیین شده کار می کنند. شاید اگر بتوان همین چیپست A10 Fusion را روی مجموعه سخت افزاری و نرم افزاری دیگری به کار گرفت، نتیجه حاصل به هیچ وجه رضایتبخش نباشد.