پردازنده گرافیکی موبایل چیست و چه کاربردی در گوشی دارد؟

در سال‌های نه چندان دور، تلفن‌های همراه تنها وسیله‌ای برای برقراری ارتباط بودند، اما با پیشرفت تکنولوژی و تلفن‌های همراه، کاربرد موبایل به چیزی فراتر از آنچه در گذشته بود، تبدیل شد. اگرچه مردم برای بسیاری از کارهای سنگین گرافیکی از کامپیوتر یا لپ‌تاپ استفاده می‌کنند، اما برای برخی از فعالیت‌ها همانند گیم، گوشی را ترجیح می‌دهند.

اغلب کارهای گرافیکی که با گوشی انجام می‌شوند، بر عهده‌ی GPU یا پردازنده‌ی گرافیکی موبایل است. در ادامه به بررسی کاربردهای پردازنده گرافیکی موبایل خواهیم پرداخت.

پردازنده گرافیکی موبایل چیست ؟

در حالت کلی، پردازنده گرافیکی موبایل یا GPU موبایل، یک پردازنده اختصاصی برای تسریع عملکرد برنامه‌های گرافیکی، رابط کاربری و محتوای سه بعدی موجود در تلفن های هوشمند و تبلت‌ها است. اجرای بازی‌های سه بعدی واقع گرایانه و رابط کاربری گرافیکی یا GUI نمونه‌هایی از وظایف اصلی این پردازنده هستند. همان طور که از نام این سخت‌افزار هم مشخص است، وظیفه‌ی محاسبات گرافیکی بر عهده‌ی آن است.

چندین سال پیش، واحد پردازنده گرافیکی سخت‌افزاری طراحی شده برای محصولات موبایلی گران قیمت بود. با همه گیر شدن تلفن‌های همراه و تبلت‌ها، استفاده از سخت‌افزاری به عنوان پردازنده‌ی گرافیکی، لازم و ضروری شد.

وجود پردازنده گرافیکی موبایل، برای شرکت‌های سازنده‌ی تلفن‌های همراه و تبلت‌ها، به عنوان نکته‌ی مزیت به حساب می‌آید. به عبارت ساده‌تر، با ارتقای پردازنده گرافیکی موبایل، شرکت‌های سازنده‌ی تلفن‌های همراه، مزیت رقابتی برای خود خلق کرده و تلفن‌های همراه هوشمند خود را به نسبت محصولات سایر شرکت‌ها، بر سر زبان‌ها می‌آورند. در واقع، یکی از جنبه‌هایی که باعث رقابت شرکت‌های سازنده‌ی تلفن همراه با یکدیگر شده است، همین پردازنده گرافیکی موبایل است.

GPU ، دارای تعداد متعدد موتورهای پردازشگر به نام SIMD است. برای انجام کارهای بسیار سنگین گرافیکی، همکاری چندین موتور پردازشگر پردازنده گرافیکی لازم و ضروری است. در واقع این SIMDها هستند که باعث نمایش دادن محتوای گرافیکی توسط نمایشگر به کاربر می‌شوند. SIMDها وظیفه‌ی محاسبه‌ی عناصر تشکیل‌دهنده‌ی محتواهای گرافیکی را برعهده دارند. این عناصر می‌توانند پیکسل‌ها و راس‌های تصاویر باشند. در نهایت، مجموع کار SIMDها است که منجر به نمایش یک محتوای سنگین گرافیکی می‌شود.

از آنجایی که GPU توانایی پردازش میلیاردها پیکسل در ثانیه را دارد، پردازش کارهای گرافیکی سه بعدی را می‌توان به عنوان یکی از اصلی‌ترین کارهای آن قلم‌داد کرد. یکی از اصلی‌ترین وظایف پردازنده گرافیکی موبایل، کاهش بار کاری CPU یا واحد پردازش مرکزی موبایل است. این وظیفه بیشتر در حین انجام بازی‌های سنگین و سایر انواع کارهای گرافیکی به چشم می‌آید.

به عنوان مثال، بازی شوتر اول شخصی را در اسمارت فون در نظر بگیرید. وقتی این بازی توسط کاربر در حال انجام است، این پردازنده گرافیکی است که باعث تولید گرافیک قابل قبول، رنگ‌ها و سایه‌های داخل بازی می‌شود. در چنین حالتی، CPU در حال انجام محاسبات مربوط به هوش مصنوعی بازی و مکانیک‌های بازی است. به عبارت دیگر، CPU در کارهای گرافیکی پیچیده، دخالتی نمی‌کند.

معماری پردازنده گرافیکی موبایل

معماری و ساختار GPU ، تفاوت قابل ذکری با معماری CPU موبایل ندارد.

نکته‌ی اصلی تفاوت ساختار این دو سخت‌افزار، در میزان بهینه بودن آن‌ها برای انجام محاسبات گرافیکی کارآمد است. به عبارت ساده‌تر، حالتی را فرض کنید که پردازنده گرافیکی موبایل، عهده‌دار انجام محاسباتی غیر از محاسبات گرافیکی باشد. در چنین حالتی، مدت انجام محاسبات، بسیار بالا رفته و کیفیت انجام آن‌ها نیز پایین می‌آید و بهینه بودن ساختار پردازنده گرافیکی موبایل برای انجام محاسبات گرافیکی مشخص می‌شود.

GPU های استفاده شده در تلفن‌های همراه، دارای مموری باس هستند. هر چقدر این مموری باس، بزرگتر (۶۴ بیت یا بیشتر) باشد، کیفیت پردازنده بهتر است. یکی از عوامل اصلی تعیین کننده‌ی کیفیت پردازنده گرافیکی موبایل، تعداد موتورهای پردازشگر آن است، که برای ارائه‌ی تصاویر بهتر کمک‌کننده‌ی پردازنده‌ گرافیکی هستند. به عنوان مثال، Nvidia Tegra X1 را در نظر بگیرید. از جمله ویژگی‌های اصلی آن می‌توان به دارا بودن ۲۵۶ هسته (موتور پردازشگر) و مموری باس ۶۴ بیتی با فرکانس ۳۲۰۰۰ مگاهرتز اشاره کرد. تعداد موتورهای پردازشگر این پردازنده گرافیکی قابل قبول و کیفیت محتوای خروجی از آن نیز ایده‌آل است.

انواع پردازنده‌های گرافیکی موبایل

مانند پردازنده‌ی گرافیکی کامپیوترها، پردازنده‌ی گرافیکی موبایل‌ها نیز دارای انواع مختلفی هستند. از جمله پردازنده‌های گرافیکی موبایل می‌توان به Mali ،Adreno ،Vivante و Tegra اشاره کرد. علاوه بر آن، پردازنده گرافیکی استفاده شده در محصولات شرکت اپل PowerVR بود، اما جدیدا از پردازنده‌ گرافیکی منحصر بفرد خود استفاده می‌کند.

پردازنده‌ی گرافیکی Mali ساخته شده‌ی شرکت ARM است و Adreno متعلق به شرکت Qualcomm می‌باشد. PowerVR محصول شرکت IMG Tech بوده و در نهایت Tegra ساخت شرکت نام آشنای انویدیا است.

به عنوان مثال‌هایی برای این پردانزنده‌های گرافیکی می‌توان به Huawei P20 محصولی با پردازنده گرافیکی Mali، LG G6 تلفن همراهی با پردازنده گرافیکی Adreno و Apple iPhone 7 دارنده‌ی پردازنده PowerVR اشاره کرد.

پردازنده گرافیکی موبایل چگونه کار می‌کند؟

همان طور که اشاره کردیم، پردازنده گرافیکی موبایل، بر خلاف CPU، از تعداد زیادی موتور پردازشگر تشکیل شده است. این موتورهای پردازشگر (SIMD) با سرعت‌های پایینی مشغول به انجام محاسبات گرافیکی هستند. موتورها و هسته‌های پردازشگر CPU بر خلاف GPU، از تعداد کمتری برخوردار هستند و سرعت بسیار بالایی هم دارند.

محاسبات انجام یافته در GPU ، باعث خلق تصویری ۳ بعدی در صفحه نمایش ۲ بعدی تلفن همراه می‌شود. همه‌ی این محاسبات سنگین ذکر شده در کسری از ثانیه انجام می‌شوند و تجربه‌ی کاربری ایده‌آلی را برای کاربر به نمایش می‌گذارد. شاید پس از در نظر گرفتن همه‌ی مطالب ذکر شده، گرم شدن تلفن همراه حین بازی کردن، اندکی قابل قبول‌تر به نظر بیاید.

معیارهای تعیین کننده‌ی مناسب یا نامناسب بودن پردازنده گرافیکی موبایل

در مرحله‌ی اول، قدرت پردازش کارهای گرافیکی مانند اجرای روان بازی‌های سنگین، تعیین کننده‌ی خوب بودن پردازنده است. اما این عامل تنها عامل تاثیر گذار روی انتخاب پردازنده گرافیکی ایده‌آل نیست. بهینه بودن و مصرف انرژی پردازنده با در نظر گرفتن اندازه‌ی تراشه‌ی پردازنده، از جمله سایر نکات مهم برای یک پردازنده هستند. برای ساده‌تر کردن فهم این موضوع، پردازنده گرافیکی با اندازه‌ی کمتر از ۲۰ نانومتر را در نظر بگیرید. این پردازنده، به نسبت پردازنده‌ای بزرگتر، بهینه‌تر و بهتر است.

کلام آخر

پردازنده گرافیکی موبایل، از جمله مهم‌ترین قسمت‌های سخت‌افزاری تلفن همراه است. چرا که هر چیزی که در تلفن همراه با آن روبرو می‌شویم، به نوعی، دارای گرافیک است. بالا بودن کیفیت و بهینه بودن این سخت‌افزار باعث اجرای روان نرم‌افزارهای گرافیکی مثل بازی‌ها می‌شود.

هر چقدر GPU موبایل بهتر باشد، نرخ فریم دریافتی در هر ثانیه نیز بالا می‌رود که در نهایت باعث بهتر شدن تجربه‌ی بازی می‌شود. نرخ فریم دریافتی بالا، به معنی اجرای روان و سریع بازی‌ها و تجربه نکردن هر گونه ایستادن فرآیند بازی بخاطر CPU است. در صورت داشتن هر گونه سوال در مورد پردازنده گرافیکی موبایل در بخش نظرات مطرح کنید.

منبع: Androidpit + Guora + Androidguys