SoC в смартфоне: что такое, из чего состоит, основные характеристики

Неотъемлемой частью любого смартфона является однокристальная система, она же SoC (System-on-Chip), она же чипсет, она же процессор.

Последнее, впрочем, технически некорректно, но в силу привычки, сформировавшейся еще во времена развития настольных компьютеров, так ее тоже называют.

Рассмотрим, что представляет собой эта микросхема, чем отличается от всех прочих, и как оценивать степень ее продвинутости с точки зрения обычного пользователя смартфона.

Концепция однокристальной системы

Чем более совершенными становятся компьютеры, тем больше их элементов разработчикам удается упаковать в один чип.

Когда-то существовал целый ворох разнообразных контроллеров (памяти, клавиатуры, гибких и жестких дисков), но со временем все это утрамбовалось в т.н. «мосты», которые тоже, кстати, иногда называют чипсетами.

В смартфонах же все это зашло еще дальше. Здесь нет никаких мостов, контроллеров графики – практически все компоненты собраны в единую микросхему, представляющую собой почти полностью собранный компьютер.


«Почти» - потому что память (как оперативная, так и флеш) все-таки устанавливается на плату отдельно.

Впрочем, это касается только смартфонов: существуют однокристальные схемы другого назначения, в которых память также собрана на одном чипе.

Есть системы, которые в одном корпусе объединяют несколько чипов, когда по тем или иным причинам (например, разница в техпроцессе) все компоненты не удается разместить на одном кристалле. Но это опять-таки не про смартфоны.

Почему это выгодно?

Основная причина – упрощение общей конструкции устройств. Монтаж одной единственной микросхемы вместе с несколькими десятками других элементов существенно проще, чем целой кучи чипов, а то и плат, как это было в прошлом веке в древних советских компьютерах типа БЭСМ, ЕС и СМ.

При этом повышается надежность изделия, а главное, что особо критично для мобильных устройств – уменьшаются его габариты.

Но этим удобство решения не ограничивается. За счет использования однокристальных систем снижается энергопотребление устройства, а также упрощается конструкция для отвода лишнего тепла.


Просто потому, что разместить один единственный радиатор на корпусе одной же микросхемы проще, чем три-четыре, как, например, в стационарных компьютерах.

Впрочем, и в них постепенно отходят от старой концепции «чипсета» расцвет которой совпал с триумфальным шествием CISC архитектуры.

Сегодня все чаще вместо x86 процессоров используются такие же ARM чипы, как и в смартфонах. Пока что – только в ноутбуках, но лиха беда начало.

Из чего состоит SoC смартфона

Как было сказано выше, однокристальная система для каждого отдельно взятого типа устройств имеет свою специфику. SoC для роутера или, скажем, микроволновки сильно отличается от чипсета телефона.

В современных моделях чипов для смартфонов в подавляющем большинстве случаев имеет место следующий состав:

• Центральный процессор (CPU).
  
• Графический процессор (GPU).
  
• Процессор обработки изображений (ISP).
  
  
  Читайте также: Худшие смартфоны Samsung за последние годы.
• Нейропроцессор (NPU).
  
• Модуль интерфейсов, позволяющий работать с Wi-Fi, Bluettoh и некоторыми другими технологиями.
  
• Модуль сотовой связи, он же модем.
  
• Навигационный модуль.
  
• Аудиомодуль.
  

Разумеется, в вышеназванном списке перечислено далеко не все. Например, разнообразная «мелочевка» типа всевозможных контроллеров памяти, питания, быстрой зарядки.

Кроме того, у некоторых SoC, в первую очередь, флагманских, есть своя специфика. Может иметься специальное защищенное хранилище для деликатной информации, модем или аудиочип могут быть не интегрированными, а дискретными.

Кроме того, многие модули могут включать в себя отдельные субмодули или, как их еще называют, сопроцессоры.

«Ядерность» чипсета

Вообще, говоря, многие модули SoC имеют многоядерную структуру, не только CPU. Она имеется у графического процессора, ISP, нейропроцессора и т.п. – т.е., у всех элементов, что так или иначе отвечают за обработку информации.

Однако для среднего пользователя почему-то важно именно число ядер в центральном процессоре. Еще один атавизм минувших десятилетий.

К настоящему моменту подавляющее большинство чипсетов для смартфонов имеет восемь ядер. Некоторые модели среднего сегмента – шесть, а среди бюджетных решений все еще встречаются четырехъядерные платформы.


Последние, впрочем, сводятся к серии MediaTek Helio A20 и A22, а также разнообразному антиквариату для 3G устройств, последние представители которых вышли на рынок пять-шесть лет назад.

Так что с точки зрения выбора модели приобретаемого смартфона этот показатель давным-давно неактуален.

Другое дело – состав ядер. Qualcomm в свое время создала удачнейшее архитектурное решение под названием big.LITTLE и с тех пор всячески его развивала.

К настоящему времени оно трансформировалось в DynamIQ – систему из нескольких ядер различной производительности, которая позволяет задействовать любое количество и набор из них для решения какой-либо отдельно взятой задачи.


И вот тут мы имеем три категории:

• Суперъядра.
  
• Высокопроизводительные ядра.
  
• Энергоэффективные ядра.
  

Первые присутствуют пока что только в SoC верхней ценовой категории: флагманских, субфлагманских и самых продвинутых из среднего класса.

Еще недавно типовым решением было 4 высокопроизводительных и 4 энергоэффективных ядра, затем одно из высокопроизводительных было заменено суперъядром, а в последние три года набор комбинаций еще больше расширился.

Техпроцесс

В отличие от количества ядер, с этой характеристикой все предельно просто: чем он меньше, тем более продвинутым является чипсет.

Техпроцесс влияет на размер и взаимное расположение элементов, входящих в состав чипа. С одной стороны, это позволяет увеличить их количество.

Так, у актуального на момент написания статьи «яблочного» чипсета Apple A17 Pro, производящегося по 3 нм техпроцессу, целых 19 млрд транзисторов.

Тогда как у A14 Bionic, отстающего от него на 3 года и созданного на основе 5 нм техпроцесса, их всего лишь 11,8 млрд, т.е., почти вдвое меньше.

С другой стороны, снижается потребление энергии. Для мобильных устройств это не менее актуально в силу причин, изложенных выше.

Впрочем, далеко не всегда это происходит с выходом нового поколения SoC: у той же Qualcomm не раз и не два были проблемы с чересчур «горячими» чипами, которые безобразно троттлили.

Однако есть у продвинутого техпроцесса и недостаток – очень уж он дорог, и с каждым новым «откушенным» нанометром – все дороже.

На данный момент вендоры, выпускающие смартфоны, в сомнении касаемо свежайшего Qualcomm Snapdragon 8 Gen 3. Всем-то он хорош, и производительность сказочная, но цена такая, что проще отказаться от него в пользу более демократичных MediaTek Dimensity.

На данный момент наиболее старым техпроцессом является 12 нм: более старые 14 нм чипы в смартфонах фактически вышли из употребления.

Тактовая частота

Когда вы видите этот параметр в спецификациях, следует понимать, что какой-то стабильной тактовой частоты у современных процессоров нет.

То, что указано – всего лишь пиковое значение для каждой группы ядер. На практике частота меняется в зависимости от температуры чипа.

Если она поднимается выше установленной величины, то процессор начинает пропускать такты, иначе говоря – троттлить. Таким образом частота временно снижается, и происходит это до тех пор, пока температура не вернется в норму.


В современных SoC тактовая частота суперъядер и высокопроизводительных кластеров находится в районе трех с небольшим гигагерцев. Увеличить ее не представляется возможным, поскольку достигнут предел, обусловленный характером физических законов.

Поэтому дальнейшее развитие процессоров идет не экстенсивно, а интенсивно: внедряются технологии, позволяющие при тех же значениях частот и количестве ядер получать в итоге более высокую производительность.

Ну, или не расходовать ее попусту, гоняя чип вхолостую под малыми нагрузками.

Поддержка технологий

Достаточно широкий вопрос, включающий в себя все: от работы с сотовыми сетями различных поколений до использования повышенных частот обновления дисплея.

Говоря проще, если две SoC имеют сопоставимую производительность, это вовсе не означает, что они равноценны в функциональном отношении.

Где-то может не быть поддержки Wi-Fi 6 и выше, где-то – недостаточное разрешение камер, отсутствие возможности использовать более современную память и т.п.

Особенно это относится к моделям 2-3 летней давности, которые в свое время были субфлагманскими или даже флагманскими, а затем «съехали» сегментом ниже.

Они могут превосходить в бенчмарках более современные чипсеты среднего класса, но серьезно проигрывать им по части возможной оснащенности.


Тем не менее, использование подобных чипов производителями практикуется, особенно если остались неиспользованные в свое время запасы.

Кроме того, следует отметить поддержку фирменных технологий. Особенно этим любит «баловаться» Qualcomm: тут и звук aptX, и быстрая зарядка Qiuck Charge и много чего еще.

Для пользователя это означает появление не полностью совместимой периферии, не позволяющей в полной мере реализовать ее возможности при работе со смартфонами на платформе других чипмейкеров.

Различные регуляторы борются с этой порочной практикой, и зачастую – вполне успешно.

На что обращать внимание при выборе смартфона

Первое, что следует сделать – это выяснить, насколько данная конкретная SoC соответствует ценовому сегменту модели, в которую она установлена.

В равных по цене девайсах, например, может стоять как MediaTek Helio G99, так и Helio G37. Если первая – вполне пристойное решение для недорогого смартфона, то последняя – то, что называется «дно».

Как это сделать? В сети достаточно сайтов, на которых можно найти информацию о том, в каких моделях используется тот или иной чип. Достаточно пройтись по списку и сравнить цены.

Если речь идет о флагманском или субфлагманском сегменте, то для таких чипсетов пишется немало обзоров и статей. И если чип проблемный – это непременно станет достоянием общественности.


Немало информации несут рейтинги бенчмарков, как широкого профиля, вроде AnTuTu, так и специализированных, типа DxOMark.

Но к ним тоже стоит подходить критически, поскольку скандалы с подтасовкой результатов за счет использования специфических возможностей того или иного чипа случаются довольно-таки часто.

Также стоит понимать, что не все зависит непосредственно от SoC. Ее возможности могут быть сильно урезаны, например, малым количеством оперативной памяти, плохой конструкцией теплоотвода или некачественным софтом фирменной оболочки.


В результате потенциал чипсета просто не будет реализован в полной мере.

В заключение

Современный рынок чипсетов для смартфонов все больше сужается по количеству игроков. У Huawei проблемы из-за торговой войны, самсунговские «ухоносы» давным-давно стали притчей во языцех, Unisoc так и не смогла совершить качественный рывок – ее серия среднего класса Tanggula провалилась на рынке.

Так что при выборе Android смартфона альтернатив не так уж много. Qualcomm и MediaTek, да еще стоящая особняком Google со своими Tensor, которые, как и чипы Apple, не используются в устройствах сторонних производителей.