A los entusiastas de la tecnología les encanta hablar de potencia de procesamiento y chips, ya sea desde PC y consolas de juegos hasta los últimos teléfonos inteligentes. Hacemos un poco de eso aquí en Autoridad de Android, con una cobertura en profundidad de los últimos procesadores de Arm, Huawei, Qualcomm, Samsung, MediaTek y otros. Para los no iniciados, estos temas están llenos de jerga e ideas abstractas que pueden parecer una pared de ladrillos para comprender incluso preguntas básicas como "¿qué es un SoC?"
Puede llevar años de estudio comprender adecuadamente los detalles más finos del diseño de chips, lo cual no es bueno si simplemente está tratando de investigar una posible compra. Hoy, haremos algo un poco más amigable para los principiantes y explicaremos los entresijos de los chips modernos para teléfonos inteligentes con la menor brujería técnica posible.
Los bloques de construcción de un Snapdragon SoC se pueden ver arriba.
SoC significa System-on-a-Chip. Como su nombre indica, un SoC es un sistema de procesamiento completo contenido en un solo paquete. No es un paquete de chip de procesador único, con el que podría estar familiarizado si alguna vez ha construido una PC. En cambio, un SoC contiene múltiples partes de procesamiento, memoria, módems y otras partes y piezas esenciales fabricadas juntas en un solo chip que está soldado a la placa de circuito.
System-on-a-Chip es el cerebro de su teléfono inteligente.
La combinación de múltiples componentes en un solo chip ahorra espacio, costos y consumo de energía. Los SoC también se conectan a otros componentes, como cámaras, una pantalla, RAM, almacenamiento flash y mucho más. Esencialmente, un SoC es el cerebro de su teléfono inteligente que maneja todo, desde el sistema operativo Android hasta la detección cuando presiona el botón de apagado.
La siguiente lista contiene los componentes más comunes que encontrará dentro de un teléfono inteligente System-on-a-Chip. Vamos a cubrir algunos de los más importantes más adelante en este artículo.
Finalmente, hablar sobre SoC a menudo mencionará algo llamado proceso de fabricación. Está listado como un número en nanómetros (nm). En términos generales, cuanto menor es el tamaño nm, menor es el cableado interno del SoC. Esto es mejor para la eficiencia energética y el tamaño del área de silicio. Aunque existen diferentes métodos de fabricación que pueden dificultar las comparaciones directas. 7nm es actualmente el proceso de fabricación más pequeño disponible utilizado por SoC de teléfonos inteligentes.
Ahora que tenemos una breve descripción de lo que es un SoC, ¿qué tal algunos ejemplos? En el espacio de los teléfonos inteligentes, Qualcomm, Samsung Semiconductor, HiSilicon de Huawei y MediaTek son los cuatro nombres más importantes en el negocio. Lo más probable es que su teléfono inteligente tenga un chip de una de estas compañías.
Qualcomm es el proveedor más grande de SoCs para teléfonos inteligentes, y envía chips para la mayoría de los lanzamientos de teléfonos inteligentes de nivel medio e incluso de gama baja en cada oído. Los SoC de Qualcomm se incluyen en la marca Snapdragon. Los chips premium que cuentan con la mejor tecnología de la compañía están incluidos en el banner de la serie Snapdragon 800, como el último Snapdragon 865. Los productos de nivel medio y súper medio están marcados con los nombres de las series Snapdragon 600 y 700 respectivamente. Como el Snapdragon 765 que tiene conectividad 5G. Los productos de nivel de entrada se nombran bajo la serie 400.
El esquema de nombres Exynos de Samsung ahora se parece mucho al de Huawei. El Kirin 990 es el último chip insignia de Huawei, que viene en variantes 4G y 5G. La serie Kirin 600 es muy parecida a la gama Snapdragon 600, que ofrece especificaciones de nivel medio para teléfonos inteligentes más asequibles. Finalmente, la gama Helio de MediaTek abarca productos asequibles de la serie P hasta la serie G enfocada en juegos y el último buque insignia Dimensity 1000 con 5G.
Es posible que esté familiarizado con el término procesador, ya que a menudo se usa indistintamente con la CPU en este círculo de conversación. Una CPU es el tipo de procesador más utilizado. Está diseñado para ser altamente flexible y adecuado para una amplia gama de tareas. Como tal, la CPU ejecuta el sistema operativo Android y sus aplicaciones. También es en parte responsable de sincronizar los datos entre otros procesadores dentro del SoC.
Como resumen rápido, las CPU funcionan utilizando unidades de predicción, registros y unidades de ejecución. Esto se conoce como la arquitectura de la CPU. Los registros contienen bits de datos o punteros en la memoria, a menudo en formatos de datos de 64 bits. Las unidades de ejecución hacen algo con uno o más registros, como leer y escribir en la memoria o realizar operaciones matemáticas. Se pueden usar varias unidades de ejecución a la vez con la CPU, cada una de ellas tomando un ciclo de reloj o dos para completar su función.
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Las CPU son lo suficientemente flexibles como para adaptarse a una amplia variedad de tareas. El rendimiento se puede aumentar y disminuir cambiando la velocidad del reloj (en GHz), el número de núcleos o cambiando la arquitectura subyacente para hacer más con cada ciclo de reloj. Este último punto es a menudo lo que se conoce como construir una CPU "más ancha" o "más grande", que es la forma en que los chips de teléfono de Apple son tan potentes. Sin embargo, también hay compensaciones de potencia y eficiencia para estos diseños más amplios.
Las CPU dentro de los SoCs para teléfonos inteligentes vienen en una variedad de sabores, todos los cuales están basados en la arquitectura Arm CPU. Los últimos núcleos de CPU de Arm son el gran Cortex-A77 y el pequeño Cortex-A55. Las CPU de teléfonos inteligentes a menudo aparecen en configuraciones de ocho núcleos, con núcleos grandes y potentes para aplicaciones más exigentes y núcleos más pequeños de bajo consumo para garantizar una larga duración de la batería.
Junto con la CPU, la unidad de procesamiento de gráficos (GPU) es otra pieza de hardware tradicional de cálculo de números empaquetada en un teléfono SoC. Las GPU son mucho menos de uso general que las CPU y, como resultado, están diseñadas de manera muy diferente. Están diseñados para recorrer repetidamente las funciones matemáticas en paralelo, lo que pueden hacer mucho más rápido que una CPU normal. Recuerde, hay millones de píxeles para llenar en su pantalla de 1080p, cada uno de los cuales debe calcularse cuando ejecuta una aplicación o su juego favorito.
La mayoría de las operaciones gráficas se repiten una y otra vez para llenar todos los píxeles en su pantalla. Como tal, las GPU están diseñadas para ejecutar muchas matemáticas a la vez en grandes lotes de datos.
A diferencia de las CPU que ejecutan una o dos operaciones cada ciclo, las GPU ejecutan decenas, cientos e incluso miles de operaciones paralelas cada ciclo. Esto depende del tamaño y el rendimiento del diseño de la GPU.
Las dos GPU principales en el espacio de SoC móvil son Arm’s Mali y Qualcomm’s Adreno. Ambos ofrecen versiones más grandes y más pequeñas de la tecnología GPU, con chips emblemáticos en su hardware más potente para juegos 3D. Qualcomm no habla mucho sobre el funcionamiento interno de Adreno, pero sabemos todo sobre Mali. Puedes leer sobre el La última arquitectura de Mali aquí.
Los teléfonos inteligentes son cada vez más juzgados por sus capacidades de fotografía. Si bien el hardware de lente y sensor de gama alta es esencial, Las potentes capacidades de procesamiento de imágenes son una parte igualmente importante de la historia. Solo mira los impresionantes resultados de la configuración simple de hardware de la cámara del Google Pixel 4.
Si bien la edición y el ajuste de imágenes a menudo se realizan en la CPU y la GPU, se realiza un montón de procesamiento en los datos del sensor de la cámara antes de que una imagen se guarde en su teléfono. Un ISP es un DSP especializado que maneja tareas comunes de imágenes como transformaciones de Bayer, enfoque, demostración, nitidez y reducción de ruido. En otras palabras, convierte la información digital de un sensor de cámara en una imagen bonita.
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Esos dos últimos son particularmente importantes en los teléfonos inteligentes, donde los teléfonos más baratos tienden a agudizarse y producir detalles de aspecto blando. Mientras tanto, en la gama alta, el Kirin 990 de Huawei es el primer SoC con reducción de ruido de coincidencia de bloques y filtrado 3D (BM3D) de grado DSLR. Esto produce excelentes resultados en el Huawei Mate 30 Pro.
La conclusión es que las imágenes de gran aspecto requieren un potente procesador de imágenes.
Términos como unidades de procesamiento neuronal, procesadores de inteligencia artificial o núcleos de aprendizaje automático a menudo se usan indistintamente, pero todos tienden a significar lo mismo dentro de los SoC modernos para teléfonos inteligentes: un procesador que está específicamente optimizado para las matemáticas y algoritmos comúnmente utilizados por las redes neuronales.
Al igual que las GPU son procesadores optimizados para matemática gráfica y los ISP están optimizados para tareas de imagen, las NPU son procesadores diseñados específicamente para ejecutar redes neuronales y tareas de aprendizaje automático de manera más rápida y eficiente que las CPU. Las NPU también cuentan con sus propios cachés de memoria local, para acelerar la ejecución sin tener que usar RAM más lenta.
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Las redes neuronales a menudo requieren operaciones que requieren múltiples datos de entrada para generar una sola salida. La operación de acumulación múltiple es particularmente popular, a menudo opera en una variedad de tamaños de datos desde 16 bits hasta 8 e incluso 4 bits de datos. Esto es muy diferente de los tipos matemáticos y de datos utilizados por las CPU, aunque algunas operaciones pueden acelerarse en GPU flexibles.
Las NPU son el último procesador especializado que se ha introducido en los SoC telefónicos. Aunque está reservada principalmente para chips de nivel insignia, esta tecnología se trasladará a teléfonos más asequibles en el futuro cercano.
La pieza final de un teléfono inteligente moderno SoC es el módem de datos, que le permite acceder a las redes de datos de su operador. Los diferentes módems también determinan la velocidad y la calidad de su conexión de datos. Los módems más potentes alcanzan velocidades superiores a 1 Gbps. También hay módems para datos de Wi-Fi y Bluetooth, pero hoy nos estamos centrando en módems 4G y 5G.
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Todos los SoC actuales para teléfonos inteligentes cuentan con módems 4G integrados. Esto significa que el módem 4G está ubicado dentro del SoC. Los primeros módems 5G para teléfonos inteligentes son externos, lo que significa que deben conectarse al SoC principal. Esto es menos eficiente desde el punto de vista energético, pero facilita la implementación de características de alta gama y brinda flexibilidad al fabricante mientras que las redes 5G se implementan para más consumidores.
Los primeros SoC con módems y capacidades 5G integrados ya están aquí. Huawei tiene una versión 5G de su Kirin 990 y Snapdragon 765 de Qualcomm ofrece 5G integrado. Sin embargo, los módems 5G más potentes siguen siendo externos. Los módems Snapdragon X55 de Qualcomm y Exynos 5123 de Samsung proporcionan velocidades más rápidas que sus homólogos integrados, así como el soporte mmWave. Los teléfonos 5G insignia de 2020 se quedarán con módems externos por un tiempo más.
Los entusiastas de los teléfonos adoran comparar las especificaciones de CPU y GPU, pero esto se está volviendo menos relevante a medida que el rendimiento madura y se requieren nuevas capacidades. Los SoC de teléfonos inteligentes son cada vez menos sobre una sola capacidad y más sobre un enfoque de cómputo heterogéneo para resolver problemas de procesamiento.
Los teléfonos de hoy manejan una gama más amplia de cargas de trabajo que nunca. Como resultado, el número de procesadores dedicados dentro de cada chip continúa aumentando. Desde componentes básicos de CPU y GPU hace unos años, hasta DSP, ISP avanzados y NPU en la actualidad. Estas partes menos comentadas son cada vez más importantes con los avances en seguridad, aprendizaje automático y 5G.
Para obtener más información sobre conjuntos de chips específicos para teléfonos inteligentes, consulte nuestra selección de guías a continuación:
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