Графический процессор (GPU) является не менее важным компонентом SoC мобильного устройства, чем центральный процессор (CPU). За последние пять лет бурное развитие мобильных платформ Android и iOS подстегнуло разработчиков мобильных графических процессоров, и сегодня никого не удивить мобильными играми с трехмерной графикой уровня PlayStation 2 или даже выше. Вторую статью цикла “Ликбез по мобильному железу” я посвятил графическим процессорам.
В настоящее время бОльшую часть графических чипов производят используя ядра: PowerVR (Imagination Technologies), Mali (ARM), Adreno (Qualcomm, ранее ATI Imageon) и GeForce ULP (nVIDIA).
PowerVR — это подразделение компании Imagination Technologies, которая в недавнем прошлом разрабатывала графику для настольных систем, но под давлением ATI и nVIDIA вынуждена была покинуть этот рынок. Сегодня PowerVR разрабатывает, пожалуй, самые мощные GPU для мобильных устройств. Чипы PowerVR используют при производстве процессоров такие компании, как Samsung, Apple, Texas Instruments и др. Например, разные ревизии GPU от PowerVR установлены во всех поколениях Apple iPhone. Актуальными остаются серии чипов 5 и 5XT. К пятой серии относятся одноядерные чипы: SGX520, SGX530, SGX531, SGX535, SGX540 и SGX545. Чипы серии 5XT могут иметь от 1 до 16 ядер: SGX543, SGX544, SGX554. Спецификации 6 серии (Rogue) пока уточняются, но уже известен диапазон производительности чипов серии — 100-1000GFLOPS.
Mali — это графические процессоры, разрабатываемые и лицензируемые британской ARM. Чипы Mali являются составной частью различных SoC, производимых Samsung, ST-Ericsson, Rockchip и др. Например, Mali-400 MP входит в состав SoC Samsung Exynos 421x, используемых в таких смартфонах, как Samsung Galaxy SII и SIII, в двух поколениях “смартфонпланшетмаша?” Samsung Note. Актуальным на сегодня является Mali-400 MP в двух- и четырехядерных вариантах. На подходе чипы Mali-T604 и Mali-T658, производительность которых до 5 раз выше, чем у Mali-400.
Adreno — это графические чипы, которые разрабатывает одноименное подразделение американской Qualcomm. Название Adreno является анаграммой от Radeon. До Qualcomm подразделение принадлежало ATI, а чипы носили название Imageon. Последние несколько лет Qualcomm при производстве SoC использовала чипы 2xx серии: Adreno 200, Adreno 205, Adreno 220, Adreno 225. Последний из списка — совсем свежий чип — выполненный по 28нм технологии, самый мощный из Adreno 2хх серии. Его производительность в 6 раз выше, чем у «старичка» Adreno 200. В 2013 году все больше устройств получат графические процессоры Adreno 305 и Adreno 320. Уже сейчас 320-ый установлен в Nexus 4 и китайскую версию Nokia Lumia 920T, по некоторым параметрам чип в 2 раза мощнее 225-го.
GeForce ULP (ultra-low power) — мобильная версия видео-чипа от nVIDIA, входит в состав системы-на-кристалле Tegra всех поколений. Одним из важнейших конкурентных преимуществ Tegra является специализированный контент, предназначенный только для устройств на основе этой SoC. У nVIDIA традиционно тесная связь с разработчиками игр, и их команда Content Development работает вместе с ними для того, чтобы оптимизировать игры для графических решений GeForce. Для доступа к таким играм nVIDIA даже запустила Android-приложение Tegra Zone, специализированный аналог Android Market, в котором можно скачать оптимизированные для Tegra приложения.
Производительность графических процессоров обычно измеряется по трем параметрам:
— количество треугольников в секунду обычно в миллионах — Мега (MTriangles/s);
— количество пикселей в секунду обычно в миллионах — Мега (MPixel/s);
— количество операций с плавающей точкой в секунду обычно в миллиардах — Гига (GFLOPS).
По «флопсам» требуется небольшое пояснение. FLOPS (FLoating-point Operations Per Second) — это количество вычислительных операций или инструкций, выполняемых над операндами с плавающей точкой (запятой) в секунду. Операнд с плавающей точкой — это нецелое число (корректней было бы сказать «с плавающей запятой», ведь знаком, отделяющим целую часть числа от дробной в русском языке является именно запятая). Понять какой графический процессор установлен в твоем смартфоне поможет ctrl+F и таблица приведенная ниже. Обратите внимание на то, что GPU разных смартфонов работают на разной частоте. Что бы вычислить производительность в GFLOPS для конкретной модели необходимо число указанное в столбце «производительность в GFLOPS» разделить на 200 и умножить на частоту отдельно взятого GPU (например в Galaxy SIII GPU работает на частоте 533МГц значит 7,2 / 200 * 533 = 19,188):
| Название смартфона/планшета | Процессор | Графический процессор | Производительность в GFLOPS |
| Samsung Galaxy S 4 | Samsung Exynos 5410 | PowerVR SGX544MP3 | 21,6 @200МГц |
| HTC One | Qualcomm Snapdragon 600 APQ8064T | Adreno 320 | 20,5 @200МГц |
| Samsung Galaxy S III, Galaxy Note II, Galaxy Note 10.1 | Samsung Exynos 4412 | Mali-400 MP4 | 7,2 @200МГц |
| Samsung Chromebook XE303C12, Nexus 10 | Samsung Exynos 5250 | Mali-T604 MP4 | 36 @200МГц |
| Samsung Galaxy S II, Galaxy Note, Tab 7.7, Galaxy Tab 7 Plus | Samsung Exynos 4210 | Mali-400 MP4 | 7,2 @200МГц |
| Samsung Galaxy S, Wave, Wave II, Nexus S, Galaxy Tab, Meizu M9 | Samsung Exynos 3110 | PowerVR SGX540 | 3,2 @200Мгц |
| Apple iPhone 3GS, iPod touch 3gen | Samsung S5PC100 | PowerVR SGX535 | 1,6 @200Мгц |
| LG Optimus G, Nexus 4, Sony Xperia Z | Qualcomm APQ8064(ядра Krait) | Adreno 320 | 20,5 @200МГц |
| HTC One XL, Nokia Lumia 920, Lumia 820, Motorola RAZR HD, Razr M, Sony Xperia V | Qualcomm MSM8960(ядра Krait) | Adreno 225 | 12,8 @200МГц |
| HTC One S, Windows Phone 8x, Sony Xperia TX/T | Qualcomm MSM8260A | Adreno 220 | ~8,5* @200МГц |
| HTC Desire S, Incredible S, Desire HD, SonyEricsson Xperia Arc, Nokia Lumia 800, Lumia 710 | Qualcomm MSM8255 | Adreno 205 | ~4,3* @200МГц |
| Nokia Lumia 610, LG P500 | Qualcomm MSM7227A | Adreno 200 | ~1,4* @128МГц |
| Motorola Milestone, Samsung i8910, Nokia N900 | TI OMAP3430 | PowerVR SGX530 | 1,6 @200Мгц |
| Samsung Galaxy Nexus, Huawei Ascend P1, Ascend D1, Amazon Kindle Fire HD 7″ | TI OMAP4460 | PowerVR SGX540 | 3,2 @200Мгц |
| RIM BlackBerry Playbook, LG Optimus 3D P920, Motorola ATRIX 2, Milestone 3, RAZR, Amazon Kindle Fire первого и второго поколений | TI OMAP4430 | PowerVR SGX540 | 3,2 @200Мгц |
| Motorola Defy, Milestone 2, Cliq 2, Defy+, Droid X, Nokia N9, N950, LG Optimus Black, Samsung Galaxy S scLCD | TI OMAP3630 | PowerVR SGX530 | 1,6 @200Мгц |
| Acer Iconia Tab A210/A211/A700/ A701/A510, ASUS Transformer Pad, Google Nexus 7, Eee Pad Transformer Prime, Transformer Pad Infinity, Microsoft Surface, Sony Xperia Tablet S, HTC One X/X+, LG Optimus 4X HD, Lenovo IdeaPad Yoga | nVidia Tegra 3 | GeForce ULP | 4,8 @200МГц |
| Acer Iconia Tab A500, Iconia Tab A501, Iconia Tab A100, ASUS Eee Pad Slider, Eee Pad Transformer, HTC Sensatoin/XE/XL/4G, Lenovo IdeaPad K1, ThinkPad Tablet, LG Optimus Pad, Optimus 2X, Motorola Atrix 4G, Electrify, Photon 4G, Xoom, Samsung Galaxy Tab 10.1, Galaxy Tab 8.9, Sony Tablet P, Tablet S | nVidia Tegra 2 | GeForce ULP | 3,2 @200МГц |
| Apple iPhone 5 | Apple A6 | PowerVR SGX543MP3 | 19,2 @200МГц |
| Apple iPad 2, iPhone 4S, iPod touch 5gen, iPad mini | Apple A5 | PowerVR SGX543MP2 | 12,8 @200МГц |
| Apple iPad, iPhone 4, iPod touch 4gen | Apple A4 | PowerVR SGX535 | 1,6 @200МГц |
* — данные приблизительные.
Приведу еще одну таблицу с абсолютными значениями производительности самых популярных смартфонов верхнего ценового диапозона:
| Название смартфона | Процессор | Графический процессор | Производительность, GFLOPS |
| Samsung Galaxy S 4 | Samsung Exynos 5410 | PowerVR SGX544MP3 | 57,6 @533МГц |
| HTC One | Qualcomm Snapdragon 600 APQ8064T | Adreno 320 | 51,2 @500МГц |
| Sony Xperia Z | Qualcomm Snapdragon S4 Pro APQ8064 | Adreno 320 | ~44,3 @433МГц* |
| Apple iPhone 5 | Apple A6 | PowerVR SGX543MP3 | 25,5 @266МГц |
* — неофициальные данные.
Мощность мобильной графики растет от года к году. Уже в этом году в топовых смартфонах мы можем увидеть игры уровня PS3/X-Box360. Одновременно с мощностью сильно растет энергопотребление SoC и неприлично снижается автономность мобильных устройств. Что ж, будем ждать прорыва в области производства источников питания!
Еще один пожиратель энергии в современном мобильном устройстве — это, безусловно, дисплей. Экраны в мобильных телефонах становятся все краше. Дисплеи смартфонов выпущенных с разницей всего лишь в год, разительно отличаются по качеству картинки. В следующей статье цикла я расскажу о дисплеях: каких типов они бывают, что такое PPI, от чего зависит энергопотребление и прочее.