Systemchip

Systemchip

Våra krav på hög prestanda ökar i takt med att våra mobiler och surfplattor blir alltmer funktionsrika. De grafiska gränssnitten måste flyta utan att hacka, det ska gå snabbt att starta appar och det ska gå att spela avancerade spel. I mångt och mycket har mobil­erna och surfplattorna blivit den breda massans portabla spelkonsoler. Appbutikerna kryllar av spel som sträcker sig från enkla Pong- och Pacman-liknande spel till racing-, krigs- och strategispel med grafik i klass med moderna datorspel. Det krävs en hel del av mobilen respektive surfplattan för att kunna driva så tunga spel, och komponenten som har störst inverkan är det så kallade systemchippet (SOC:n).

Systemchip

I vanliga bärbara och stationära datorer sitter processorn som en självständig ­komponent på moderkortet. Den sammanlänkas via moderkortet med RAM-minnet och grafik­kortet eller grafikkretsen (vilken i enklare system kan vara inbyggd i processorn). Läs mer om processorns, RAM-minnets och grafikkortets  respektive funktioner i bokens datorsektion.

I konstruerandet av mobiler och surfplattor eftersträvas alltid att komponenterna ska ta minsta möjliga plats. För att åstadkomma det vill tillverkarna bygga in så mycket funktionalitet som möjligt i ett och samma chip. På mobilernas moderkort brukar det därför sitta ett systemchip som bakar samman processorkärnor, grafik­kärnor, kommunikationsanslutningar och ibland även mobilradiofunktioner. RAM-minnet brukar också vara tätt kopplat till systemchippet och de två komponenterna är ofta sammanpaketerade till en och samma kapsel för att spara plats (lösningen kallas Pop, Package on Package).

Systemchip (SOC)
Processor Grafikkrets RAM-minnesanslutningar Kommunikations-anslutningar

ARM-baserade systemchip

Som det beskrevs i Datorn  är det vanligast med ARM-baserade systemchip i mobiler och i merparten av alla surfplattor. iOS är ett operativsystem som är gjort för att köras på ARM-hårdvara. Android är lite speciellt då det kan köras på både ARM- och X86-hårdvara (X86 är samma hårdvara som Windows och Mac OS körs på). Det är dock mycket vanligare med ARM-baserade Android-mobiler än X86-baserade sådana.

De flesta av de ARM-baserade systemchippen i våra mobiler och surfplattor tillverkas av tre företag. Det finns betydligt fler företag som tillverkar ARM-baserade systemchip, men vi ser sällan deras systemchip i våra mobiler och surfplattor. Däremot ser vi ofta systemchip från Qualcomm (Snapdragon), Samsung (Exynos) och Apple (A-serien).

Här följer exempel på familjer av systemchip och ett urval av flaggskeppsmobiler och -surfplattor som de används i. Notera att Samsung använder både Qualcomm och Exynos i samma modeller, beroende på marknad.

Huawei, som på senaste åren blivit allt större i Norden, tillverkar sina egna chip (likt Samsung). Det gör de genom deras helägda bolag Hisilicon och deras systemchip Kirin (t.ex. Kirin 960).

TillverkareSystemchipfamiljAnvänds i
Qualcomm Snapdragon Asus Zenfone 5Z
Google Pixel 2
HTC U11
LG G6
Samsung Galaxy S9
Samsung Galaxy Note 8
Sony XZ2
Samsung Exynos Samsung Galaxy S9
Samsung Galaxy Note 8
Apple A-familjen iPhone 7
iPhone 8
iPhone X
iPad och iPad Pro

I varje familj av systemchip finns flera prestandanivåer och många olika systemchipmodeller. Det är samma upplägg som finns i processorbranschen för datorer. Där har Intel sin Core-familj med flera olika prestandanivåer (Core i3, Core i5 och Core i7). I systemchipbranschen har Qualcomm sin Snapdragon-familj med liknande prestandanivåupplägg (Snapdragon 200, Snapdragon 400, Snapdragon 600 och Snapdragon 800). Snapdragon-familjen behandlas närmare längre fram i detta kapitel.

I ett systemchip

Systemchiptillverkarnas uppgift är att kombinera den, enligt dem, perfekta sammansättningen av processorkärnor, grafikkärnor och kommunikationslösningar (t.ex. Bluetooth, trådlöst nätverk och 4G). De bakar samman allt detta till ett chip som de sedan antingen säljer till mobil- och surfplattetillverkare eller använder i sina egna mobiler och surfplattor.

Snapdragon 835, som sitter i Samsung Galaxy S8, har som exempel en åttakärnig processor, en kraftfull grafikkrets, stöd för Wireless AC med Mu-Mimo och Bluetooth 5 samt ett 4G-modem inbakat på ett och samma chip!

Systemchippens processorkärnor

Den för prestandan viktigaste delen av ett systemchip är processorkärnorna. ARM Holdings (bolaget som ligger bakom ARM) designar ARM-baserade processorkärnor som de låter systemchiptillverkarna använda som CPU:er i sina systemchip. Dessa processorkärnor går under familjenamnet Cortex och används av bland annat Samsung i deras Exynos-systemchip.

ARM Cortex-logotypen
ARM Cortex-logotypen

Vissa andra systemchiptillverkare designar egna processorkärnor som är kompatibla med ARM-arkitekturen, vilket innebär att de kan instrueras på samma sätt som Cortex-kärnorna. De är därmed också kompatibla med samma mjukvaror. Qualcomm utvecklar exempelvis själva sina kärnor som kallas Krait eller Kryo (beroende på generation).

Klockfrekvens

Systemchippens processorer kan likt vanliga datorprocessorer ha olika klockfrekvenser (hastigheter), olika antal kärnor, vara olika strömsnåla och olika effektiva. När en systemchiptillverkare ställer in klockfrekvensen på processorkärnorna görs det utifrån en kompromiss mellan prestanda och strömförbrukning. En högre klockfrekvens leder till högre prestanda och kortare batteritid. En lägre klockfrekvens leder till motsatsen.

Med årens gång har vi fått allt högre klockfrekvenser. Det har möjliggjorts genom att samtidigt krympa processorkärnorna och därigenom få dem att dra mindre ström.

Snapdragon 821 sitter i bland annat LG G6 och Google Pixel. Snapdragon 821-systemchippet i LG G6 är dock lite snabbare än den i Google Pixel. De kraftfulla kärnorna (läs mer nedan) i LG-mobilen är högre klockade (2,35 GHz jämfört med 2,15 GHz) och därför snabbare. Om mobilerna hade kört exakt samma mjukvara hade därmed LG G6 varit lite snabbare. Då mjukvaran skiljer sig mellan dessa mobiler kan inte någon sådan slutsats dras.

LG G6 och Google Pixel använder samma systemchip (Snapdragon 821).
LG G6 och Google Pixel använder samma systemchip (Snapdragon 821).

En jämförelse av systemchipkärnornas klockfrekvenser är sällan relevant att göra. Systemchippen måste vara av samma generation, ha lika många kärnor och driva samma mjukvara för att en sådan jämförelse ska säga något om användarupplevelsen.

Antal kärnor

Precis som i datorsammanhang är inte fler kärnor ekvivalent med högre prestanda. Mjukvaran måste kunna dra nytta av alla kärnor för att prestandan ska öka. I skrivande stund (mars 2018) är det standard att utrusta flaggskeppsmobiler med fyr- eller åttakärniga processorer.

I vanliga fyrkärniga processorer ställs klockfrekvensen in som en kompromiss mellan prestanda och strömförbrukning. Stor-och-liten-principen i åttakärniga processorer medför att ingen sådan kompromisslösning behöver vidtas. I stället utrustas systemchippet med fyra långsamma och strömsnåla kärnor samt fyra strömhungriga och snabba kärnor. Stor-och-liten-principen används även i moderna fyrkärniga processorer (t.ex. Snapdragon 821).

Processorbelastning vid utförande av prestandauppgifter (t.ex. gaming).
Processorbelastning vid utförande av prestandauppgifter (t.ex. gaming).
Processorbelastning vid utförande av enkla uppgifter (t.ex. skrolla på en webbsida).
Processorbelastning vid utförande av enkla uppgifter (t.ex. skrolla på en webbsida).

32 eller 64 bitar

Vid millennieskiftet påbörjades övergången från 32-bitarssystem till 64-bitarssystem i datorbranschen (läs mer i 32- och 64-bitarsprocessorer). 2013 påbörjades samma övergång i mobil- och surfplattebranschen. I samband med lanseringen av iPhone 5s och iPad Air började Nordens befolkning gå runt med ­64-bitarsmobiler i fickorna och väskorna. Inuti nämnda enheter satt nämligen Apples 64-bitarsbaserade systemchip A7.

Att mobilernas och surfplattornas systemchip förr eller senare skulle bli 64-bitars­baserade var redan bestämt. ARM Holdings hade lagt grunden för det genom att färdigställa den första 64-bitarsversionen av ARM-arkitekturen (ARM v8). Att Apple valde den till sitt A7-systemchip kom dock som en överraskning. Förväntningarna var att den 32-bitarsbaserade ARM v7-arkitekturen skulle fortsätta att användas ett bra tag till.

ARM v8 är en helt ny arkitektur. Den innehåller exekveringsstöd för både 32- och 64-bitarsmjukvara, så att inte all mjukvara måste skrivas om för att fungera. Mjukvarorna måste dock skrivas om för att de ska kunna dra nytta av fördelarna som ARM v8 möjliggör.

Den främsta anledningen till övergången till 64-bitarssystem är, precis som det var i datorsammanhang, möjligheten att ha mer än 4 GB RAM-minne. Det var inget problem som Apple behövde en lösning på 2013, eftersom deras flaggskepp vid den tidpunkten (iPhone 5s och iPad Air) endast hade 1 GB RAM-minne. Samtidigt fanns det heller ingen anledning för Apple att vänta med 64-bitarsövergången. I samband med släppet av iOS 7 introducerade Apple en ny grafisk designprincip som gjorde att apptillverkarna ändå behövde uppdatera sina appar för att de skulle se moderna ut. Eftersom det inte råder någon tvekan om att 64-bitarssystem är framtiden var det ett lämpligt tillfälle för Apple att påbörja övergången. Övergången avslutas troligtvis i samband med iOS 11, då iOS förväntas plocka bort stödet för 32-bitsappar, trots att det i skrivande stund inte finns någon iOS-enhet med mer än 4 GB minne (iPad Pro har just 4 GB). Övergången sker framförallt av prestandaskäl.

På Android-fronten finns det dock enheter som utrustats med mer än 4 GB minne. Till exempel har Oneplus 3T och Samsung Galaxy S9+ 6 GB minne. Google gav Android stöd för 64-bitarssystemchip i samband med Android 5.0 (Lollipop) 2014. De flesta nya flaggskeppsmodellerna utrustas med 4 GB minne eller mer. Stödet för 32-bitarsappar finns dock fortsatt kvar.

Systemchippens grafikkretsar

Grafikkretsen är en annan viktig del av systemchippet. Med en kraftfull sådan går det idag att driva samma spel på mobiler och surfplattor som det krävdes datorer med riktiga grafikkort till för bara några år sedan. ARM Holdings designar själva grafikkretsar under varumärket Mali och de används av bland annat Samsung i flera av Exynos-systemchippen. Apple förlitade sig tidigare på grafikkretsar designade av Technologies kallade PowerVR. Från och med A11 Bionic tillverkar dock Apple sina egna grafikkretsar. Qualcomm föredrar sina egendesignade grafikretsar Adreno.

Med tre stora konkurrenter drivs utvecklingen av mobila gaminggrafikkretsar framåt i rasande fart. Flera gånger per år släpps pressreleaser som beskriver hur en konkurrents grafikkrets utklassar en annan konkurrents grafikkrets.

Att jämföra grafikkretsar i systemchip utifrån deras specifikationer är om möjligt ännu svårare än att jämföra systemchippens processorer. Som tur är brukar systemchip byggas upp med balans mellan processorkraft och grafikkraft.

Qualcomm Snapdragon

Qualcomms Snapdragon-familj är en av de mest populära systemchipfamiljerna idag. För att hjälpa slutkunderna att förstå hur mycket kraft som finns i något av deras systemchip har Qualcomm delat upp systemchippen i fyra serier: Snapdragon 200, Snapdragon 400, Snapdragon 600 och Snapdragon 800.

Ju högre den första siffran i systemchippets namn är, desto högre prestandaserie tillhör det. Snapdragon 845 (8 som första siffra) tillhör alltså den högsta prestandaserien. Motsatsen är Snapdragon 200 som tillhör Qualcomms instegsserie av systemchip för budgetmobiler.

SerieExempel på systemchip
Snapdragon 200 Snapdragon 212
Snapdragon 400 Snapdragon 425, Snapdragon 427
Snapdragon 600 Snapdragon 617, Snapdragon 626, Snapdragon 653
Snapdragon 800 Snapdragon 820,Snapdragon 821, Snapdragon 835, Snapdragon 845

Systemchippen går att jämföra med varandra inom sina respektive serier. I och med att Snapdragon 845 har en högre siffra i 800-serien än exempelvis Snapdragon 835, går det att dra slutsatsen att 845 är kraftfullare.

Jämförelser mellan serier kan däremot inte göras. Snapdragon 805 är inte ­nödvändigtvis bättre än Snapdragon 652. Det beror på att Snapdragon 805 är två generationer äldre än Snapdragon 652. Snapdragon 805 var populärt i mobiler som lanserades 2014, medan Snapdragon 652 användes i mobiler från 2016. Dessutom är Snapdragon 652 ett 64-bitarssystemchip medan Snapdragon 805 är ett 32-bitarssystemchip.

Qualcomm Snapdragon

Vid jämförelse av Snapdragon-systemchip bör alltså först serien vägas in (vilket prestanda­segment det tillhör), sedan gäller att ju högre siffran i serien är desto bättre är systemchippet.

Apple A-familjen

Jämförelser mellan systemchip i Apples A-familj är synnerligen enkel. Apple har en tradition av att lansera nya systemchip en gång per år och då helt enkelt öka siffran som efterföljer bokstaven A i namnet (t.ex. från A10 till A11). Ju högre siffran är, desto kraftfullare är systemchippet.

Apple släpper även prestandaversioner av sina systemchip. Dessa systemchip har namn som slutar på bokstaven X. Apple A9 innehöll exempelvis två kärnor klockade till 1,85 GHz. X-versionen av samma systemchip (Apple A9X) hade två kärnor klockade till runt 2,3 GHz och en betydligt kraftfullare grafikkrets.

Senast ändrad: 2018-05-14