I dette blogginnlegget skal vi utforske hvorfor AP-er er en nøkkelkomponent i elektronikk og fortsetter å utvikle seg for å øke beregningsytelsen og energieffektiviteten.
AP står for Application Processor og er bokstavelig talt «hjernen» til en elektronisk enhet, der alle logiske operasjoner er basert. Det er en nøkkelkomponent som kan ha stor innvirkning på en enhets ytelse, strømforbruk og mer. Grunnen til at AP-er klassifiseres og utvikles separat fra andre vanlige datakomponenter, som CPU-er og GPU-er, er at AP-er finnes i alle elektroniske enheter, store og små. Med andre ord er AP-er en kombinasjon av spesialisert beregning og muligheten til å kontrollere en rekke grensesnittenheter, for eksempel kommunikasjonsbrikker, USB, NPU-er og så videre. Derfor, når nye funksjoner legges til, må AP-utvikling gjøres sammen.
Som du kan se, er ikke AP-er bare utviklet for beregningsytelse, og dette er et av områdene som har sett enorme fremskritt det siste tiåret, med en rekke nye teknologier som er tatt i bruk. Et godt eksempel er smarttelefonen. Med tanke på at Steve Jobs' iPhone 1 ble avduket i 2007, tok det omtrent 15 år for smarttelefoner å utvikle seg til det de er i dag. For lenge siden, da jeg gikk på barneskolen, var mobiltelefoner uvanlige, og det var utenkelig å spille høytytende spill på dem eller bruke LTE-internettkommunikasjon. Sentralt i hvordan telefoner har blitt større, tynnere og raskere, står AP-teknologi, og den kommer bare til å bli bedre herfra. Nedenfor skal vi forklare denne AP-teknologien mer detaljert.
AP-brikker er mindre enn neglen din og finnes i smarttelefoner fra alle selskaper. Selv om funksjonene som utgjør et AP blir mer og mer varierte, er det noen viktige komponenter et AP må ha: For det første trenger det en CPU, en såkalt «mikroprosessor». Tidligere var disse ofte transistorer, men i dag produseres de i en nanoprosess. Moderne AP-er er laget med en prosess på rundt 10 nanometer (nm) og kan integrere rundt 6 milliarder transistorer. Jo mindre nanometerskalaen til prosessen er, desto flere transistorer kan integreres. Etter CPU-en er den nest viktigste komponenten minne. I et AP er det en minneblokk som er ansvarlig for RAM og minne. Denne delen løses i utgangspunktet ved å øke kapasiteten, som for tiden hovedsakelig er DDR-minne.
I tillegg til de to kjernekomponentene beskrevet ovenfor, utvikles AP-er også for spesielle produktegenskaper eller ytelse som må vektlegges. Den nyeste industrien som har tatt ledelsen innen AP-er er smarttelefonindustrien, så la oss ta en titt på noen av de andre tilleggsdelene av AP-er som brukes i smarttelefoner.
Grafikk er det viktigste elementet når en bruker bruker en app eller underholdning, ettersom de håndterer utdataene til skjermen, og selv om de ikke krever veldig høy ytelse, krever de mye databehandling. Hovedprosessoren ville ha en hastighetsulempe hvis den skulle håndtere denne beregningen, så GPU-er brukes, som er en samling av små kjerner parallelt. Etter hvert som bildekvaliteten på smarttelefoner forbedres, kreves bedre GPU-ytelse, og jo mer krevende spillet er, desto viktigere er grafikken. GPU-er er også mer energieffektive enn CPU-er.
Kommunikasjon er det viktigste aspektet ved en smarttelefon og definerer dens identitet. Uten kommunikasjon ville en smarttelefon ikke være noe mer enn en bærbar underholdningsenhet. Det finnes to typer kommunikasjon: kablet og trådløs. Mens kablet kommunikasjon gir høye hastigheter over kabler, prioriterer smarttelefoner trådløs kommunikasjon. Trådløs kommunikasjon inkluderer telefonsamtaler, tekstmeldinger, LTE, Wi-Fi, Bluetooth, USB-C, NFC og mer. I motsetning til telefonsamtaler og tekstmeldinger krever internettkommunikasjon et høyt teknologinivå for å sende og motta enorme mengder data. Internettkommunikasjonsteknologiene vi er kjent med er 4G og 5G LTE, som krever spesielle modemer for å kommunisere. Nylig har tilgangspunkter blitt utstyrt med 5G-modemer for å støtte 5G-teknologi. I tillegg til trådløs internettkommunikasjon er tilgangspunkter også utstyrt med relaterte teknologier for å støtte spesifikke terminaler som USB, HDMI og USB-C-typen.
Sist, men ikke minst, er strømstyringskretsene. Denne kretsen, som er viktig for å øke strømeffektiviteten til aksesspunktet, spiller en viktig rolle i elektronikkens stabilitet. Den regulerer CPU-ens drift for å styre strømforbruket, for eksempel lavstrømsmodus og høyytelsesmodus.
I tillegg til CPU-en har smarttelefoner prosessorer med ulike beregningsfunksjoner, som gyroskoper, temperatursensorer, magnetfeltsensorer og andre mikrosensorer. NPU-er som utfører kunstig intelligens-beregninger blir også masseprodusert i ulike prosessorer.
For å utvikle disse AP-ene med bedre ytelse, tas det i bruk nye teknologier. Før vi forklarer de nyeste teknologiene, la oss forklare den grunnleggende prosessen for hvordan halvledere lages. Alle AP-er lages ved hjelp av halvlederprosessen. Prosessen med å designe og tegne kretser på silisiumskiver med høy energi gjentas for å produsere AP-er, som deretter brukes som komponenter i elektroniske enheter. Moderne AP-er er ikke laget med store transistorer eller ledninger slik de var på 1900-tallet, så prosessen er relativt enkel, men den krever mye presisjon og nøyaktighet.
Det finnes to måter å forbedre AP-ytelsen på. For å forbedre ytelsen maskinvaremessig er målet å være så presis som mulig og pakke så mange kretser som mulig inn i et gitt område. Den foretrukne metoden for dette er å redusere tykkelsen, noe som nylig har blitt kommersialisert med 7nm-prosesser. Men etter hvert som avstanden mellom prosessen avtar, blir den kvantemekanisk ustabil. For eksempel, når en strøm flyter gjennom to ledninger, og ledningene er plassert tett nok fra hverandre, kan elektroner krysse ledningene og ha uventede strømverdier. Derfor er det grenser for å redusere avstanden mellom prosessen, og teknikker for å tegne mer stabile og nøyaktige ledninger har blitt utviklet de siste årene.
Frem til nå har kretser blitt tegnet ved hjelp av argonfluoridlys. Siden kortere bølgelengder er nødvendige for 7nm-prosessen, ble brytningsindeksen til væsken brukt til å redusere bølgelengden. Dette skaper imidlertid vanskeligheter med å tegne kretsen pent. For å løse dette problemet utvikles en teknologi som bruker ultrafiolett lys. Ultrafiolett lys har en kortere bølgelengde og kan brukes til å tegne kretser uten behov for væsker, noe som resulterer i renere kretser.
De nyeste programvarefremskrittene inkluderer teknikker for å øke energieffektiviteten. I disse dager er strømeffektivitet viktigere enn ytelse i AP-prosessorer, og når vi velger en smarttelefon, har vi en tendens til å verdsette batterilevetid fremfor ytelse. For å øke strømeffektiviteten reduserer vi unødvendige operasjoner og styrer driften av kjerner flytende for å optimalisere ytelse og strøm. Dette gjøres ved å dele CPU-en inn i en stor og en liten struktur: store kjerner utfører høyytelsesoperasjoner, men har høyt strømforbruk, og små kjerner utfører lavytelsesoperasjoner, men har lavt strømforbruk. I de senere årene har denne strukturen blitt delt ytterligere opp i store, mellomstore og små for å gjøre strømstyringen mer effektiv.
AP-teknologi er ikke en ny teknologi; den har blitt brukt i innebygde systemer tidligere og har vært en integrert del av vanlige elektroniske enheter. Utviklingen av smarttelefonindustrien det siste tiåret har imidlertid presset investeringene og utviklingen av AP-teknologi betydelig fremover. Ti år kan virke som lang tid, men fra et industriperspektiv er det veldig kort tid. Maskinvaremessig har vi vært i stand til å forbedre prosessen og bruke ekstremt ultrafiolett lys for å gjøre mer nøyaktig arbeid, og programvaremessig jobber vi fortsatt med å minimere strømtap. Det er fortsatt mange forbedringer som må gjøres, og nye teknologier og metoder vil fortsette å prøve å løse problemer. Etter hvert som elektronikk blir en mer og mer del av livene våre, blir rollen de spiller stadig viktigere. AP-teknologi vil fortsette å utvikle seg, og med hver ny elektronisk enhet vil AP-teknologien utvikle seg med den. Derfor er det veldig viktig å vite om AP, og det å forstå de nye teknologiene som har blitt brukt i AP de siste årene er viktig for å forutsi fremtiden til industrien.
