LTPO, NPU, LPDDR5 и другите технологии, използвани в смартфоните

В съвременните смартфони, таблети, компютри и редица други устройства се използват технологии, подробностите за които за много потребители не са особено известни. И наистина, да се разбере с какво са по-добри или по-лоши LTPO дисплеите, какво влияние върху бързодействието на мобилното устройство играе поколението оперативна памет, защо качеството на снимките силно зависи от NPU модула, не е много лесно. Нека накратко да отговорим на тези въпроси и да разберем какви технологии се крият зад тези загадъчни абревиатури.

LTPO дисплеите

Тези дисплеи са наистина важни за мобилните устройства. От качеството на OLED панела именно LTPO тип зависи не само с колко висока кадрова честота ще работи екранът, но и каква ще бъде неговата консумация от акумулаторната батерия, което оказва директно влияние на времето на автономна работа на мобилното устройство.

Абревиатурата LTPO означава low-temperature polycrystalline oxide или нискотемпературен поликристален оксид. Това е специална технология за производство на OLED матрица, базирана на използването на тънкослойни транзистори. Тези транзистори от своя страна се произвеждат чрез технологията IGZO (indium gallium zinc oxide), която всъщност означава сплав от индиев оксид, галий и цинк. Важно е да подчертаем, че използването на тези сравнително нови технологии дават възможност на OLED дисплеите да поддържат динамично променяща се кадрова честота, като същевременно консумират малко електрическа енергия.

Това означава, че екранът на един съвременен смартфон с OLED матрица, базирана на LTPO технологията, може да променя своята кадрова честота от 1 до 120 Hz, при това динамично в зависимост от това, какво се показва на дисплея. Това е особено важно когато става дума за режима Always On Display, при който на екрана на заключения смартфон се извежда информация например за времето и датата.

Въпреки че при този режим някои пиксели светят, тяхната консумация е изключително малка, понеже при извеждането на тази информация LTPO технологията на практика въобще не натоварва акумулаторната батерия, понеже въпросната информация за датата и времето почти не се обновява и в този режим тя варира от 1 до максимум 10 Hz. Благодарение на тези възможности LTPO дисплеите активно се използват в електрониката за носене, в смарт часовниците и т.н. Смарт часовниците от фамилията Apple Watch от няколко години използват LTPO матрици, именно за да могат да използват Always On функционалността на екрана.

Да добавим, че не е задължително смартфоните с повишена кадрова честота на екраните (обикновено до 120 Hz) да имат LTPO матрици. В по-опростените модели, в които се използва предишната LTPS технология, кадровата честота е строго фиксирана. Тоест, смартфонът може да работи с различни кадрови честоти, но те са фиксирани, като обикновено това са  60/90/120 Hz. LTPO технологията премахва това ограничение и дава възможност кадровата честота плавно и динамично да се променя от 1 до примерно 120 Hz.

От друга страна LTPO екраните са доста скъпи. Ето защо дисплеи от подобен род се поставят само в мобилните устройства от топ ниво, които обикновено струват над 1000 щ. долара. Като примери за мобилни устройства, в които се използват OLED екрани с LTPO технологията можем да посочим Samsung Galaxy S21/S22 Ultra, iPhone 13 Pro/Pro Max, OnePlus 10 Pro, Xiaomi 12 Pro.

Честотата на сканиране на сензорния слой

С кадровата честота на дисплеите вече почти всичко е ясно. Най-съвършената технология към днешен ден е LTPO. Това е важно, защото ако екранът на смартфона може автоматично да променя кадровата честота от 1 до 120 Hz (често пъти от 10 до 120 Hz) то изображението при превъртането и прелистването е съвсем плавно и непрекъснато. Дисплеите без възможност за динамично обновяване на кадровата честота – тоест, LTPS предлагат почти същото, но консумират повече енергия.

По време на големите презентации производителите започнаха да използват и понятието честота на сканиране на сензорния слой. Този параметър също се измерва в херцове, но няма почти нищо общо с описаната дотук кадрова честота на екрана. Честотата на сканиране на сензорния слой показва с каква скорост екранът на мобилното устройство възприема докосванията на пръстите на потребителя.

Понякога се използва и друга терминология – скорост на реакцията на сензорния панел или броя на реакциите на докосванията в секунда. Този параметър е важен предимно за геймърите – в игрите от рода на  CoD Mobile и Fortnite честотата на сканиране на сензорния слой оказва влияние на скоростта на реакция на игровия персонаж и на манипулациите от страна на геймъра. Така или иначе компаниите все по-често се хвалят с този параметър, като по този начин подчертават геймърските възможности на своите мобилни устройства.

Да напомним, че през 2021 година честотата на сканиране на сензорния слой бе на ниво 480 Hz, като това се считаше за супер постижение. Днес вече имаме мобилни устройства, като например Xiaomi Black Shark 4, при които тази честота е вече 720 Hz.

LPDDR5 и LPDDR4X

Казано съвсем накратко, това са стандарти, показващи някои параметри на оперативната памет. Естествено, петата версия е по-добра на практика по всички параметри – пропускателна способност, капацитет, напрежение – с всичко това тя е по-добра от предишната.

Абревиатурата DDR означава double data rate или двойна скорост за обмен на данните. В съвременните компютри се използват преди всичко DDR4 памет (DDR5 все още не се е наложила масово, а и нейната цена е значително по-висока в сравнение с DDR4). Но при мобилните устройства този тип памет не е особено подходящ, понеже консумира твърде много електрическа енергия.

За да се премахне това ограничение бе създаден стандартът LPDDR, където LP означава low power или като цяло оперативна памет, работеща с понижено захранващо напрежение. LPDDR5 паметта вече масово се използва в мобилните устройства работещи под управлението на операционната система Android и дори да не вземем предвид, че благодарение на нея приложенията се зареждат и работят по-бързо, един от нейните най-големи плюсове е по-ниската консумация на електрическа енергия. Ефектът е почти същият като с LTPO екраните.

Въпреки своите плюсове LPDDR5 паметта не се използва чак толкова масово в смартфоните. Основният възпиращ фактор е, че е необходимо използването на правилно оптимизиран софтуер в мобилното устройство. Това отчасти се доказва от серията смартфони iPhone 13 Pro, които използват предишната LPDDR4X оперативна памет и работят достатъчно Бързо.

Има и друг нюанс – LPDDR5 паметта е съществено по-скъпа от предишната LPDDR4X. Някои специалисти са на мнение, че след като Apple добави в своите нови смартфони 5G модеми, които оскъпиха айфоните, навярно е решила да не задълбочава ситуацията и да не ги прави още по-скъпи с използването на LPDDR5 оперативна памет.

Защо на iPhone са му достатъчни 4 GB RAM, а на Android флагманите минимум 8 GB

Apple официално не разкрива колко оперативна памет слага в своите iPhone, но различните компютърни специалисти ги разглобяват и вече се знае, че новите iPhone 13 имат 4 GB RAM, а iPhone 13 Pro – 6 GB. Едновременно с това флагманските смартфони с операционната система Android, използват минимум 8 GB, като има много модификации с 12 GB оперативна памет, а вече започнаха да се появяват и модели с 16 GB RAM.

По какъв начин Apple постига това? Казано накратко, това се дължи на особеностите на работата на iOS с оперативната памет на устройството в така наречения суап режим, при които се използва мощна компресия на данните в оперативната памет. Сега нещо подобно започна да се използва и в Android, но в iOS тази технология е достигнала до съвършенство. За да може да се използва толкова силна компресия е необходим изключително бърз процесор, които трябва да има висока производителност в едноядрен режим. А в това отношение Apple, която сама разработва своите SoC, е особено силна.

Напълно е възможно тази ситуация да се промени. Според изтеклата към днешен ден вътрешна информация, следващите смартфони iPhone 14 Pro, които трябва да излязат тази година, ще имат 8 GB оперативна памет. Но както е при 13-та серия, допълнителните гигабайти оперативна памет ще бъдат запазени за нуждите на фотографската система на тези смартфони.

NPU модулът

Върху така наречената дигитална фотография или изчислителна фотография се спряхме наскоро. Проблемът е, че матриците в смартфоните са съвсем малки, а оптиката е слаба. Какво може да се направи? Специалистите потърсиха решението в така наречената дигитална фотография – цифровото преобразуване на данните, които идват от камерите на смартфона. В системите върху чипа на смартфоните са интегрирани специални модули, които са необходими единствено за обработването на постъпващата от камерите информация. Разликата между смартфон от едно съвсем начално ниво и скъпия флагман съвсем не е само до това, колко качествени са използваните алгоритми, а в това, колко бързо се изпълняват.

NPU означава neural processing unit, което означава невронен процесор, а на някои места се използва термина ускоряване на алгоритмите с елементи на изкуствен интелект по хардуерен път. От този модул при смартфоните зависят някои основни функции, като например автоматичния HDR, при който в една обща снимка се обединяват елементите на десетки кадри. Той е отговорен за качеството на нощните снимки, за правене на фотографии с ясно изразен боке ефект и други. Казано най-общо, от NPU модула зависи доколко точно и с каква скорост смартфонът може да извършва тези операции.

Да си припомним, че преди няколко месеца Компанията ARM официално анонсира своята нова процесорна архитектура ARM v9. Новата архитектура осигурява 30% по-висока производителност в сравнение с ARM v8 и предлага редица нови функции, работещи на хардуерно ниво, включително трасиране на лъчите, шейдинг с променлива скорост. нов тип NPU и още много други.

Новите SoC поддържат специализираните SVE2 процесорни инструкции за хардуерна поддръжка на алгоритмите с елементи на изкуствен интелект, благодарение на което съществено се разширяват възможностите за обработка на изображения. Компанията отбелязва, че през следващите години ще добави допълнителни възможности за работа с изкуствен интелект в своите графични ускорители Mali и в NPU Ethos. ARM предполага, че новата архитектура масово ще се използва в чиповете за мобилните устройства през следващите 10 години.

Тази технология активно се развива – в началото на тази година Samsung представи своята нова система върху чипа Exynos 2200 с нов невронен процесор (NPU), който е два пъти по-бърз от този, който е интегриран в Exynos 2100. Тази изчислителна мощност ще даде възможност на камерата да заснема възможно най-добрите кадри.