Hace unos años apenas prestábamos atención a los procesadores móviles. La cantidad de tareas que dependían del smartphone eran pocas y no había una relación causa-efecto directa entre la potencia del procesador y la capacidad del terminal para desempeñar determinados trabajos. La tecnología tampoco permitía muchas alegrías teniendo en cuenta las limitaciones de tamaño y autonomía de los terminales móviles.
A medida que la tecnología de fabricación de los microprocesadores ha ido evolucionando, se ha ido reduciendo el tamaño de los transistores, el número de ellos que tenemos en los chips aumenta y el consumo de energía se reduce, abriendo las puertas a que los fabricantes introduzcan una creciente complejidad en los circuitos dentro de los chips.
Las tareas que desempeñan los smartphones hoy en día han ido aumentando también los requerimientos de hardware: la fotografía y el vídeo precisan de una potencia de cálculo notable para procesar las imágenes y los vídeos. Los juegos demandan que el procesador gráfico sea potente para que la calidad de los gráficos y la fluidez de los distintos títulos sea máxima. Las comunicaciones contemplan WiFi, LTE, Bluetooth o NFC. Y la memoria RAM también aumenta en cantidad, con 4GB e incluso 6GB como norma para los terminales de gamas más altas.
Mejor procesador, mejor experiencia de uso
En el momento actual, la relación causa efecto entre el procesador del smartphone y la experiencia de uso se ha hecho totalmente evidente. Es más, empieza a haber una fragmentación en Android que no viene dada por la versión del sistema operativo, sino por la presencia de un acelerador gráfico mejor, un procesador más solvente, procesadores de imagen más capaces o aceleradoras para el procesamiento de machine learning y otros métodos de implementación de IA en el sistema o en las aplicaciones.
En este sentido, aspectos como el tamaño de los transistores, su número o los componentes internos del SoC (System on a Chip) de nuestro smartphone son sumamente relevantes de cara a identificar una tecnología que sea capaz de sustentar una experiencia de uso óptima para el móvil que hayamos elegido.
Recuerda que, cuando hablamos de un procesador en un smartphone, estamos refiriéndonos a lo que se llama SoC, o un Sistema en un Chip. Es decir, en un único chip encontramos todos los componentes necesarios para que el teléfono funcione (o casi todos): CPU, gráficos, memoria, procesador de imagen para las cámaras, comunicaciones o el acelerador para IA (neural processing unit). Es como tener un ordenador entero dentro de un chip.
El tamaño: menos es más
Últimamente está calando entre los usuarios menos “techies” la nomenclatura técnica que se usa para caracterizar a los procesadores. Eso es bueno, desde luego, pero puede dar lugar a cierta confusión.
El tamaño de los transistores empieza a ser un elemento diferenciador asociado a la bonanza de un procesador. A menor tamaño de los transistores que forman parte de un procesador, mejores propiedades. Teniendo en cuenta que un procesador (o SoC en el caso de los procesadores para smartphones) tiene miles de millones de transistores, una reducción de tamaño pequeña en cada uno de ellos se traduce en enormes ganancias totales.
En la imagen se ve cómo caben más transistores en un mismo espacio cuando el tamaño se reduce. El fabricante de los chips diseñados por Huawei es TSMC.
El Kirin 980, que gobernará al futuro Huawei Mate 20, tiene 6.900 millones de transistores, con un tamaño de 7nm. Los procesadores de la generación anterior tenían transistores de 10nm. Una reducción de 3nm permite que el consumo de los transistores sea menor y que se puedan usar velocidades de reloj mayores. Hay una relación directa entre lo que consume un procesador y la temperatura de funcionamiento. Un procesador es como una bombilla: el consumo se mide en vatios. A más vatios, más temperatura. Y una temperatura elevada no es buena para la electrónica ni para el usuario, que la percibe en forma de un aumento de la temperatura del móvil.
El procesador, más avanzado y rápido
El Kirin 980 tiene ocho núcleos, cuatro de ellos de alto rendimiento y cuatro orientados a un funcionamiento eficiente. Los cuatro de alto rendimiento, a su vez, están separados en sendos grupos de dos. Uno de estos grupos funciona a una mayor velocidad de reloj y con un mayor voltaje que el segundo. De este modo, es posible mejorar la eficiencia del SoC, lo cual se traduce en un menor consumo de energía y una mayor vida para la batería. Además, se trata de «cores» con lo último en arquitectura de ARM. Concretamente los de alto rendimiento son ARM Cortex A76 y los eficientes son ARM Cortex A55.
Con todo, reducir el tamaño de los transistores no es sencillo. La complejidad tecnológica del paso de 10 a 7nm es enorme. Pese a ello, Huawei ha conseguido dar el salto en un tiempo récord de menos de tres años. La electrónica es más delicada en cuanto a márgenes de funcionamiento, y la fabricación de un chip de 6.900 millones de transistores, y que todos funcionen, es un proceso laborioso.
Comparado con el Kirin 970, el 980 tiene un 37% más de rendimiento y una eficiencia un 32% mayor. El Kirin 970 tenía 5.500 millones de transistores.
Los gráficos: hacia una consola en tu smartphone
El procesador Kirin 980 también integra nueva generación de gráficos. En concreto, los Mali G76. Hablar de Mali G76 es (un poco) como hablar del modelo de tarjeta gráfica de un ordenador. Pero en vez de ir “pinchada” en una ranura, está integrada en el SoC (System on a Chip).
Los gráficos evolucionan a una mayor velocidad que las CPUs. Cada generación aumenta el rendimiento y reduce el consumo en cantidades de dos dígitos. En el caso del Kirin 980, hay un 30% más de rendimiento que en generaciones anteriores, con un 30% menos de consumo y 2,7x de incremento de rendimiento en operaciones que involucren algoritmos de machine learning.
Efectivamente, el chip gráfico no solo se usa para acelerar los juegos. También se usa para hacer cálculos en aplicaciones de machine learning que aprovechan el paralelismo inherente de la GPU para realizar un elevado número de operaciones simultáneamente.
De cara al usuario en la parte de los juegos, la ventaja es la de ser capaces de jugar con títulos de una complejidad gráfica elevada a una elevada tasa de frames y con el nivel de detalle gráfico máximo, lo cual se traduce en una mayor inmersión en la acción. El gaming en los móviles se está consolidando como una tendencia en alza, y los gráficos no pueden fallar en un procesador para terminales premium.
La IA, dos mejor que uno
En el Kirin 980, como en la mayor parte de los procesadores que se presenten en los próximos meses, la IA tiene un papel esencial. La inteligencia artificial no es magia: son algoritmos y operaciones que se realizan sobre datos para extraer información útil y relevante para los usuarios de una forma inmediata.
Cuando estamos haciendo una foto y la cámara identifica la escena como, digamos, una puesta de sol, lo que ha sucedido es que los píxeles capturados por el sensor de la cámara se han procesado en tiempo real, identificado los elementos característicos de una puesta de sol (una determinada temperatura de color, la presencia de un elemento con un brillo mayor que el resto de la escena, etcétera).
Los aceleradores para estos algoritmos y operaciones de IA pueden ser los propios chips gráficos. Pero es mucho más eficiente y se obtiene un mayor rendimiento si se usan aceleradores específicos para ellos. Huawei ya integraba la NPU (Neural Processing Unit) en su Kirin 970. Y en el Kirin 980 usa dos NPUs en vez de una. Es lo que tiene disponer de más espacio al usar transistores de menor tamaño y menor consumo.
Ahora bien, es necesario que las aplicaciones y el sistema operativo “vean” que hay aceleradores para IA en el hardware. De ahí que sea de extrema importancia que Huawei trabaje con los desarrolladores para integrar los controladores necesarios para habilitar la compatibilidad con el hardware que acelera las aplicaciones de inteligencia artificial a través de métodos como las redes neuronales o los árboles de decisión. El software tiene que ser capaz de detectar las NPUs y dirigir los cálculos de IA a estos aceleradores en vez de usar la CPU y/o la GPU.
Estas mejoras se traducen en un acceso a Internet más rápido y con menor latencia, así como una mejor experiencia de uso de apps que usen el GPS para su funcionamiento.
Procesador de imagen: 10 bits HDR
El procesador de imagen (ISP o Image Signal Processor) es el encargado de “limpiar” y optimizar la información que capta el sensor antes de convertirla en una imagen o un vídeo. Como era de esperar, en el Kirin 980 se ha mejorado la velocidad de procesamiento de los píxeles, así como la eficiencia en la grabación y reduciendo la latencia. Es decir, se ha reducido el tiempo de espera entre que se captura una imagen y se puede volver a realizar otra.
Efectos como la reducción de ruido en las imágenes o la captura de vídeo de alto rango dinámico (HDR) y 10 bits dependen también del procesador de imagen. Esto se traduce en imágenes y vídeos más “limpios” y nítidos, con menores artefactos de imagen o visuales como pueda ser el ruido asociado a capturas con poca luz o con sensibilidades ISO elevadas.
Preparado para el futuro
Huawei ha tomado la delantera a sus competidores en Android. Mientras el resto aún siguen usando tecnologías de hace ya bastantes meses como son los Snapdragon 845 o el Exynos 9810, los terminales que presente Huawei en las semanas venideras contarán con la ventaja tecnológicaen aspectos como la CPU, la GPU o la NPU.
Apple, para la plataforma iOS, ha presentado sus nuevos terminales con un SoC también de 7nm y con buenos argumentos sobre el papel, integrando prácticamente los mismos elementos tecnológicos que ya tenía el Kirin 970 del pasado año y que han sido mejorados en el Kirin 980: CPU, GPU, acelerador para IA e ISP para el procesamiento de imagen.
Fotos | Comparación de tamaño de transistores, Capacidad de procesamiento de CPU, GPU y NPU
