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).

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).

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, Core i7 och Core i9). 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 avsnitt.

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.

Exynos 2200, som sitter i Samsung Galaxy S22, har som exempel en åttakärnig processor, en kraftfull grafikkrets, stöd för Wifi 6 och Bluetooth 5.2 samt ett 5G-modem inbakat på ett och samma chip!

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.

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.

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 vanliga fyrkärniga processorer ställs klockfrekvensen in som en kompromiss mellan prestanda och strömförbrukning. Stor-och-liten-priI stället utrustas systemchippet med en blandning mellan långsamma och strömsnåla kärnor samt ett antal strömhungriga och snabba kärnor. Stor-och-liten-principen används även i fyrkärniga processorer (t.ex. Snapdragon 821).

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 innehåller exekveringsstöd för både 32- och 64-bitarsmjukvara, så att inte all mjukvara måste skrivas om för att fungera. Mjukvarorna måste dock stödja ARM v8 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.

Google gav Android stöd för 64-bitarssystemchip i samband med Android 5.0 (Lollipop) 2014. De flesta nya flaggskeppsmodellerna utrustas med 8 GB minne eller mer.

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.

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 olika serier: Snapdragon 400, Snapdragon 600, Snapdragon 700 och Snapdragon 800.

Ju högre den första siffran i systemchippets namn är, desto högre prestandaserie tillhör det. Snapdragon 860 (8 som första siffra) tillhör alltså den högsta prestandaserien.

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.

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.

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.