Alles over de processor van je smartphone

De processor is een van de belangrijkste componenten van een smartphone. Je kunt hem het beste vergelijken met de hersenen van het menselijk lichaam: hij zorgt ervoor dat alles wordt aangestuurd en goed functioneert. Hoe vlot hij deze taken afhandelt is afhankelijk van verschillende factoren, waaronder het aantal berekeningen per seconde (kloksnelheid), aantal kernen of cores, hoe de kernen met elkaar samenwerken, de architectuur, en ga zo maar door.

Een andere term die meestal in één adem met een processor wordt genoemd, is de Central Processing Unit of kortweg CPU. Het geeft een hele accurate beschrijving van wat de processor doet: het is namelijk het centrale regelpunt of de controlekamer van je smartphone, tablet of computer. Dit component is heel goed in het razendsnel uitvoeren van een groot aantal uiteenlopende taken. Denk bijvoorbeeld aan het openen van een webpagina, het schieten van een foto, het opstarten van een applicatie of het bewerken van een tekstdocument of presentatie. Al deze taken worden gecombineerd in één chip: deze noemen we ook wel de System-On-A-Chip (SoC) of chipset. We hebben het dan over zaken als het werkgeheugen (RAM), WiFi, 4G/LTE-connectiviteit, afpelen van muziek, GPS en Bluetooth.

Wat doet een processor?

In essentie houdt een processor zich met de volgende vier taken bezig:

1. Ophaalfase: hier worden instructies ontvangen van applicaties, programma’s of andere componenten. Deze zijn opgeslagen in de broncode van de apps of het geheugen van het apparaat. De Control Unit (CU) van de processor is hiervoor verantwoordelijk.
2. Decodeerfase: instructies worden in kleine stukjes gehakt met de zogeheten Assembly Language en met een compiler vertaald naar binaire code (nullen en enen).
3. Uitvoerfase: de zojuist geïnterpreteerde instructies worden uitgevoerd, zoals het opstarten van applicaties of verplaatsen van data. Complexe berekeningen worden uitgevoerd door de Arithmetic Logic Unit (ALU), naast de CU het tweede belangrijke onderdeel van een processor.
4. Opslagfase: de uitgevoerde instructies worden opgeslagen in het registergeheugen, of kortweg register. De input, tussenresultaten en het eindresultaat moeten tijdelijk kunnen worden opgeslagen voordat de processor de volgende instructie kan beginnen. Als dat is gebeurd, begint het hele proces weer van voor af aan bij stap 1.

Snelheid van een processor

De snelheid waarmee een processor zijn werk verricht, hangt af van een aantal zaken. In de eerste plaats kijk je naar de kloksnelheid. Dit is een maatstaf waarmee de chipfabrikant aangeeft hoeveel bewerkingen per seconde een CPU kan verrichten. In het prille begin werd dit uitgedrukt in hertz, maar tegenwoordig zijn processors zo krachtig dat de kloksnelheid in gigahertz of GHz wordt uitgedrukt. Eén gigahertz staat gelijk aan één miljard bewerkingen per seconde. Een processor met een kloksnelheid van 1.8GHz kan dus 1,8 miljard bewerkingen per seconde interpreteren. Eén cyclus duurt dus omgerekend slechts één nanoseconde.

Processor kernen

Naast de kloksnelheid zegt het aantal rekenkernen van een processor iets over de snelheid. Over het algemeen geldt dat als een CPU meer kernen heeft hij meer taken tegelijkertijd kan afhandelen. Dit omdat de processor kan bepalen welke kern welke taak uitvoert, zonder dat deze in een wachtrij wordt geplaatst. Een processor met twee kernen wordt ook wel dual-core genoemd. Beschikt hij over vier, zes, acht of tien kernen, dan spreken achtereenvolgens over een quad-, hexa- octa- of deca-core processor.

Kleine kanttekening hierbij is dat het aantal kernen van een multi-core processor niet altijd doorslaggevend is voor de snelheid van een processor. Zo bestaan er dual- of tri-core CPU’s die krachtiger zijn dan menig quad- of octa-core processor. Dit heeft met de individuele kloksnelheid, onderlinge afstemming en taakverdeling te maken: als deze niet optimaal is, zal de processor ook minder hard lopen. Neem bijvoorbeeld Apple. Het Amerikaanse technologiebedrijf heeft lange tijd processors met slechts twee rekenkernen in zijn iPhones geplaatst. En dat terwijl concurrenten als Samsung en Huawei vaak voor processers met vier of meer kernen kozen. Marketingtechnisch gezien is het echter makkelijker en beter te verkopen dat een CPU met meer kernen ook de krachtigste is, maar in praktijk hoeft dat niet zo te zijn.

Een derde aspect dat de snelheid van een processor bepaalt, is het cachegeheugen. In de cache worden gegevens tijdelijk opgeslagen zodat deze gegevens op een later moment snel geraadpleegd kan worden. Hoe groter het cachegeheugen, des te meer informatie hier tijdelijk kan worden opgeslagen en opgevraagd. Naarmate een processor over meer cache beschikt, des te sneller hij is.

Verschil tussen CPU en GPU

Eén aspect hebben we nog niet genoemd zijn de grafische prestaties. Daarvoor hebben fabrikanten een specialistische kaart bedacht: de Graphical Processing Unit of GPU. Dit is een hele specialistische chip die zich maar één taak bezighoudt: de weergave van veelal driedimensionale beelden op het scherm van je smartphone, tablet of computer.

De beste manier om dit uit te leggen is wellicht aan de hand van een metafoor. De CPU kun je zien als een Zwitsers zakmes: hiermee kun je niet alleen snijden, maar ook schroeven los- of vastdraaien, knippen en de kurk uit een wijnfles halen. Kortom, een veelzijdig hulpmiddel waarmee je je uit duizend-en-één verschillende situaties kunt redden. De GPU is te beschouwen als een scalpel: een mes dat door artsen gebruikt wordt om kleine stukjes weefsel weg te snijden en incisies te maken. Stel dat je om wat voor reden dan ook in het ziekenhuis belandt en een spoedoperatie moet ondergaan. Dan wil je dat de chirurg een scalpel gebruikt in plaats van een Zwitsers zakmes.

Omdat het renderen van driedimensionale beelden een specialistische taak is, hebben smartphoneproducenten ervoor gekozen om deze taak toe te vertrouwen aan een separate processor: de GPU. Zodoende is de taakverdeling tussen rekenkracht en beeldweergave geoptimaliseerd.

Trage smartphone

Stel de volgende situatie eens voor. Je hebt je huiswerk gedaan en een smartphone uitgekozen met een snelle en krachtige multi-core processor. Alles draait soepel en je bent helemaal blij met je keuze. Toch merk je na verloop van tijd dat de rekenkracht en snelheid teruglopen. Betekent dit dat de processor zijn beste tijd heeft gehad? Of erger: dat je een kat in de zak hebt gekocht?

Hier speelt hoogstwaarschijnlijk iets anders. Je smartphone is wellicht trager geworden doordat er te veel achtergrondprocessor draaien of applicaties geopend zijn. Het leegmaken van het cachegeheugen, afsluiten van apps en smartphone opnieuw opstarten helpen om je mobiele telefoon weer wat sneller te maken. Mocht dat nog niet helpen, dan is het goed om terug te gaan naar de fabrieksinstellingen. Daarmee veeg je je smartphone volledig schoon en begin je weer met een schone lei. Houd er wel rekening mee dat je al je foto’s, video’s, muziek en andere bestanden kwijt bent als je een hard reset uitvoert.

Snelste processors van het moment

Er zijn vele soorten processors in omloop, afkomstig van uiteenlopende chipfabrikanten en telefoonmakers. Zo heeft Samsung de Exynos processor ontwikkeld, Huawei de HiSilicon Kirin en Apple de Ax-chip. Maar ook Qualcomm en MediaTek zijn grote namen op het gebied van smartphoneprocessors, en in iets mindere mate NVIDIA en Spreadtrum.

In de onderstaande tabel hebben we enkele bekende en veelvoorkomende processors in mobiele telefoons voor je opgesomd. Per fabrikant noemen we enkele modellen met bijbehorende kloksnelheid en aantal cores. Ook noemen we één of meerdere smartphones die momenteel op deze CPU draaien, of mogelijk in de toekomst draaien.

Qualcomm

De processoren van Qualcomm kennen we onder de naam Snapdragon. Deze worden door veel smartphonefabrikanten gebruikt zoals de merken Samsung, Sony, HTC, Google en LG.

Samsung

Samsung heeft naast processoren van Qualcomm ook eigen processoren in omloop onder de naam Samsung Exynos. Deze worden onder andere gebruikt voor hun eigen vlaggenschip de Samsung Galaxy S7.

Huawei / Honor

Net als Samsung heeft Huawei ook een eigen processor. Deze worden gebruikt door Huawei en zijn dochteronderneming Honor. Het gaat hierbij om de HiSilicon Kirin. Huawei en Honor maken vooralsnog enkel gebruik van hun eigen processor en bieden de processor niet bij andere merken aan.

MediaTek

MediaTek biedt zijn processoren aan bij onder andere enkele smartphones van HTC, Sony en Acer.