Naša séria o mobilnej revolúcii sa blíži ku koncu. V predposlednom diele sa zameriame na to, čo všetko museli výrobcovia a softvéroví návrhári upraviť a vylepšiť, aby sa prenosné počítače premenili z ťažkých, neohrabaných a drahých kufríkov na dnešné ľahké, výkonné a energeticky úsporné zariadenia tenké ako papier. Nie je to totiž také jednoduché, že sa vezmú komponenty určené pre stolný počítač a jednoducho sa nainštalujú do notebooku. Na záver sa navyše dozviete tip, vďaka ktorému môžete pri nákupe notebooku ušetriť nemalú sumu. Tak poďme na to!
Keď som vo svojom rozprávaní o vývoji prenosných počítačov skončil pri modeli Toshiba T1100 (1985), urobil som to s plným vedomím, že preskakujem nielen celý svet, ale celú galaxiu prenosných počítačov rôznych konceptov a konštrukcií, ku ktorým by som sa rád vrátil najmä z pohľadu ich praktického používania.
Ak to zjednoduším: vývoj prenosných počítačov je neustály súboj medzi veľkosťou, hmotnosťou, výkonom, výdržou batérie, ergonómiou používania a možnosťami rozšírenia – teda medzi parametrami, ktoré si často navzájom protirečia. Snaha dosiahnuť čo najvyšší výkon viedla k vzniku kategórie notebookov označovaných ako „desktop replacement“, ktoré boli veľmi ťažké a mali len krátku výdrž na jedno nabitie batérie, pretože používali výkonné komponenty s vysokou spotrebou energie. Naopak, snaha o čo najdlhšiu výdrž viedla k úsporným, ale menej výkonným zariadeniam.
Až s postupom času začali vznikať kompromisy – napríklad potenciálne výkonné procesory s viacerými stavmi hlbokého uspania, ktoré sa v prípade nízkej záťaže dokážu výrazne podtaktovať (znížiť svoju pracovnú frekvenciu). Pri vývoji týchto technológií nešlo len o to, aby ich podporoval hardvér – skutočné kúzlo spočíva v ich integrácii so softvérom. Pred rokmi som pomocou systémových utilít robil experimenty s extrémnym podtaktovaním notebooku s procesorom Pentium MMX 233 MHz, pričom som sa dostal až na 33 MHz – a stále išlo o dostatočný výkon na prevádzku balíka Office. Skutočné kúzlo však nastalo vo chvíli, keď Windows získali schopnosť dynamicky sledovať vlastnú záťaž a regulovať výkon procesora automaticky – úplne bez zásahu používateľa.
Dôsledkom technologického vývoja je dnes pravdepodobne najvyspelejšia forma prenosného počítača – ultrabook. Vďaka extrémnej integrácii komponentov disponuje ultrabook mimoriadne malou základnou doskou. Zvýšená energetická denzita umožňuje batériám dosahovať vysokú kapacitu pri nízkej hmotnosti. Keďže si dokážu regulovať spotrebu podľa aktuálnej záťaže, ultrabooky ponúkajú dlhý chod pri miernom zaťažení, ale zároveň aj rozumný výkon, keď je to potrebné – napríklad pri náročných výpočtoch alebo práci s videom.
Ďalším výrazným pozitívom bolo neustále vylepšovanie architektúr procesorov a grafických jednotiek. Výrobcovia procesorov sú známi tým, že analyzujú chod softvéru – ktoré inštrukcie sa používajú častejšie a ktoré menej – a snažia sa optimalizovať ďalšie generácie procesorov tak, aby maximálne akcelerovali často používané inštrukcie, pokojne aj na úkor tých menej využívaných. Procesory dnes využívajú informatické triky, ktoré pôsobia takmer ako čierna mágia – napríklad dynamic reordering, teda prerovnávanie inštrukcií tak, aby zaťažili čo najviac výpočtových jednotiek naraz, alebo branch prediction, predikciu skokov, pri ktorej si procesor „tipne“, ako asi dopadne podmienka, ktorú práve vyhodnocuje, a začne spracovávať inštrukcie vopred – v nádeji, že jeho odhad bude správny.
Dnes k tomu pribudlo delenie procesorových jadier na výkonné a úsporné. Výkonné jadrá využívajú všetky akceleračné techniky, ktoré boli doteraz vyvinuté, zatiaľ čo úsporné jadrá sú malé, energeticky nenáročné a konštrukčne jednoduché. Sú určené predovšetkým na spracovanie procesov bežiacich na pozadí, kde výkon nie je prioritou – dôležité je, aby systém nezamŕzal a zostal plynulý. Aby takýto systém fungoval efektívne, musí byť podpora zabudovaná priamo do operačného systému, ktorý dokáže úlohy správne rozdeľovať medzi jednotlivé typy jadier.
Jedným z najvýznamnejších vylepšení posledných rokov je hardvérová akcelerácia grafiky. Práca s grafikou a videom si vyžaduje obrovský výpočtový výkon, no na rozdiel od bežných programov sa mnohé operácie neustále opakujú – napríklad dekódovanie snímok filmu prebieha stále rovnakým spôsobom. Keď dizajnéri čipov vedia, ktoré algoritmy majú akcelerovať, dokážu ich najnáročnejšie časti implementovať priamo do hardvéru. Tým výrazne klesá potreba výpočtového výkonu a zároveň aj spotreba energie. Ak ste si niekedy lámali hlavu nad tým, ako je možné, že práca s videom dokáže preťažiť počítač, zatiaľ čo telefón zvláda nahrávanie aj prehrávanie bez problémov – odpoveďou je špecializovaný hardvér.
Novou kategóriou akcelerácie je TPU (Tensor Processing Unit) – akcelerátor určený pre umelú inteligenciu, spracovanie videa a audia, ako aj pre podporu augmentovanej reality. Všetky tieto oblasti si vyžadujú akceleráciu práce s tenzormi – teda s vektormi, maticami a podobnými dátovými štruktúrami. TPU dokáže výrazne zrýchliť výpočty v týchto oblastiach, keď je to potrebné.
Moderná prenosná elektronika dnes pôsobí vo vnútri veľmi jednoducho – väčšina funkcií je totiž integrovaná do jediného čipu, ktorý spája úlohy procesora, grafiky, prenosu dát aj riadenia periférií. Tento čip sa nazýva SoC (System on a Chip) – v zásade ide o celý počítač stlačený do jediného puzdra. Takéto riešenie výrazne šetrí energiu pri prenose dát a umožňuje dynamicky zrýchľovať či spomaľovať jednotlivé časti systému podľa aktuálnej potreby. V súčasnosti sa mimo tohto čipu nachádza už len minimum komponentov – typicky pamäte, SSD úložiská, prípadne bezdrôtové modemy a podobné prvky.
Apple sa vo svojich nových čipoch snaží integrovať do jediného puzdra nielen celý SoC, ale aj operačnú pamäť. Vďaka tomu ju môže pripojiť cez mimoriadne širokú zbernicu, čo výrazne skracuje latenciu prenosu dát. Tento prístup umožňuje zvýšiť potenciálny výkon bez výrazného navýšenia spotreby energie – čo je pri prenosných počítačoch a mobilných zariadeniach mimoriadne dôležité.
Extrémny nárast integrácie umožňuje stavať prenosné zariadenia z minimálneho počtu komponentov, čo ich výrobu výrazne zlacňuje, zmenšuje a zároveň umožňuje lepšiu ochranu pred vniknutím vody. Vďaka nižšej spotrebe energie je totiž možné teplo odvádzať pasívne – cez samotné puzdro zariadenia, bez potreby aktívneho chladenia. Ak sa zamýšľate nad vysokou cenou najnovších produktov, vedzte, že zahŕňajú aj náklady na výskum a vývoj, ktoré sú pri takto pokročilých dizajnoch mimoriadne vysoké. S postupom času však zariadenia so staršími čipmi cenovo klesajú a môžu sa predávať veľmi lacno – čo vysvetľuje široké cenové rozpätie medzi najmodernejšími a cenovo dostupnými produktmi.
Výraznou výnimkou z trendu maximálnej integrácie sú prenosné pracovné stanice a herné notebooky. Tieto zariadenia disponujú dedikovanými grafickými čipmi, sú navrhnuté s dôrazom na nekompromisný výkon a vyžadujú adekvátne chladiace riešenie. Špičkové modely sa snažia zaujať kvalitnými obrazovkami s vysokou obnovovacou frekvenciou, dotykovými panelmi, druhou obrazovkou, atraktívnym dizajnom a ďalšími prvkami, ktoré ich konštrukciu výrazne komplikujú – a zároveň zvyšujú ich cenu.
Tie najzákladnejšie počítače určené na kancelársku prácu dnes dokážeme stlačiť na plochu nie väčšiu ako kreditná karta. Väčšinu objemu ich tela tak možno využiť na batériu – alebo ponechať úplne prázdnu. Práve dnes, viac než kedykoľvek predtým, je dôležité zamyslieť sa nad svojimi skutočnými potrebami: Ak hľadáte len základný stroj na filmy, internet a kancelársku prácu, môžete byť príjemne prekvapení, aké lacné – a pritom plne vyhovujúce – zariadenia sú dnes dostupné.
i
V Alza Magazíne máme pre vás aj ďalšie články zo série Mobilná revolúcia:
Vďaka pokročilým technológiám, ako sú dynamické riadenie výkonu, integrované čipy SoC a špecializované akcelerátory, vznikli zariadenia, ktoré sú nielen výkonné a energeticky úsporné, ale zároveň kompaktné a cenovo dostupné. Pre používateľov to znamená širší výber a možnosť nájsť zariadenie, ktoré presne zodpovedá ich konkrétnym potrebám a rozpočtu.
