¿Qué puede hacer el procesador de un teléfono móvil? Características en las que ni siquiera pensamos

¿Qué es un procesador en un teléfono móvil? «Bueno, es el chip responsable de la realización de las operaciones», se me ocurre la respuesta más sencilla y obvia. Es un diez por ciento correcto. Te decimos por qué.

El segmento de los móviles, altamente competitivo, ha llevado a un ritmo asombroso el desarrollo de los procesadores, que de generación en generación no sólo aumentan el rendimiento y reducen las necesidades de energía, sino que también amplían la funcionalidad de nuestros dispositivos a un ritmo asombroso. Los gráficos de los mejores juegos para móviles, ver vídeo 4K HDR en un teléfono móvil, la calidad de la captura de fotos y la grabación de vídeo, la protección de datos sin concesiones, las funciones relacionadas con el aprendizaje automático y la inteligencia artificial, estar en el umbral de las velocidades de transmisión de la red 5G: todo tiene que ver con los procesadores.

Núcleos: Productivos, rentables, gráficos, inteligentes

Estamos acostumbrados a la palabra «procesador» para referirnos a sistemas en chip como el Exynos 990 de teléfonos móviles emblemáticos Samsung. De hecho, los procesadores móviles son mucho más complejos y no se limitan a los núcleos de la CPU para el cálculo. La arquitectura de los chips móviles incluye núcleos eficientes, de alta frecuencia y gran consumo de energía, para las operaciones que requieren muchos recursos, y núcleos más lentos y eficientes energéticamente para las tareas poco exigentes y los procesos de fondo. A esto se suman los núcleos gráficos de la GPU, que permiten ejecutar juegos espectaculares como Call of Duty Mobile o Vainglory, e incluso jugar a éxitos pasados de PC como GTA o Max Payne en los teléfonos móviles. Pero el paquete de núcleos de procesamiento y gráficos no es todo lo que parece.

El chip tiene un procesador de señales DSP para procesar la imagen de la cámara. Al pulsar el botón del obturador, se producen decenas de miles de operaciones en una fracción de segundo, y acabamos con una imagen de tan alta calidad que desafía las leyes de la óptica. Más recientemente, se han añadido núcleos NPU para ejecutar sistemas de aprendizaje automático e inteligencia artificial. Incluso sin entrar en su aplicación práctica, esto ya parece una pequeña maravilla tecnológica. Por último, parte del procesador móvil, tal y como lo entendemos hoy, son módulos aislados y ultraseguros para los datos más sensibles. Los mismos que almacenan datos biométricos, montones de inicios de sesión y contraseñas, información de pago segura, e incluso pueden convertir un teléfono móvil en un bastión inexpugnable cifrando completamente su memoria, y hacerlo sin pérdida de rendimiento.

Por qué apareció la inteligencia artificial en los teléfonos móviles, cómo se utiliza y por qué es importante

Desde hace poco, los coprocesadores neuronales, utilizados para la aceleración por hardware de los algoritmos de las redes neuronales artificiales, la visión por ordenador, el reconocimiento de voz, el aprendizaje automático y otras técnicas de inteligencia artificial, han empezado a coexistir con los subsistemas de la CPU y los gráficos en los chips móviles. La tecnología de la IA está ahora mejor representada en la fotografía móvil.

La combinación de dos núcleos NPU y un procesador digital de señales permite realizar hasta quince mil millones de operaciones por segundo; en consecuencia, los algoritmos son invisibles para el usuario, pero el resultado es muy claramente visible. En general, estas tecnologías y su funcionamiento a nivel de hardware están en sus inicios, así que, aunque no se puede subestimar la importancia de la fotografía móvil, seguro que veremos más casos de uso interesantes para las NPU en el futuro.

Hace tiempo que tenemos suficiente potencia en los procesadores, ¿por qué tienen que superarse constantemente?

Atrás quedaron las PDA, los comunicadores y los teléfonos móviles, cuyas reseñas incluían invariablemente un párrafo de texto en el que se preguntaba si el dispositivo se ralentizaba al realizar tareas básicas como la animación de las interfaces y el lanzamiento de aplicaciones. El tema del rendimiento de los procesadores móviles no existe desde hace más de una década, pero eso no significa que sea el momento de dejar de evolucionar. Por un lado, la carrera por aumentar la potencia de los chips va de la mano con el afán de reducir el consumo de energía. Y ambas cosas están estrechamente relacionadas. Además, los teléfonos inteligentes se han vuelto tan fáciles de usar que no siempre reconocemos la necesidad de rendimiento en los procesos que tienen lugar en segundo plano y sin intervención humana directa.

Algunas personas pueden pensar: oh, para qué sirve este potenciador anual cuando todo lo que necesito es navegar por las redes sociales, grabar un vídeo y enviarlo a mis amigos en el messenger, y matar el tiempo jugando en movimiento. Pero estas tareas «sencillas» y la velocidad habitual de su ejecución requieren la misma carrera de rendimiento y capacidad de la NPU para realizar hasta 15 000 000 de operaciones por segundo. De forma bastante irónica, el aumento de la potencia del procesador nos lleva a dejar de pensar en la potencia que necesita un teléfono móvil para grabar y guardar instantáneamente vídeo en alta calidad (y en los actuales buques insignia de Galaxy se trata de un formato de hasta 8K UHD a 30 fotogramas por segundo) mientras se transcodifica simultáneamente para reducir el tamaño del archivo y se mejora la calidad de la imagen mediante algoritmos. Y luego, por ejemplo, en VSCO, con un solo clic puedes «repintar» el vídeo resultante con filtros de película o editarlo de otro modo, y todas las acciones y sus consecuencias se producen en tiempo real, sin necesidad de una larga renderización y espera del resultado.

Pero hay tareas más exigentes, como lo ejemplifica la gama Galaxy Note orientada a la productividad. Utilizar un lápiz óptico y la entrada de escritura a mano, la multitarea con aplicaciones incluso exigentes que se ejecutan simultáneamente, el modo Dex con una experiencia de usuario de escritorio y el trabajo con aplicaciones en la pantalla grande.

Una calidad de gráficos aún mejor, un retraso aún menor

También hay una búsqueda constante de equilibrio entre rendimiento y eficiencia energética en los núcleos gráficos. El Exynos 990 incorpora la GPU ARM Mali G77 MP11 y, gracias a la nueva arquitectura Valhall, es hasta un 20% más rápido, pero al mismo tiempo más delgado. Y cuando se combina con la mayor potencia de la CPU y la compatibilidad con la rápida memoria LPDDR5, la calidad de los gráficos mejora enormemente, con visuales más suaves incluso en los momentos más dinámicos del juego y una menor latencia en los arranques.

Además, se ha implementado la compatibilidad con pantallas con altas frecuencias de refresco -hasta 120 Hz- a nivel de la CPU. En la práctica, esto proporciona una representación significativamente más suave de todos los movimientos de la pantalla y, lo que es más importante, es apoyado por algunos desarrolladores en los juegos. Por ejemplo, la frecuencia de refresco de 120 Hz está disponible en Dead Trigger 2, BADLAND, Temple Run 2, C.A.T.S., Subway Surf, UNKILLED, Rayman Adventures y otros juegos en los que puedes ver todo el potencial de una pantalla de gama alta y un procesador emblemático.

Fotografía computacional: la nueva realidad

Si nos basamos únicamente en las leyes de la óptica, la calidad de la fotografía móvil y la capacidad de grabar vídeo debieron, en algún momento, enfrentarse al tamaño físico de los dispositivos. Y, al mismo tiempo, seguir en un nivel insatisfactorio. Los teléfonos inteligentes tienen pequeñas lentes que dejan pasar poca luz y diminutos sensores que dejan pasar esa luz. Mientras tanto, nosotros esperamos como algo natural de un teléfono móvil insignia la capacidad de hacer fotos de alta calidad con zoom, de grabar vídeo a mano y no pensar en el temblor, de hacer fotos de noche con un mínimo de fuentes de luz. Y no sólo nos gustan los resultados, sino que a menudo superan a las cámaras compactas mejor equipadas en cuanto a óptica, pero que carecen de la capacidad de procesamiento de imágenes de un procesador móvil.

La unidad de procesamiento neuronal (NPU) y la unidad de procesamiento de imágenes (ISP) del Exynos 990 realizan un número colosal de operaciones, algunas de las cuales tienen lugar incluso antes de que pulses el botón de captura y otras en el momento e inmediatamente después. Esto permite seleccionar automáticamente los parámetros de disparo que se adaptan al sujeto específico. Por ejemplo, al detectar el rostro en el encuadre, la inteligencia artificial corrige automáticamente la escena según las condiciones de iluminación y el tono de la piel de la persona. El procesador de imágenes también ofrece algoritmos para reducir el ruido, mejorar las texturas y eliminar los artefactos de los bordes de la imagen. Además, los algoritmos reúnen la información de los píxeles adyacentes en uno solo para mejorar la calidad, cosen varias imágenes con diferentes exposiciones para obtener más información de color en las partes más oscuras y brillantes de la foto, anulan el movimiento de la mano al hacer fotos, aumentan la nitidez del contorno y hacen que los colores sean más vivos. Todas estas operaciones y los sorprendentes resultados que obtenemos en un teléfono móvil se han denominado «fotografía computacional», y no serían posibles sin el constante desarrollo de los procesadores.

El procesador como bastión digital

Con la cantidad de información que almacenan nuestros teléfonos móviles, es inaceptable ignorar la cuestión de la seguridad. Y cuando se trata de los datos más sensibles, no sólo entra en juego el software, sino también las herramientas de protección del hardware a nivel de la arquitectura del procesador. Protegen un dato concreto, toda la memoria del dispositivo, y evitan la piratería de software y hardware cuando un intruso tiene acceso físico al teléfono móvil.

Por ejemplo, el Exynos 990 utiliza un mecanismo de encriptación de la DRAM con mayor seguridad y mayor velocidad de acceso a los datos. También proporciona protección contra la clonación de la memoria generando una clave basada en los parámetros únicos de cada chip. Hay un almacenamiento iSE independiente, que funciona por separado del entorno del sistema operativo. Este último, por ejemplo, se utiliza para la información biométrica y de pago, algo a lo que un intruso nunca debe tener acceso.

Los chips móviles del mañana

¿Qué podemos esperar de las nuevas generaciones de Exynos y de la evolución del mercado de los procesadores móviles en general? Desde lo más obvio, será el aumento continuo del rendimiento y la mejora de la eficiencia energética. Como consecuencia, veremos más mejoras en la calidad de las imágenes, nuevas funciones en las aplicaciones móviles y mejores gráficos en los juegos. Es poco probable que disminuya el interés por la seguridad y la protección de datos.

Pero la mayor parte del esfuerzo vendrá probablemente de aumentar el rendimiento, y quizá incluso el número de núcleos de la NPU, para desarrollar el aprendizaje automático y la inteligencia artificial, así como todo lo relacionado con las redes 5G. Y qué aplicación práctica tendrá esto es algo que averiguaremos en un futuro próximo. Seguro que los procesadores móviles pueden sorprendernos una y otra vez

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