Как раньше было: хотите что-то посмотреть. Включаете телевизор и бесконечно листаете каналы в поисках хоть чего-то приличного.

А сейчас? Нажимаете кнопочку Netflix на пульте, выбираете самую симпатичную превьюшку и вуаля — очередная шедевральная документалка!

А от того насколько хорошо твои вкусы знают сервисы типа Spotify, Яндекс.Музыки вообще становится страшно!

Теперь что вы будете смотреть слушать или даже носить определяете не вы, а алгоритмы рекомендаций. И сегодня мы разберемся как так получилось, что интернет знает чего я хочу, лучше меня самого!

Кажется, что алгоритмы рекомендаций пришли только недавно. Но на самом деле они существуют с 90-х. По настоящему большой прорыв в этой области произошел в 2006 году. Вернемся в него!

А в рассказе нам помонут телевизор Toshiba и смартфон realme 6 Pro.

Всё произошло в США. Тогда еще небольшая, но амбициозная компания по прокату DVD-дисков Netflix уже имела, на тот момент, лучшую модель предсказания оценок пользователей, под названием Cinematch. Показатель RMSE, то есть среднеквадратическое отклонение у этого алгоритма было 0.9525.

Насколько это точно мы не скажем. Но факт в том, что тогда это был рекорд, но Netflix не хотели останавливаться.

График плотности вероятности нормального распределения и процент попадания случайной величины на отрезки, равные среднеквадратическому отклонению.

Тогда они устроили самый масштабный математический конкурс в истории — Netflix Prize. Они выложили в открытый доступ около 100 миллионов оценок пользователей по пятибалльной шкале и пообещали команде математиков, которая сможет увеличить точность их алгоритма Cinematch хотя бы на 10% выплатить — 1 миллион долларов США.

Конкурс продлился целых 3 года. В нем приняло участие более 5 тысяч команд математиков, а судьба финального приза решилась в последние минуты!

Две команды добились одинакового улучшения в 10,06%, но проигравшая команды выслала свой результат на 20 минут позже и после трёх лет разработки осталась ни с чем!

Но самое интересное, что Netflix в итоге не стал использовать ни одни из предложенных алгоритмов несмотря на их удивительную точность. Всё потому, что люди оказались сложнее самого совершенного алгоритма. Так что же пошло не так с алгоритмом для Netflix?

Как мы делаем выбор?

Давайте подумаем, как мы делаем выбор?

Как выяснилось, даже если алгоритм будет идеально угадывать оценки пользователя и заранее будет знать топ 10 ваших личных шедевров, о которых вы еще даже не знаете, это мало что дает. Потому что люди смотрят не те фильмы, которым ставят высокие оценки.

Давайте будем честны, как-то после тяжелого рабочего дня не тянет смотреть шедевры Бергмана, Феллини, и морщить надбровные дуги под Тарковского. Чаще мы смотрим кино в стиле Майкл Дудикофф ну или просто ненапрягающие сериалы.

Так что же тогда рекомендовать исключительно фильмы среднего качества? Ммм, не совсем так.

Чтобы рекомендация вам понравилась она должна быть интересной, неожиданной, своевременной. Иными словами — серендипной: от английского serendipity.

Да-да, есть такой термин. Если мы говорим про качества человека, он обозначает интуитивную прозорливость, способность делать глубокие выводы из случайных наблюдений и находить то, чего не искал намеренно.  Таким качеством очень полезно обладать ученым. К примеру, благодаря серендипности Вильгельм Рентген, открыл рентгеновское излучение.

Вот и алгоритм рекомендаций должен быть как рентген — видеть вас насквозь! Помимо очевидных вариантов, он должен уметь принимать неожиданные решения на основе массы факторов, чтобы подсунуть вам что-то такое, чтобы вы сказали: Так, а это что такое? Надо посмотреть.

Toshiba 50U5069

Примерно так я и сказал, когда увидел стоимость этого 50-дюймового 4K телевизора. Совсем скоро на самой масштабной ежегодной распродаже 11.11 на Aliexpress эту модель Toshiba 50U5069 будут отдавать всего за 20 тысяч рублей! Вместо 35 тысяч! Вот это серендипно!

Что мы получаем за 20 тысяч? Еще раз — диагональ 50 дюймов, разрешение UHD и полноценная Direct-Led подсветка.

Какой тип матрицы производитель не указывает, но по всем параметрам это IPS, потому что углы обзора максимальные — 178 градусов, и отличная цветопередача. Но вот черный цвет совсем не глубокий. Как всегда бывает в IPS.

Наших любимых алгоритмов обработки изображения тут тоже не пожалели. В ТВ выделен отдельный графический процессор CEVO 4K HDR для постобработки изображения. Он умеет апскейлить HD контент до 4К, обрабатывать HDR-контент, делать динамический контраст. Короче, телевизор умеет всё, что положено современному ТВ.

По дизайну и материалам ничего особенного — черный пластик со всех сторон. Зато рамки тонкие, поэтому телевизор выглядит солидно. А больше ничего и не надо. Все разъемы подключаются горизонтально, а значит провода не будет торчать и телевизор можно вплотную прижать к стене.

По звуку, поддерживается DOLBY AUDIO и DTS. В целом телек звучит весьма неплохо. Мы даже расслышали низкие.

Процессор тут 4-ядерный от Медиатек (MSD6886). Интерфейс шустрый и отзывчивый, но это не Android TV. Здесь стоит операционка на базе Линукса — VIDAA U3.0. Это настоящая ОС, тут даже есть свой магазин приложений. А на форуме 4PDA есть активная ветка с обсуждением. Кстати, такая же ОС стоит во многих теликах Hisense. Поэтому в целом по этой операционной системе много чего пилят.

Но, с Android TV по количеству приложения VIDAA конечно же не сравнится. Поэтому если уж очень нужно качать с телевизора торренты, то проще докупить простенький Android TV медиаплеер. Либо можно подцепить флешку или жесткий диск, контент с внешних носителей ТВ легко читает.

Более того, тут естественно есть Netflix и YouTube, на что намекают кнопки на пульте. Есть разные медиаплееры, приложения Яндекса, Gismeteo и даже разные музыкальные сервисы. В общем, жить можно.

В ТВ также есть Bluetooth, поэтому пультом не надо целиться в экран, чтобы сработало нажатие. Или можно подключить беспроводные наушники к ТВ, чтобы никому не мешать. Также тут поддерживается Wi-Fi 2.4 и 5 ГГц.

В общем, в телевизоре есть все основные функции Smart ТВ. Поэтому, если ищите недорогой 4К-телевизор, присмотритесь к этому варианту, предложение чрезвычайно серендипное.

Распродажа на Aliexpress стартует 11 ноября в 10 утра и продлится 48 часов. Но ТВ можно положить в корзину уже сейчас, а со скидкой купить 11 ноября! Я хоть и не алгоритм, но рекомендую присмотреться к этой модельке и сделать подарок себе или близким.

И точно также как Aliexpress предлагает вам разные интересные товары, так и современные алгоритмы рекомендаций, чтобы предоставить вам интересную подборку — это всегда комбинация из нескольких методов. Каких именно?

Коллаборативная фильтрация

Наиболее популярный метод рекомендаций — это коллаборативная фильтрация. Одни из первых кто её стали использовать — Netflix и Last.fm, а сейчас используют буквально все. Что это такое и как работает? Коллаборативная фильтрация работает так:

Составляется табличка со всеми пользователями и их оценками. Такая таблица называется матрицей оценок.

Дальше логика простая: у пользователей с похожими оценками — похожие вкусы. Поэтому, если одному пользователю нравится A и B, а другому A и С, то стоит порекомендовать первому С, а второму В. Всё вроде как логично, но есть проблема.

Во-первых, такие матрицы обладают огромной размерностью. Количество строк равно количеству пользователей, а столбцов — количеству объектов оценки. То есть, в случае со Spotify столбцов будет не меньше 60 миллионов: именно столько туда загружено треков. А с таким объемом данных сложно работать в реальном времени.

Во-вторых, непонятно, что рекомендовать новым пользователям, скупым на оценки ребятам.

Чтобы это как-то нивелировать, пользователи объединяются в кластеры, так сказать в группы по интересам с похожими оценками. Это уменьшает размер таблички и заполняет пробелы в оценках. Но и в этом случае появляется проблема — рекомендации теряют индивидуальность, становятся тривиальными. Поэтому в бой вступают другие алгоритмы!

Анализ аудиофайлов

В случае с рекомендациями музыки отлично работает метод основанный на глубоком анализе аудиофайлов. Такие сервисы как Spotify и Яндекс.Музыка препарируют на составляющие каждый трек, загруженный в систему.

В Spotify это работает так:

Каждый трек загружается в сверточную нейросеть, проходя через каждый слой нейросети делается небольшой срез данных, которые на финальном слое объединяются в единый массив информации, который включает в себя такие характеристики, как размер песни, гармонию, темп и громкость и прочее.

Вот так выглядит анализ 30 секунд отрезка песни «Around the World» Daft Punk.

Анализ ключевых характеристик тех или иных песен позволяет Spotify понять фундаментальную схожесть между различными треками. Это позволяет добавлять в рекомендации, песни от неизвестных исполнителей, по которым еще не была собрана статистика по оценкам и прослушиваниям.

Например, внедрение подобного алгоритма в Яндекс. Музыке позволило увеличить ежедневное время прослушивания на 1,5% и на 7,5% уменьшить количество дизлайков.

Благодаря такому подходу даже совсем новые исполнители без прослушиваний попадают в персональные рекомендации. Мне вот Spotify постоянно, что-то эдакое подкидывает. Вот и я вам подкину еще одну небольшую рекомендацию — смартфон realme 6 Pro с 6 камерами и экраном 90 Гц на распродаже 11 ноября будут отдавать всего за 17 тысяч рублей вместо 24 990. А в смартфоне есть вообще всё:

• Дисплей диагональю 6.6 дюйма, разрешением 2400 x 1080 и поддержкой 90Гц
• Быстрая зарядка 30 Вт
• Селфи-камера разрешением 16 Мп и вторая камера со сверхширокоугольным объективом
• Основная камера разрешением 64 Мп
• Быстрый процессор Snapdragon 720G
• Много памяти: 8 ГБ оперативной, накопитель на 128 ГБ + microSD
• NFC
• Поддержка двух SIM-карт
• Сканер отпечатка в боковой кнопке

Еще Aliexpress будет разыгрывать коробки с подарками — АлиБоксы. Во время акции с 11 по 13 ноября, если наберете товаров больше чем на одну тысячу рублей, вы автоматически сможете выиграть этот «АлиБокс». Внутри будут смартфоны, наушники, купоны и прочие ништяки. В общем, если думали что-то взять на Али — идеальное время с 11 по 13 ноября.

Многорукий бандит

Но такой хак работает только с музыкой, поэтому стриминговые сервисы выкручиваются иначе. Например, Netflix использует метод “многорукого бандита”.

Представьте, что вы находитесь в зале с такими автоматами и у вас есть некоторое количество бесплатных попыток для игры, однако вы не знаете, какой из автоматов может дать наибольшую прибыль. Задача игрока с «многоруким бандитом» в том, чтобы максимизировать средний выигрыш: найти самый выгодный автомат как можно быстрее и как можно меньше взаимодействовать с невыгодными.

Netflix использует метод для персонализации обложек фильмов и сериалов. Если вы не знали, Netflix делает кучу разных обложек для каждого фильма и подсовывает вам обложку в зависимости от вашего пола, возраста или даже цвета кожи.

Но, чтобы понять какая обложка сработает, они проводят полевые тестирования. Рандомные обложки обложки подсовывают ограниченной группе пользователей и система записывает их поведение. Дальше плохие обложки отсеиваются, хорошие оставляют.

Поэтому если в Netflix вместо нормального постера вы видите какуе-то невнятную хрень, знайте — не нажимая не это, вы трудитесь во благо общества. Но у такого метода есть и свои недостатки. Весь интерфейс Netflix построен по принципу 90-секундного окна: если за 90 секунд пользователь не выберет шоу, которое посмотреть — он уйдет.

Поэтому Netflix в большей степени рассчитан на пассивное потребление контента: быстро включить что угодно и смотреть. Примерно как выбор канала по телевизору, но вместо канала кликаешь на привлекательную обложку. А чтобы не смущать пользователя Netflix даже показывает рейтинг фильма.

Идеальная рекомендация: CatBoost

Мы с вами выяснили, что для идеальной рекомендации нового фильма или трека нужно использовать разные алгоритмы, у каждого из которых своё мнение на этот счёт. Но в каких пропорциях учитывать разные результаты?

Алгоритм долже учитывать всё, ведь предпочтения пользователя постоянно меняются из-за массы факторов: как прошел его день, какая погода, самочувствие и прочее. До недавнего времени эта проблема была нерешаема. Но в 2017 году Яндекс выложил в открытый доступ собственную библиотеку на основе машинного обучения CatBoost. При помощи этой библиотеки Яндекс ранжирует поисковую выдачу, предсказывает осадки с точностью до 10 минут. А Европейская организация по ядерным исследованиям (CERN) использует CatBoost для анализа и объединения данных, полученных с разных детекторов Большого адронного коллайдера.

Что это за волшебный алгоритм такой? Этот алгоритм позволят брать массу дополнительных разнородных источников информации объединять эти данные и тем самым повышать точность рекомендации.

Алгоритм это делает благодаря объединению массы так называемых решающих древ или древ принятия решений. Примерно таких, которые использует банк, когда принимает решение выдавать ли кредит.

Основная фишка, что этот алгоритм может работать не только с числовыми значениями, но и с категориями, которые можно присваивать фильмам, трекам или пользователям.

CatBoost так и расшифровывается — категориальный бустинг. Поэтому, условно говоря, если вы поздно пришли с работы, алгоритм может учесть то, что вы попали в категорию “заколебался” и предложить вам соответствующий ненапряжный контент.

CatBoost использует не только Яндекс. Его уже взяли на вооружение Netflix, Aviasales и другие компании.

Что в итоге? Если раньше вы могли получить классную рекомендацию только от своего друга, то теперь, что посмотреть и послушать вам рекомендует весь мир, обработанный алгоритмом. И это конечно же очень круто!

Всех ПК-геймеров планеты Земля объединяет одна проблема — вертикальные разрывы изображения. И вроде бы есть куча технологий которые решают эту проблему:

• V-Sync,
• G-Sync,
• FreeSync
• А ведь еще есть Adaptive Sync
• А в HDMI 2.1 недавно добавили VRR.

Но легче от этого не становится. Только больше путаешься. Чем все эти технологии отличаются? Какую выбрать видеокарту и монитор? И будет ли это всё работать на телевизоре?

Давайте сегодня раз и навсегда разберемся в технологиях адаптивной синхронизации изображения.

Для тех кто не в курсе. А в чём собственно проблема?

Чтобы изображение появилось на экране, должно произойти, как минимум, две вещи:

1. графический процессор должен подготовить кадр и передать его на монитор,
2. ваш монитор должен показать этот кадр.

Вроде бы всё просто! Но тут кроется небольшой конфликт. Монитор работает по строгому расписанию. Нужно обновлять изображение на экране через равные промежутки времени, строго определённое количество раз в секунду. Этот параметр называется частотой обновления и измеряется он в герцах.

Обычные мониторы работают на частоте 60 Гц, то есть способны выводить 60 кадров в секунду, а игровые на 144 Гц и выше.

А вот графический процессор живет в совершенно ином мире. В играх постоянно всё меняется: колышется листва, журчит ручеёк, враги выпрыгивают из-за угла. Каждый кадр отличается по своей сложности, поэтому на их просчет уходит разное количество времени.

Иными словами, у монитора частота кадров постоянная, а у видеокарты переменная.

Вот и выходит, что за один цикл обновления монитора видеокарта может подготовить больше одного кадра или меньше.

Из-за этого мало того что страдает плавность картинки, так еще и появляются артефакты в виде вертикальных разрывов изображения. Кстати, при просмотре фильмов тоже могут появляться такие артефакты, потому что кино снимают в 24 к/с.

V-Sync

Очевидно проблема требовала решения, и еще на заре компьютерных игр оно появилось! Название у этого решения — вертикальная синхронизация или V-Sync. Наверняка вы встречали такую опцию как в настройках видеокарты, так и в играх.

Работает эта штука достаточно топорно. Фактически она просто принуждает видеокарту выводить кадры с частотой кратной частоте обновления экрана. Например, если у вас монитор 60 Гц, то максимальное количество кадров в секунду тоже будет 60, даже если ваша видеокарта способна на большее. И в общем-то часто такое ограничение вполне уместно, если у видеокарты хватает мощи и нет просадок ниже 60 к/с, но если они есть — начинаются проблемы.

При включенной вертикальной синхронизации, следующее кратное значение — это 30 к/с. Поэтому даже если ваш фреймрейт просел фактически всего на пару кадров, вы всё равно увидите падение до 30 к/с. Такой перепад мало того, что большой и очень визуально ощутимый, так ещё и будет происходить с небольшим лагом. Поэтому если стабильного FPS в 60 к/с или 30 не достичь, то включать V-Sync вообще нет никакого смысла.

Справедливости ради, чем выше герцовка монитора, тем больше мы имеем кратных значений, на которых может работать синхронизация. Поэтому на игровых мониторах V-Sync работает куда лучше.

Но история с кратными значениями — не самая главная проблема технологии. Есть другой не очевидный недостаток: вертикальная синхронизация — увеличивает задержку ввода, то есть Input Lag.

Игра медленнее реагирует на ваши действия, всё происходит с задержками и как-то плывёт в молоке, поэтому прицелиться становится гораздо сложнее. Почему так происходит?

Это интересно, смотрите! Каждый кадр рассчитывается и выводится на экран через один и тот же конвейер. Упростим его до трёх этапов.

1. Каждое ваше действие, например щелчок мышки надо как-то интерпретировать и обновить состояние игры. За это отвечает центральный процессор (синяя полоса на картинке). Центральный процессор подготавливает кадры для графического процессора и помещает их в очередь рендеринга графического процессора.
2. Затем графический процессор (зелёная полоса) берет эти подготовленные кадры из очереди и рендерит их.
3. Только потом эти кадры выводятся на дисплей (серая полосочка на картинке).

Ну и в чём проблема, спросите вы? Дело в том, что ЦП не берется за подготовку следующего кадра, пока предыдущий не будет выведен на экран. Поэтому ограничивая количество выводимых кадров в угоду синхронизации с дисплеем, мы фактически увеличиваем задержки с которыми обновляется состояние игры! И если в каких-то простеньких играх типа пасьянса такие вещи допустимы, то в соревновательных играх вертикальная синхронизация может стать серьёзной помехой.

G-Sync

Но переживать не стоит, так как решение появилось еще в 2013 году. Именно тогда компания NVIDIA представила свою технологию адаптивной синхронизации — G-Sync. В отличие от старой технологии, G-Sync позволяет подстраивать не видеокарту под частоту обновления монитора, а наоборот заставляет монитор менять свою частоту под видеокарту!

Представляете? Так тоже можно было!

В результате мы получаем потрясающе плавную картинку без вертикальных разрывов и задержки ввода! Просто сказка! G-Sync также работает в огромном диапазоне частот. Изначально это было от 30 до 144 Гц, а сейчас уже есть поддержка до 360 Гц и может даже выше, тут скорее всё зависит от монитора.

А если фреймрейт падает ниже 60 Гц G-Sync умеет дублировать пропущенные кадры.

Получаются сплошные плюсы и проблема решена еще в 2013 году? Так почему же мы до сих пор об этом говорим?

Ну как сказать. Во-первых, эта технология закрытая, соответственно, G-Sync работает только с карточками NVIDIA, но это пол беды.

Все волшебные функции G-Sync стали возможны благодаря специальному чипу, который необходимо встроить в монитор. Естественно, эти чипы производит тоже NVIDIA и стоят они недешево. Поэтому мониторы с поддержкой G-sync в среднем стоят на 250-300$ дороже и таких моделей очень мало. То есть получилась классная, и для 2013 года революционная технология, но не универсальная и дорогая.

VESA Adaptive Sync

Поэтому уже спустя год, в 2014, Ассоциация стандартизации Video Electronics Standards Association или VESA представила открытую технологию Adaptive Sync, которая умеет, в принципе, всё то же самое, что и G-Sync, но без дорогостоящих чипов и работает на частотах от 9 до 240 Гц! Неплохо да?

Но для внедрения технологии нужно, чтобы её поддержку внедрили в прошивку и драйвер монитора, драйвер видеокарты, операционной системы и в игры!

А также необходимо наличие DisplayPort версии не ниже 1.2a, так как технология стала частью именно Display Port. Как видите, чтобы технология взлетела, нужно было проделать много работы. И этой работой занималась компания AMD.

AMD FreeSync

В 2015 году AMD внедрили Adaptive Sync в драйвера своих видеокарт и назвали технологию FreeSync. Реализация от AMD быстро получила очень широкое распространение. Добавить поддержку FreeSync в монитор оказалось настолько дешево, что сейчас сложнее найти игровой монитор без этой фичи, чем с ней.

Но AMD не остановились на просто внедрении стандарта от VESA. Также они добавили поддержку HDMI, начиная с версии 1.4. А в 2017 выпустили FreeSync 2, в который добавилась поддержка HDR и компенсацию низкой частоты кадров, как в G-SYNC.

Кстати, чуть позже, FreeSync 2 переименовали в в более элитное FreeSync Premium Pro, а обычный FreeSync для мониторов с частотой 120 Гц и выше стали называть FreeSync Premium. Хотя такие маркетинговые финты я не одобряю, но в остальном сплошной респект AMD за популяризацию стандарта.

Кстати, NVIDIA также в 2017 году добавила поддержку HDR и назвала это всё G-Sync Ultimate.

И вроде бы всё классно, в команде у красных и у зеленых есть по своей шикарной технологии. Но что делать, если у тебя видеокарта от NVIDIA, ты хочешь нормальную поддержку G-Sync, но покупать дорогущий монитор с этой технологией совсем не хочется? Или наоборот — не покупать же Radeon только потому что у тебя монитор с FreeSync?

До недавнего времени выбора не было никакого. Хочешь подешевле и побольше выбор мониторов — покупай Radeon. В другом случае, придется раскошелиться.

G-Sync Compatible

Но в 2019 году NVIDIA пошли навстречу покупателям и добавили поддержку стандарта VESA Adaptive Sync в драйвера для своих видеокарт серии RTX, а также для карточки GTX 1080. А значит теперь можно легко насладиться лучшим из двух миров: взять себе карточку от NVIDIA и монитор с FreeSync по вкусу. Вот только есть проблема. Если на FreeSync мониторе не написано G-Sync Compatible — значит он не был протестирован NVIDIA на совместимость и никаких гарантий, что всё будет работать нормально, вам никто не даёт. А NVIDIA тестирует далеко не все, и далеко не самые доступные модели.

Поэтому инициативу по тестированию в свои руки взяло интернет-сообщество. Они составили табличку с огромным списком протестированных пользователями мониторов.

VRR

С мониторами, кажется, разобрались. Но как быть, если хочется поиграть на большом экране телевизора через консоль или ПК. Будет ли работать адаптивная синхронизация? Спешу вас порадовать — будет! При условии что ваш ТВ оснащен портом HDMI версии 2.1, в который добавили технологию переменной частоты обновления VRR — Variable Refresh Rate.

Причём всё будет работать и с видеокартами от NVIDIA и с Radeon. Всё потому, что VRR — это та же самая технология VESA Adaptive Sync, но теперь она стала ещё и частью стандарта HDMI 2.1. Именно таким образом адаптивная синхронизация реализована в консолях нового поколения. А также, вы удивитесь, в Xbox One S и One X. Да, в коробки текущего поколения от Microsoft VRR завезли даже раньше, чем HDMI 2.1.

Итоги

Что, в итоге спустя 6 лет после своего появления, технология Adaptive Sync стала фактически отраслевым стандартом. Захватив видеокарты от AMD и NVIDIA, телевизоры и даже интегрированная графика от Intel в 11-м поколении процессоров теперь поддерживает эту технологию. А это значит, что в светлом будущем мы будем жить без единого разрыва, по крайней мере, вертикального!

Вы когда-нибудь задавались вопросом что за странная ситуация с ценой на HDMI-кабели? На Яндекс.Маркете за трехметровый HDMI-кабель цена стартует с 131 рубля, а заканчивается проводом почти за полмиллиона! Понятно, что кабель за пол ляма — это какая-то единичная дичь.

Но есть масса вариантов за 10, 20, 30 тыс. И судя по описанию этих кабелей, каждый из них создан по космическим технологиям и обещается потрясающее качество изображения.

Так всё же. Влияет ли цена кабеля на качество изображения? Какие бывают стандарты HDMI кабелей? И какой HDMI-провод выбрать для 4K телевизора и консолей нового поколения?

Сегодня вместе с вами разбираемся в HDMI кабелях.

Давайте сразу расставим точки над i. HDMI — это цифровой интерфейс High Definition Multimedia Interface.

А значит, в отличие от старых аналоговых интерфейсов типа компонентного видео, цифровой сигнал существенно менее чувствительный к помехам. Ведь задача цифрового сигнала просто передать нули и единицы, а не идеально чистый сигнал.

Поэтому если ваш HDMI-кабель исправно работает, покупать новый дорогущий, усыпанный позолотой и бриллиантами провод не стоит. От этого ваши Web-рипы Blu-Ray-ремуксами не станут.

Но в то же время это не значит, что HDMI-кабели не отличаются по качеству и возможностям. И хотя покупать провод за 500 тысяч рублей конечно же не стоит, но и покупка самого дешевого кабеля тоже может быть не лучшей идеей. Дешевый кабель может просто не стравиться с передачей сигнала из-за низкой пропускной способности. И этом случае на экране вы не увидите не только помех, но и вообще чего-либо. Поэтому для HDMI кабеля самое важное — это пропускная способность. Но от чего она зависит? Давайте выясним.

Материалы

Начнем с материалов. Совсем уже дешевые кабели часто делают со стальной или алюминиевой проводкой внутри, а оба этих материала не лучшие проводники. Поэтому таких предложений стоит избегать.

Также бывают варианты с медным покрытием, которое также совершенно не помогает. Поэтому такие варианты тоже нам не подходят. Но какой же материал проводника нам нужен? Наверное, нам надо искать кабели из золота или какого-нибудь плутония? Нет! Простой проводник из меди — идеальный вариант для передачи цифрового сигнала.

И это очень хорошие новости, потому как медь — недорогой материал. Поэтому и медные HDMI стоят не дороже своих стальных и алюминиевых собратьев.

Но стоит ли раскошелится на медный провод с серебряным покрытием или даже чистое серебро внутри? — Нет! Если только вы не собрались снять оплетку с кабеля и сделать себе классную серебряную цепочку. В других случаях серебряный проводник будет излишним.

Толщина

Но вот, что действительно важно — так это толщина проводки, которая измеряется, как бы это пафосно не звучало, в калибрах. Система измерения американская, обозначается тремя буквами AWG — American Wire Gauge или по-русски Американский калибр проводов.

И, как бы это ни было контринтуитивно, чем меньше значение AWG — тем толще провод. Например, вот значения AWG для одножильных проводников.

Одножильные проводники

Естественно, чем толще проводник — тем меньше сопротивление. Поэтому более толстые провода можно делать длиннее не боясь потерь сигнала. И если производитель кабеля серьёзно настроен, он гордо укажет значение AWG в спецификациях.

Но, к сожалению, делать бесконечно толстые провода не можем из-за сложностей с пайкой, да и толстый кабель просто не будет сгибаться.  Поэтому значения AWG для HDMI кабелей редко превышает 24-й калибр, который позволяет сделать кабель длиной до 8 метров не боясь различных помех. При этом 32 калибра хватит максимум на 1,5 м.

Помехи

Кстати, говоря о помехах. Часто на кабелях можно увидеть вот такие утолщения:

Обычно они встречаются на силовых проводах, но и на HDMI-кабелях такое встречается нередко.

Внутри этих утолщений находятся ферритовые кольца. Но зачем они нужны и нужны ли они вообще? Материал феррит помогает ослаблять шумовые помехи в кабеле, он захватывает магнитное поле и рассеивать его в виде тепла. Такая штука может быть полезной если рядом много силовых кабелей или любого других источников электромагнитных помех.

Но феррит — не единственный способ экранирования от внешних шумов. Гораздо лучше с этим справляется качественная толстая оплетка. Поэтому наличие ферритовых колец — это скорее признак кабеля с плохой оплеткой и брать такие провода скорее не стоит.

Тем более, при желании можно будет докупить внешний ферритовый фильтр и просто нацепить его на провод. Это поможет решить проблему с экранированием если у вас такая есть.

Золото

Но если феррит не помогает, то золотое покрытие контактов может быть очень даже полезным.

И, естественно, я говорю не о внешнем покрытии разъёма. Это не влияет вообще ни на что. Это всё равно, что покрыть золотом коннектор USB-C или интерьер школы в Екатеринбурге:

Выглядит эффектно, но:

• последствия для психики могут быть необратимыми.
• как там дети учатся, реально…
• толку никакого.

А вот золотое покрытие для внутренних контактов, которых, кстати, 19 штук, позволит продлить срок службы кабеля, потому что золото отличный барьер от износа и окисления. Но это будет полезно только если вы часто носит кабель с собой или живёте в субтропиках.

Стандарты

Итак, с материалами разобрались, поэтому переходим к самому интересному — сертификация!

Вопреки общему заблуждению сами кабели не делятся по известным нам спецификациям HDMI 1.4, 2.0, 2.1. Это всё стандарты разъемов и к кабелям они не имеют никакого отношения.

Всё что требуется от кабеля — это иметь пропускную способность не ниже указанной в стандарте. Поэтому HDMI-кабели сертифицируются исключительно по пропускной способности.

Существует несколько версий сертификации. Если кратко сейчас актуальны:

• HDMI High Speed пропускная способность — 8 Гбит/с, что соответствует стандарту HDMI 1.4, и такой кабель потянет 4К видео, 30 К/с
• HDMI Premium High Speed, тут уже 18 Гбит/с, HDMI 2.0 и 4К 60 К/с
• HDMI Ultra High Speed — 48 Гбит/с, HDMI 2.1, 4К 120 К/с или даже 8К 60 К/с — именно такой провод надо брать если вы планируете брать консоль нового поколения и гамать в 4К 120 FPS или вдруг у вас есть 8K телик.

Кстати, еще есть разновидности HDMI со встроенным Ethernet, то есть интернет-кабелем, но такой стандарт как-то не прижился.

 

Не спешите покупать новый кабель уже сейчас. Во-первых потому, что такой кабель точно будет в комплект с консолями нового поколения. А во-вторых, если у вас есть старый качественный кабель есть большая вероятность, что он тоже справится с потоком данных в 48 Гбит, даже если он не был сертифицирован под такие скорости.

Дело в том, что все кабели, начиная с давнишнего HDMI 1.3, конструктивно не отличаются между собой поэтому они, собственно, обратно совместимы.

Всё отличие в качестве изготовления. Например, переход с 18 ГБит/с до 48 Гбит/с получилось достичь только благодаря улучшенной технологии производства медной проволоки, которая позволила минимизировать микродефекты внутри. Поэтому, единственное, зачем вам может понадобиться новый кабель — это особая форма коннектора, для телевизоров плотно стоящих к стене, или увеличенная длина.

В этом случае выбирайте кабели с толстыми проводами и оплеткой. Но стоит учитывать, что на текущий момент нет доступных кабелей HDMI 2.1 длиннее 3 метров. Точнее они есть, но то что они будут работать гарантий никаких. И если уж вам такой нужен такой длинный кабель, то придется раскошелится на оптоволоконный вариант за 20-50 тысяч рублей. Либо уже подвинуть приставку ближе к телевизору. Тут вам решать.

Но поддержка HDMI 2.1 того стоит:

• Тут вам и 4К 120 FPS
• И автоматически режим низкой задержки.
• И переменная частота кадров.
• И куча других фич.
• Впрочем, про HDMI 2.1 поговорим в отдельном материале.

Наверняка, в обзорах смартфонов вы слышали словосочетание LPDDR5. Мы знаем, чем больше оперативной памяти, тем лучше. Но не всегда.

Это весной президент Xiaomi Group провел опрос в социальной сети Weibo, в котором спросил у фанатов: сколько оперативной памяти они бы хотели видеть в новом флагмане Redmi: 8 или 12 ГБ при одинаковой цене. И как вы думаете за какой вариант проголосовали фанаты? За 8 Гб. Но почему? Дело в том, что Xiaomi предлагали выбор 12 ГБ стандарта LPDDR4x, и 8 ГБ стандарта LPDDR5. Но что такого нового в этом LPDDR5, чтобы идти на такие жертвы?

Сегодня мы разберемся в стандартах оперативной памяти. Выясним, чем отличается LPDDR от DDR. Узнаем как новая оперативка влияет на автономность устройств, помогает развитию 5G и спасает жизни водителей!

Память в мобильных устройствах и компьютерах, как вы знаете, можно поделить на два типа. Оперативная: ОЗУ или RAM, и постоянная: ПЗУ или ROM. В чём отличие?

ПЗУ

Постоянная память называется энергонезависимой, то есть ПЗУ может хранить данные без подпитки энергией. Например, в флеш-памяти, которая используется в смартфонах, картах, памяти, SSD дисках и так далее — данные хранятся в CTR-ячейках, то есть ячейках с ловушкой заряда. Эти ловушки буквально способны запирать заряд и хранить в себе годами. Поэтому данные на SSD-диске не стираются когда вы выключаете компьютер. Также ПЗУ устройством можно назвать VHS-кассеты с магнитной лентой, CD-диски и даже перфокарты. В общем всё, что может хранить данные достаточно долго.

ОЗУ

Оперативная память напротив — энергозависимая. То есть она способна хранить данные только при постоянной подпитке электричеством. Почему так? В оперативной памяти каждый бит данных хранится на маленьком конденсаторе. В конденсаторах есть преимущества: их можно очень плотно упаковать, а заодно можно очень быстро считывать записывать данные.

Но есть и большой недостаток: конденсаторы очень быстро разряжаются. Поэтому, чтобы данные сохранить их постоянно нужно обновлять. Например, типичный модуль DDR4 нужно обновлять каждые 64 мс.

Какая же бывает оперативная память? Немного поговорим о стандартах оперативной памяти.

SDRAM

С 1993 по 2000 года миром правил стандарт SDRAM — Synchronous Dynamic Random Access Memory: синхронная динамическая память с произвольным доступом. Стандарт был шикарным, но был недостаток, за один такт SDRAM могла принимать одну команду и передавать одно слово данных.

DDR

Поэтому в 2000 году появилась DDR-память, которая расшифровывается как Double Data Rate, то есть буквально — двойная скорость передачи данных. Название настолько крутое, что так можно было назвать суперсникерс. И крутость вполне оправдана, потому как теперь за один тактовый цикл передавалось две задачи записи и две операции чтения. Всё благодаря тому, что в DDR научились передавать данные по обеим частям синхросигнала, как по восходящему, так и по нисходящему. Отсюда и двойная скорость.

Стоит сказать, что DDR — это не замена SDRAM, а просто её частный случай. Поэтому полное название стандарта DDR SDRAM.

LPDDR

Итак, DDR — память быстрая-прекрасная, но, так как вы помните, что конденсаторы нужно постоянно подзаряжать эта память жрёт очень много энергии. И если для стационарных устройств это проблема решаемая, то для мобильных — критическая. Поэтому в 2006 году появилась новая разновидность DDR-памяти — LPDDR. Она отличалась пониженным напряжением питания с 2,5 В до 1,8 В, отсюда и название Low Power DDR. Также была уменьшена площадь чипа.

Как же им удалось сберечь немного энергии?

За счет двух хаков:

1. На низких температурах заряд из памяти утекает медленнее, поэтому, если сильно память не гнать, то можно увеличить интервалы обновления наших конденсаторов. Так и сделали.
2. Добавили режим Deep Power Down и это не фильм Ридли Скотта про вертолёт (Black Hawk Down), а просто режим глубокого сна, в котором из памяти стирается абсолютно всё, (как и сюжет этого фильма из моей памяти).

Развитие LPDDR

Естественно, эти оптимизации негативно повлияли на скорость работы памяти. Но стандарт быстро развивался и сейчас энергоэффективная память уже во многом предпочтительнее своего старшего брата.

LPDDR используется во многих ноутбуках, например MacBook, что позволяет экономить до 70-90% энергии в режиме сна. Тем более LPDDR5 уже вовсю ставят в смартфоны (Xiaomi Mi 10, например). А первые компьютеры на DDR5 в лучшем случае появятся только в 2022 году. Поэтому на данный момент, пропускная способность мобильной памяти может быть выше своего старшего собрата.

• DDR4 2400 DUAL: (2400 x 64 / 8)*2 =38,4 ГБ / с
• LPDDR5 6400 QUAD: (6400 x 32 / 8)*4 = 51,2 ГБ / с

Например, новая память Samsung LPDDR5 6400 может отправлять 51,2 гигабайта данных или примерно 14 видеофайлов в формате Full HD (3,7 ГБ каждый) за секунду.

LPDDR5

Но чем всё таки LPDDR5 отличается от прошлой версии? Давайте посмотрим.

LPDDR5 vs LPDDR4x

Начнём с того, что новый стандарт стал экономичнее на 20%: 0,5 В против 0,6 В. Это позволит продлить время жизни смартфона на 5-10% в режиме активного использования. А вот в режиме сна получится сэкономить до 40% энергии за счёт нового режима глубокого сна. Теперь, когда ваш смартфон или ноутбук спит, при желании можно будет полностью очистить оперативку и выгрузить её содержание в энергонезависимую память. Но в этом случае на обратное включение уйдет одна-две секунды. Зато можно не беспокоиться, что девайс сожрёт всё батарейку, когда спит.

Также было улучшено динамическое масштабирование частоты. В версии 4 и 4X была возможность выбора из двух рабочих частот, в LPDDR5 вариантов стало три.

Скорость передачи данных выросла до 6,4 Гбит/сек. Это полезно для SuperSlowMotion 960 fps и всяких VR приложений. И, вы не поверите, для работы в 5G сетях. 5G сети тупо быстрее современной оперативки, представляете?

Новый стандарт оперативки разрабатывали с учетом появления беспилотных автомобилей и прочих девайсов, в которых любой сбой в работе системы чреват тяжкими последствиями. Поэтому в LPDDR5 появилась поддержка дополнительного сигнала коррекции ошибок — Link Error Correcting Code (ECC). Поэтому, когда будете брать себе тачку с автопилотом, проверьте есть ли там LPDDR5.

С новой памятью уже есть куча смартфонов. Например, программа DevCheck показывает, что мой OnePlus 8 Pro заряжен 12 GB LPDDR5 2750 МГц с пропускной способностью 44 ГБ / с. Неплохо.

Другие модели в которых уже стоит новая память:

• Xiaomi MI 10 5G
• Redmi K30 Pro
• Realme X50 Pro 5G
• OnePlus 8 / 8 Pro
• Samsung Galaxy S20 / S20+ / S20 Ultra
• Samsung Galaxy Note 20 / 20 Ultra
• Samsung Galaxy Z Flip
• Samsung Galaxy Z Fold 2
• Vivo IQOO 3 Pro
• Vivo IQOO 5 / 5 Pro
• Vivo NEX 3S 5G
• Nubia Red Magic 5S
• Motorola Edge+
• ZTE Axon 10s Pro

Но стоит ли гнаться за самой последней оперативкой в смартфонах? Думаю, нет. Грамотно оптимизированный смарт со старой памятью будет и быстрее работать, и дольше.
Но вот если вам нужен долгоживущий ноутбук. Я бы присмотрелся к моделям с LPDDR5, как только они появятся на рынке.

Нейросети, машинное обучение, искусственный интеллект. Звучит круто, но как это всё работает?

Объясню на простом примере. Представьте школьника, который пыхтит над контрольной по математике. И вот он подобрался к последнему уравнению, где нужно было вычислить несколько неизвестных (a, b и c) и посчитать ответ.

(a+b)*c=?

Он решает задачу и вдруг краем глаза замечает, что правильный ответ 10, а у него вообще не то — 120 тысяч. Что делать? По-хорошему, надо бы заново всё считать. Но времени мало. Поэтому он решает просто подогнать значения в уравнении, чтобы получился правильный ответ.

Он это делает и понимает, что значения a, b и с он посчитал неправильно еще в предыдущем уравнении. Поэтому там тоже надо всё быстро поправить. Он это делает и сдаёт работу.

Естественно, учительница палит, что он просто подогнал решение под правильный ответ и ставит ему двойку. И зря! Потому что, жульничество школьника на контрольной, можно считать прообразом метода машинного обучения, который позволил нейросетям совершить революцию в развитии компьютерного зрения, распознавания речи и искусственного интеллекта в целом. На разработку этого метода ушло целых 25 лет! И называется он алгоритмом обратного распространения ошибки.

Да-да, машинное обучение — это фактически подгонка уравнения под правильный ответ. Но давайте немного углубимся и поймем как это всё работает на самом деле, на примере простейшей нейросети.

Классические алгоритмы

Допустим, мы хотим научить компьютер распознавать рукописные цифры.

Как решить эту задачу? Отличник бы воспользовался классическими математическими методами.

Он бы написал программу, которая может определять специфические признаки, которые отличают одну цифру от другой. Допустим в 8-ке есть два кружочка, в 7-ке две длинные прямые линии и так далее. Вот только выявлять, что это за признаки и описывать их программе ему бы пришлось вручную. Короче надо было проделать кучу работы, и он бы всё равно обломался.

С такими задачами отлично справляются нейросети, потому как нейросеть может выявлять и находить эти специфические признаки самостоятельно. Как она это делает?

Для примера возьмём нейросеть с классической структурой, под названием многослойный перцептрон.

Структура нейросети

Нейросеть состоит из нейронов, а каждый нейрон — это ячейка, которая хранит в себе какой-то ограниченный диапазон значений. В нашем случае это будут значения от 0 до 1. На вход каждого нейрона поступает множество значений, а на выходе он отдаёт только одно. Наша нейросеть называется многослойной, потому, что нейроны в ней организованы в столбцы, а каждый столбец — это отдельный слой. Как видите тут целых четыре слоя.

Самый первый слой называется — входным. По сути, туда просто поступают входные данные.

Например, если мы хотим распознать картинку с цифрой размером 28 на 28 пикселей нам нужно, чтобы в первом слое нашей сети было 784 нейрона, по количеству пикселей в картинке.

Так как нейросеть может хранить только значения от 0 до 1 закодируем яркость каждого пикселя в этом диапазоне значений.

Следующие два слоя называются скрытыми. Количество нейронов в скрытых слоях может быть каким угодно, это подбирается методом проб и ошибок. Именно эти слои отвечают за выявление специфических признаков.

Значения из входного слоя поступают в скрытые слои, там происходит специфическая математика, значения преобразуются и отправляются в последний слой, который называется выходным.

В том нейроне выходного слоя, в котором окажется самое высокое значение, и высчитывается ответ. Поскольку в нашей нейросети мы распознаем цифры, то в выходном слое у нас 10 нейронов, каждый из которых обозначает ответ от 0 до 9.

Веса и смещения

Структура примерно понятна, но какие данные передаются по слоям и что за специфическая математика там происходит?

Разберем на примере одного из нейронов второго слоя.

В этот нейрон, как и в другие нейроны скрытого слоя, поступает сумма всех значений нейронов входного слоя. Напомню, что задача нейронов второго слоя — находить какие-то признаки. Например, этот нейрон мог бы искать горизонтальную линию в верхней части цифры 7.

Если бы мы действовали в логике классического алгоритма, то мы бы могли присвоить разным областям разные коэффициенты. Например мы предполагаем, что в верхней части изображения должны быть яркие пиксели, например горизонтальная палочка у 7-ки. Для этой области мы можем задать повышенные коэффициенты, а для других областей — пониженные. Такие коэффициенты в нейросетях принято называть весами. В формулах обычно обозначаются буквой w.

Теперь смотрите: перемножая входные значения яркостей на веса мы понимаем, была в этой области палочка или нет. Если признак найден, то в нейрон будет записано большое число, а если признака не было — число будет маленьким.

Но для того, чтобы активировать нейрон, нам нужно подать туда достаточно высокое число, выше какого-то порогового значения. В противном случае, нейрон выпадет из игры и дальше ничего не передаст.

Как это делается?

Мы знаем, что нейрон может содержать значения от 0 до 1. Но входяшие данные могут иметь значение существенно больше: мало того, что мы суммируем все значения из первого слоя, так мы еще их перемножаем на веса. Поэтому полученное значение нам нужно нормировать, например, при помощи  функции типа сигмоиды или ReLU.

Но представьте, что на исходных картинках может быть шум, какие-то точки, черточки и прочее. Этот шум нужно как-то отсекать. Для этого в формулу вводится коэффициент смещения, по английски Bias, и он обозначается буквой b. Например, если Bias отрицательный — нейрон будет активироваться реже.

Вся эта функция, кстати называется функцией активации.

Все веса и смещения для каждого нейрона настраиваются отдельно. Но даже в небольшой нейросети типа нашей, весов и смещений более 13 тысяч. Поэтому вручную их настроить не получится. И как же нам задать правильные веса?

Обучение

А никак! Мы просто даем нейросети произвольные значения весов и смещений. И в итоге, естественно, мы получаем совершенно случайные ответы на выходе.

И вот тут мы можем вспомнить, что у нас, как и у двоечника в начале рассказа, есть преимущество. Мы знаем правильные ответы, а значит в каждом конкретном случае. мы можем указать нейросети насколько она ошиблась. И тут в бой вступает тот самый алгоритм обратного распространения ошибки! В чем его суть?

Допустим, мы загрузили в нейросеть цифру 2. если бы нейросеть работала идеально в выходном нейроне отвечающем за распознавание двойки было бы максимальное значение равное единице. А в остальный нейронах были бы нолики. Это значит что нейросеть на 100% уверена, что это двойка, а не что-то иное. Но мы получили другие значения.

Однако, поскольку мы знаем правильный ответ, мы можем вычесть из неправильных ответов правильные и подсчитать насколько нейросеть ошиблась в каждом случае. А дальше зная степень ошибки, мы можем отрегулировать веса и смещения для каждого нейрона пропорционально тому, насколько они способствовали общей ошибке.

Естественно, проделав такую операцию один раз мы не сможем добиться правильных значений на выходе. Но с каждой попыткой общая ошибка будет уменьшаться. И только после сотен тысяч циклов прямого распространения ошибки и обратного, нейросеть сможет сама подобрать оптимальные веса и смещения. Вот и всё! Так и работают нейросети и машинное обучение.

Другие структуры

Мы с вами рассмотрели самый простой пример нейросети. Но существуют масса архитектур нейросетей:

• Нейросети с учителем
• Нейросети без учителя
• Нейронки, которые учат друг друга
• Нейронки, которые соревнуются между собой
• И даже нейросети, которые самостоятельно корректируют свою структуру в процессе обучения, наподобие того как это происходит в человеческом мозге.

Это целый мир чрезвычайно интересных знаний. И вскоре выйдет еще один материал про терминологию нейросетей и Искусственного Интеллекта.

ШИМ, все вокруг говорят про ШИМ. Ну фиг знает — я его не вижу. Что хотите сказать, если понижу яркость дисплея, это как-то будет меня утомлять? Кажется тут есть в чём разобраться!

Сегодня мы объясним как на самом деле работает ШИМ. Узнаем сколько FPS видит человек, а сколько муха.  Проведём тесты ШИМ на осциллографе. И, конечно, расскажем как избавиться от ШИМа на Samsung и на iPhone.

Благодарим компанию ЛЛС, предоставившую нам оборудование для теста. Это крутые разработчики и поставщики лазерно-оптического оборудования из Питера.

OLED дисплеи фактически во всём превзошли IPS. Но некоторые люди просто физически не могут пользоваться OLED, ведь они чувствуют усталость глаз, сухость и даже головные боли.

Почему так? Дело в том, что в отличие от большинства IPS-экранов большинство OLED-матриц мерцают. Примерно как дешевые люминесцентные лампы. И это не очень хорошо сказывается на зрении.

Но стоп! Лично у меня нет никаких проблем с OLED-дисплеями, да и мои друзья ходят с OLED и не жалуются.

Действительно, по статистике большинство (примерно 90%) людей не ощущают мерцания OLED-дисплеев. Мы даже провели опрос: Устают ли у Вас глаза от OLED дисплеев? Устают ли у вас глаза от IPS дисплеев? И получили вот такие результаты: примерно четверть — 27% сообщила, что у них глаза устают. Меньшинство, но всё же — четверть!

Тем не менее есть люди, которые не просто чувствуют ШИМ, но даже отчетливо его видят. Как так получается?

ШИМ в кинопроекторах

Чтобы ответить на этот вопрос давайте поговорим про кино. В старых кинопроекторах, в которых еще были бобины с плёнкой, крутили кино со скоростью 24 кадра в секунду.

Так вот, для того чтобы при смене кадров изображение не смазывалось и вы не видели момент перемотки пленки, в этот момент поток света перекрывался. Это приводило к адскому мерцанию, так как изображение постоянно обрывал «черный кадр».

Так как ускорить процесс смены кадров не было технической возможности киноделы придумали другой хак. Они стали перекрывать изображение дважды: не только во время смены кадра, но и когда на экране отображался статический кадр. Ммм. И какой в этом смысл?

Такое чередование изображения и дополнительных “черных кадров” позволяло искусственно увеличить частоту мерцания до 58 раз в секунду. Чего было достаточно, чтобы обмануть мозг. Видя постоянно мелькающую картинку, мозг просто «отключает» восприятия мерцания и мы видим плавную картинку. Кстати в немом кино, где использовалась частота 16 К/с, вообще перекрывали 3 раза и получилось мерцание — 48 раз в секунду.

Сколько мы видим кадров?

Этот невероятный эффект человеческого зрения называется порогом слияния мерцаний и этот порог равен 60 Гц. Это значит, всё что мерцает чаще чем 60 раз в секунду человек будет воспринимать как непрерывное изображение.

Кстати, у собак и кошек этот порог выше — в районе 70-80 Гц, а у мух так вообще 250-300 Гц.

Что же это получается, игровые мониторы 144 Гц и выше — это всё маркетинг? Нет, 60 кадров в секунду — это минимальный порог, при котором человек перестает видеть мерцание.
А люди с натренированным зрением, например, пилоты истребителей на тестированиях различают кадры, появившиеся на 4 мс. Что соответствует 250 кадрам в секунду. К хардкорным геймерам это тоже относится.

На самом деле есть исследования, где люди смогли различить и 480 к/с и даже больше в некоторых условиях.

Но в целом если верить ГОСТАм: Пульсация освещенности свыше 300 Гц не оказывает влияния на общую и зрительную работоспособность. ГОСТ Р 54945-2012

Зачем нужен ШИМ?

Итак, со зрением разобрались. Но зачем вообще мерцают OLED-дисплеи и на какой частоте?

Сначала ответим на вопрос “Зачем?”

Существует два способа регулировки яркости дисплея:

Первый и самый очевидный способ, при помощи понижения напряжения. Чем меньше мы подаем энергии на дисплей, тем меньше он светится.

Именно так регулируется яркость в большинстве IPS-дисплеев в наших смартфонах, ноутбуках и мониторах.

Но почему бы на OLED-дисплеях не делать также? На самом деле можно, и так даже делали раньше. Например в смартфоне LG G Flex 2 использовался именно такой подход. Но есть проблема! На OLED-дисплеях при уменьшении напряжения сильно страдает картинка. Возникает так называемый мура-эффект, более известный как эффект “наждачной бумаги”. Мы подробно рассказывали об этом в материале про OLED.

Поэтому чтобы избежать такой деградации изображения используется второй подход: регулировка яркости при помощи мерцания или ШИМ. ШИМ — это широтно-импульсная модуляция, или PWM по-английски. Это буквально значит — регулировка ширины, ну или длительности, импульса.

Так, стоп, что еще за импульс? Дело в том, что напряжение в дисплеях, использующих ШИМ, не постоянное, а прерывистое. Оно подаётся при помощи вот таких всплесков или импульсов.

Количество импульсов в секунду называется частотой и измеряется в Гц. А время, которое занимает каждый цикл пульсации, называется периодом.

К примеру, возьмем частоту 250 Гц, в этом случае период будет 4 мс. Частота и период — это фиксированные значения, и с изменением яркости дисплея они не меняются.  А вот ширина каждого импульса — это как раз то, что мы можем регулировать. Это значение называется рабочим циклом, и он выражается в процентах.

Если рабочий цикл 100%, импульс будет длиться 100% своего периода, то есть 4 мс. Это соответствует 100% яркости дисплея. Если мы сократим ширину имульса до 50% или 2 мс, воспринимаемая яркость дисплея также упадет до 50%. А на яркости 1% фактически 99% будет отображаться просто черный экран, но наше зрение это интерпретирует как просто очень тусклую картинку. Получается, чем меньше яркость дисплея, тем более выражен эффект мерцания. И тем это вреднее для глаз.

Частота ШИМ в разных дисплеях

На самом деле ШИМ используется не только в OLED-дисплеях, но и в IPS. Но в отличие от OLED в IPS-экранах используют очень высокую частоту мерцания, свыше 2000 Гц. Естественно, столь быстрое мерцание не сможет заметить ни человек, ни муха. А значит и глазки уставать не будут.

А какая частота ШИМ в OLED?

Тут всё зависит от конкретной модели, но есть определенные закономерности. Во-первых, желательно чтобы частота ШИМ была кратной частоте обновления дисплея. Потому на 60 Гц или 120 Гц дисплеях, как правило частота ШИМ — 240 Гц, а на 90 Гц дисплеях 360 Гц.

Мы решили убедиться в этом самостоятельно и отправились в Санкт-Петербург. Там ребята из компании ЛЛС подготовили для нас осциллограф с высокоскоростным фотодетектором.

Так мы проверили на ШИМ на iPhone 11 Pro и Pixel 4.

Тесты показали, что iPhone 11 Pro, вопреки общему мнению, немного мерцает даже на максимальной яркости, с частотой 240 Гц.  При снижении яркости до 50%, мерцание становится менее выраженным, а значит до этого момента на iPhone используется уменьшение напряжения. Ну а дальше в бой вступает ШИМ. На осциллографе очень хорошо видно, как при снижении яркости уменьшается ширина импульса, а значит увеличивается мерцание.

В Pixel 4 вплоть до 70% яркости мы не обнаружили ШИМа совсем, видно только обновление экрана 90 Гц. А дальше начинается ШИМ с частотой 360 Гц. Но так как частота обновления экрана в Pixel 4 после 40% падает до 60 Гц, видно как каждый четвёртый импульс немного скачет. Это потому что частота обновления не совпадает с частотой модуляции.

Посмотреть частоту ШИМ в других моделях можно на портале notebookcheck.net. Впрочем, некоторые измерения там выглядят сомнительно. Либо на нашем родном IXBT.com, там всё ок с тестами.

• Galaxy S20 — 242.7 Гц
• Galaxy S20 Ultra — 240.4 Гц
• Google Pixel 2 — 245.1 Гц
• Google Pixel 2 XL — 242.7 Гц
• Google Pixel 3a — 271.1 Гц
• Google Pixel 3a XL — 242.7 Гц
• Google Pixel 4 — 367.6 Гц
• Google Pixel 4 XL — 367.6 Гц
• Huawei P30 — 240.4 Гц
• Huawei P30 Pro — 231.5 Гц
• Huawei P40 — 245 Гц
• Huawei P40 Pro — 365 Гц
• iPhone 11 Pro — 290.7 Гц
• iPhone 11 Pro Max — 245.1 Гц
• iPhone XS — 240.4 Гц
• iPhone XS Max — 240.4 Гц
• OnePlus 5T — 242.7 Гц
• OnePlus 6T — 240 Гц
• OnePlus 7 — 200 Гц
• OnePlus 7 Pro — 122 Гц
• OnePlus 7T Pro — 294 Гц
• OnePlus 8 Pro — 258 Гц
• Samsung Galaxy A50 — 119 Гц
• Samsung Galaxy A51 — 242.7 Гц
• Samsung Galaxy A71 — 247.5 Гц
• Samsung Galaxy S10e — 232 Гц
• Xiaomi Mi 10 — 362.3 Гц
• Xiaomi Mi 8 — 238 Гц
• Xiaomi Mi 8 Explorer Edition — 100 Гц

OnePlus 7 Pro:

Samsung Galaxy A50:

На самом деле, частоту мерцания OLED-дисплеев можно увеличить, пусть не до 2000 Гц, но хотя бы до 500 Гц. Кстати, именно такая частота ШИМ была в древнем Windows Phone — Lumia 950. Но это удорожает производство, а так как страдающих людей мало, производители воровать у себя из кармана не готовы.

Кстати, практически все современные LCD-телевизоры тоже ШИМят на частоте 240 Гц. И в теликах этот эффект даже более заметен, чем в телефонах.

Разве что SONY не поскупились установить в свои LCD модели контроллеры управления яркостью либо совсем без мерцания, либо с мерцанием на частоте 720 Гц.

Как проверить ШИМ самому?

Но как проверить ШИМ на вашем телефоне, ноутбуке или телевизоре самостоятельно? Если у вас нет под рукой осциллографа с высокоскоростным кремниевым фотодетектором.

На самом деле очень просто! Вам нужно снять экран на видео в замедленной съемке 240 к/с или больше. Сейчас почти любой телефон так может. Если на всех значениях яркости вы не увидите мерцания в виде перемещающихся полос. Значит ШИМа нет.

Что такое DC Dimming?

Тем не менее проблема есть и первой её осознал Xiaomi, представив функцию DC Dimming в Black Shark 2 Pro. Эта тема настолько хорошо зашла, что очень быстро подсуетились OnePlus, OPPO и Huawei. И начиная с прошлого года во всех флагманах точно есть DC Dimming.

Само название расшифровывается как Direct Current Dimming, что переводится как затемнение постоянным током. Иными словами в этом случае яркость регулируется как и положено снижением напряжения.

СТОП! Но также нельзя! Картинка же убьется! На самое деле, так нельзя было делать раньше, потому как качество OLED-дисплеев оставляло желать лучшего. Но теперь всё иначе.

Уже давно многие производители стали использовать гибридный способ регулировки яркости. Например на iPhone до 50% яркости используется снижение напряжения, и только потом включается ШИМ. А телефоны с функцией DC Dimming пошли дальше и стали регулировать яркость исключительно снижением напряжения.

Да, включив DC Dimming на низких яркостях могут немного поплыть цвета и появиться шум. Но это совсем не критично.

И тесты показывают, что функция реально работает. Хотя колебания яркости и не сглаживаются полностью, всё равно такой подход позволяет многократно снизить нагрузку на наши с вами глаза.

По нашим замерам на Xiaomi Mi 10 ШИМ с включенным DC Dimming исчезает полностью! А значит ваши глазки смогут отдохнуть.

Убираем ШИМ для всех

Но что делать, если вам DC Dimming не завезли? Например у вас Samsung, который ШИМит даже на 100% яркости, или iPhone который начинает ШИМить на 50%?

На самом деле решение есть и оно программное. Имя ему экранные фильтры!

Android. Например, на любой Android можно поставить программу OLED Saver. Она умеет накладывать полупрозрачный серый фильтр поверх всего изображения. Регулируя прозрачность фильтра, регулируется яркость. Это программа умеет имитировать функцию автояркости. Можно довольно быстро из шторки регулировать прозрачность фильтра и настроить автозапуск после перезагрузки.

Не могу сказать что это очень удобно. Но может быть очень полезно, если любите позалипать в телефон перед сном в темноте.

iPhone. А на iPhone вообще есть специальный режим встроенный в систему. Он называется “понижение точки белого” и прячется в разделе “Универсальный Доступ”. Путь такой: Настройки > Универсальный доступ > Дисплей и размер текста > Понижение точки белого

А чтобы постоянно не лезть в настройки можно назначить включение режима на тройное нажатие кнопки питания с помощью такого пути: Настройки > Универсальный доступ > Быстрая команда. 

В iOS14 можно даже назначить тоже самое на постукивание по задней крышке. Но я бы не рекомендовал так делать, будут ложные срабатывания.

Ну и напоследок можно вынести ярлык с этой функцией в пункт управления. Для этого идём в Настройки > Пункт управления и перетаскиваем иконку “Команды для универсального доступа”.

Итоги

Что в итоге? ШИМ, конечно, зло. Хоть я его и не вижу, и мои глаза не устают, эта штука всё равно напрягает мозг. А с возрастом может появиться и усталость глаз.

С другой стороны, благодаря ШИМ вообще стал возможен прогресс в развитии технологии OLED. Если б его не было сидели бы мы на IPS и о всех прелестях классных OLED-дисплеев даже бы и не знали.

Очень надеемся, что DC Dimming станет стандартом и мы забудем о ШИМ в смартфонах и телевизорах точно также, как забыли о нём в настольных мониторах с появлением Flicker Free мониторов от BenQ. Это, кстати, та же самая технология что и DC Dimming.

В основу ролика легла статья с портала deep-review.com и материал Олега Афонина для журнала Хакер. Ребята проделали отличную работу, а мы продолжаем их дело.

И еще раз спасибо компании ЛЛС за оборудование и теплый приём в Питере! Очень приятно вместе с вами делать крутой науч-поп контент. На этом сегодня всё!

Как создаются современные процессоры? Насколько это сложный и интересный процесс и почему так важна некая Экстремальная УФ-литография? В этот раз мы копнули действительно глубоко и готовы рассказать вам об этой магии технологий. Располагайтесь поудобнее, будет интересно.

Вот вам затравочка — 30-килоВаттный лазер в вакууме стреляет по капле олова и превращает ее в плазму — скажете фантастика?

А мы разберемся как это работает и расскажем об одной компании из Европы, которая стоит тенью за всеми гигантами Apple, AMD, Intel, Qualcomm, Samsung и другими и без нее никаких новых процессоров бы и не было. И нет это, к сожалению не Чебоксарский завод электроники.

Чтобы понять процесс экстремальной ультрафиолетовой литографии — нам надо для начала понять, что вообще такое фотолитография. Сам процесс по своей сути очень похож на то как печатаются фотографии с с пленочных негативов на фотобумагу! Не верите — сейчас все объясним.

Фотолитография

Начнем с простого примера — возьмем прозрачное стекло и нанесем на него какой-то геометрический рисунок, оставив при этом какие-то участки без краски. По сути, сделаем трафарет. Приложим этот кусок стекла к фонарику и включим его. Мы получим ровно тот же рисунок в виде тени, который мы нанесли на кусок стекла.

В производстве процессоров этот кусок стекла с рисунком называется маска. Маска позволяет получить на поверхности любого материала “засвеченные и незасвеченные” участки любой плоской формы.

Хорошо — рисунок на поверхности мы получили, но это всего лишь тень. Теперь надо как-то его там сохранить. Для этого на поверхность кремниевой пластины наносится специальный светочувствительный слой, который называют Фоторезистом. Для простоты мы не будем тут говорить о позитивных и негативных фоторезистах, почему они так реагируют, все-таки мы не на уроке Физической химии. Просто скажем, что это такое вещество, которое меняет свои свойства, когда на него попадает свет на определенной частоте, то есть на определенной длине волны. 

Опять же как и на фотопленке или фотобумаге — специальные слои материалов реагируют на свет!

После того как нужные нам участки на кремнии мы засветили, именно их мы можем убрать, оставив при этом на месте остальные, то есть незасвеченные участки. В итоге мы получили тот рисунок, который и хотели. Это и есть фотолитография!

Конечно, кроме фотолитографии в производстве процессоров участвуют и другие процессы, такие как травление и осаждение, фактически комбинацией этих процессов вместе с фотолитографией транзисторы как-бы печатаются слой за слоем на кремнии.

Технология не новая, почти все процессоры начиная с 1960-х производятся при помощи фотолитографии. Именна эта технология открыла мир полевых транзисторов и путь ко всей современной микроэлектронике.

Но по-настоящему большой скачок в этой области произошел только недавно! С переходом на EUV. И всё из-за длинный волны 13.5 нм. Не переживайте, сейчас объясню!

Длина волны на которой светит наш “фонарик” — это невероятно важный параметр. Именно она и определяет насколько маленьким вы можете получить элементы на кристалле.

Правило максимально простое: Меньше длина волны — больше разрешение, и меньше техпроцесс!

Обратите внимание на картинку. Абсолютно все процессоры начиная с начала 90-х до 2019 года производились с использованием процесса Глубокой УФ-литографии, или DUV литографии. Это то, что было до Экстремальной.

Он основывался на использовании фторид-аргонового лазера, который испускает свет с длиной волны в 193 нанометра. Этот свет лежит в области глубокого ультрафиолета — отсюда и название.

Он проходит через систему линз, маску и попадает на наш кристалл покрытый фоторезистом, создавая необходимый рисунок.

 

Но у этой технологии тоже были свои ограничения, завязанные на фундаментальных законах физики.

Какой же минимальный техпроцесс возможен? Смотрим на формулу (только не пугайтесь):

Здесь Лямбда — это и есть наша длина волны, а CD — это critical dimension, то есть минимальный размер получаемой структуры. То есть с использованием “старой” DUV литографии нельзя получить структуры не меньше примерно 50 нм. Но как же это так спросите вы? Ведь производители отлично делали и 14 и 10 нм, а кто-то даже и 7 нм с использованием DUV литографии.

Они пошли на хитрости. Вместо одного засвета через одну единую маску, они стали использовать несколько масок, с разными рисунками, которые дополняют друг-друга. Это процесс получил название множественное экспонирование. Назовем это принципом слоеного пирога!

Да — производители обошли прямые физические ограничения, но физику не обманули!

Появилась серьезная проблема: эти дополнительные шаги сделали производство каждого чипа гораздо дороже, из-за них увеличивается количества брака, есть и другие проблемы.

То есть в теории можно продолжить работать со старой технологией и путем игры с масками и экспонированием (двойная, тройная, четверная экспозиция) уменьшать размеры и дальше, но это сделает процы золотыми. Ведь с каждым слоем процент брака возрастает все выше, а ошибка накапливается!

То есть можно сказать, что DUV — это тупик! Что делать дальше, как уменьшать?

И тут на помощь приходит великая и ужасная технология Экстремальной УФ-литографии, или EUV-литографии!

Посмотрите на фото — оно прекрасно демонстрирует различие двух технологий. Обе получены с использованием 7-нанометрового техпроцесса, но та что слева получена с использованием DUV-литографии и с теми самыми хитростями о которых мы говорили — тройное экспонирование, то есть с поэтапным использованием 3 разных масок. Справа же — технология EUV литографии на 13.5 нанометрах, с использованием одной единственной маски — разница очевидна — границы гораздо четче, лучший контроль геометрии, ну и сам процесс намного быстрее, меньше процент брака, то есть в конце концов дешевле. Вот она дорога в светлое будущее, почему бы сразу так не делать, в чем проблема?

Как работает EUV-литография

Все дело в том, что хоть EUV это та же литография, внутри в деталях все гораздо сложнее и тут ученые и инженеры столкнулись с новыми проблемами!

Сама технология экстремальной УФ-литографии начала разрабатываться в самом начале 2000 гдов. В ней используется источник, который излучает свет с длинной волны в 13.5 нанометров — то есть на нижней границе УФ-спектра, близко к рентгену!

В теории этим способом можно создавать структуры уже критических размеров — настолько маленьких, что еще чуть-чуть и на них перестанут действовать законы обычной физики. То есть после 5 нм мы попадаем в квантовой мир!

 

Но даже эта проблема на данный момент решена. Есть источник — возьми, да и делай себе сколь угодно маленькие процессоры.

Все совсем не так просто!

Проблема таких коротких длин волн в том, что они поглощаются почти всеми материалами, поэтому обычные линзы что были раньше уже не подходят. Что делать?

Для управления таким светом было принято решение создать специальные отражающие зеркальные линзы. И эти линзы должны быть гладкими! Очень гладкими!!! Практически идеально гладкими!

Вот вом аналогия — растянем линзу до размеров, скажем, Германии, так вот ее площадь должна быть такой гладкой, что ничего не должно выпирать больше чем на 1 миллиметр. Этот параметр называется шероховатостью линзы и у нужной нам он должен быть меньше 0.5 нанометра. Это уже близко к размерам АТОМА! Кто же смодет подковать блоху?

Конечно, Zeiss — только они на это способны! Да — та самая компаиня Zeiss, чьи линзы стоят на моем фотике, были в Nokia или во флагманах Sony Xperia.

Одна проблема решена — линзы есть!

Есть и вторая — этот свет рассеивается даже в простом воздухе. Поэтому для того чтобы процесс прошел нормально его надо проводить в вакууме!

Про частички пыли и грязи я вообще молчу — понятно что их там вообще не должно быть. Чистые комнаты на таком производстве на порядки чище, чем операционные в больницах! Люди буквально ходят в скафандрах. Любая, даже самая маленькая частичка грязи кожи воздуха может испортить и маску и зеркала!

А что же с источником? Просто поставили специальный лазер на более короткую длину волны и все? Проблема в том, что ни лампочек, ни лазеров, ни каких-либо других нормальных источников света, которые излучают на такой длине волны просто не существует в природе.

И как же тогда получают нужное излучение? Элементарно, Ватсон — нам нужна плазма.

Надо нагреть оловянный пар до температур в 100 раз больших, чем температура поверхности солнца! Всего-то! И за этим стоит почти 2 десятилетия разработок.

В установке для производства процессоров по EUV-литографии, о которой мы поговорим отдельно установлен специальный углекислотный лазер, который опять же может производиться в тандеме всего двух компаний в мире — немецкой фирмой Trumpf и американской Cymer. Этот монстр мощностью в 30 киловатт стреляет по 2 импульса с частотой 50 килогерц.

Лазер попадает в капли олова, первый выстрел фактически плющит и превращает каплю в блин, которая становится легкой мишенью для второго залпа, который ее поджигает. И происходит это 50 тысяч раз в секунду! А образовавшаяся плазма и излучает этот свет в экстремальном УФ спектре.

 

И естественно, это только самая база, но мы попробовали нарисовать вам картину того насколько это сложный и крутой процесс.

Компания, стоящая за производством всех процессоров

О технологии рассказали, значит ее кто-то придумал и реализовал,но ее разработка оказалась настолько дорогой, что даже крупные гиганты и воротилы не способны потянуть такие бюджеты!

В итоге, чтобы это стало реальностью всем пришлось скинуться — Intel в 2012 году, а TSMC и Samsung где-то в 2015 году приняли участие в общем проекте. Суммарные инвестиции составили, по разным оценкам от 14 до 21 млрд долларов! Из которых почти 10 млрд были вложены в одну единственную нидерландскую компанию ASML. Именно она и стоит за всем производством процессоров в мире по методу EUV-литографии! Вау! Что за ASML и почему мы о ней ничего не слышали? Компания из Нидерландов — что за темная лошадка?

Все дело в том, что ASML создали тот самый инструмент без которого Apple, Самсунг и Intel с AMD фактически как без рук! Речь идёт об установке стоимостью более 120 миллионов долларов. Она огромная, 180-тонная, потребляет почти 1 мегаватт электроэнергии, и ей нужно почти 1.5 тонны воды в минуту для охлаждения! Но даже при такой цене очереди на них стоят годами ведь в год этих машин производится несколько десятков штук.

Тут же стоит упомянуть немалый вклад российских умов. Например, один из создателей этой технологии — Банин Вадим Евгеньевич, сейчас директор по разработке в ASML. Также в компании работают и другие наши соотечественники!

Мы выяснили, что эта компания делает одни из самых технологичных девайсов, в котором собраны все знания человечества и на них производят процессоры все IT-гиганты сразу!

Но не только ASML стоит за спиной нам известных IT-гигантов. Их установки состоят из более чем 100 тысяч деталей, которые производятся более чем тысячей компаний по всему миру. Все эти компании связаны друг с другом!

Будущее

Но что же будет дальше! Вы что — думали, что мы оставим вас оставим в дне сегодняшнем? Нет — мы подглядели в будущее! Мы раздобыли информацию что будет после пяти или даже двух нм!

Во-первых, прямо сейчас, пока вы смотрите это видео TSMC уже штампует новые процессоры для HUAWEI, Apple и Samsung с использованием EUV-литографии, но не на 7 нм, как было с Apple A13 и Kirin 990, а на 5 нм техпроцессе! И этому есть множества потверждений! И о них мы услышим уже этой осенью. Как вам такое — A14 Bionic будет 5нм! Так же ждем новые Exynos на 5нм и процессоры Google, о которых мы рассказывали отдельно! Qualcomm наверняка тоже подтянется за ними, но тут мы не располагаем данными!

А во-вторых, и это вообще взрывает мозг, ASML уже заканчивает разработку установок, которые позволят производить процессоры на 2 нанометровом техпроцессе и даже меньше всего через 4-5 лет!

Для этого ребята из нидерландской компании совместно с немецкой Zeiss разработали новые зеркальные линзы, с высокими значениями апертуры. Это анаморфная оптика — она и многое другое позволит увеличить разрешающую способность.

Сам процесс по сути тот же EUV, но с приставкой High-NA EUV. А сами агрегаты буду занимать еще большие размеры, посмотрите вот так для них делают оптику!

Этот год тяжелый для всех, но в тоже время — посмотрите какими шагами начинают развиваться технологии, все шире и шире. Нас ждут новые процессоры с мощностями, которые нам и не снились.

Кроме этого развиваются совершенно новые типы процессоров такие как NPU — для нейровычислений.

Давайте сыграем в игру. У нас есть два ряда знакомых всем пользователям iOS-иконок. На первый взгляд иконки сверху и снизу одинаковые. Но это не так. В одном ряду вы видите настоящие иконки, а в другом подделку.

Можете ли вы определить, где какие? Не торопитесь, посмотрите внимательно? Ну что, выбрали?

Настоящие иконки находятся сверху. Думаю многие из вас заметили, что с нижними иконками что-то не так. По какой-то причине их форма выглядят не аккуратно, будто где-то был отрезан лишний пиксель. Почему так происходит?

Дело в том, что поддельные иконки по форме — это квадраты с закруглёнными углами, ну и прямоугольник если говорить о серой подложке.

Но! В интерфейсе iOS нет ни одного квадрата с закруглёнными углами. Все элементы в iOS, это не квадраты и прямоугольники — это суперэллипсы!

Сегодня мы поговорим про секреты в дизайнах продуктов Apple. Что такое суперэллипс? В чём магия формы иконок? И почему HomePod — это суперяйцо.

Продукты Apple часто получаются противоречивыми и не лишенными недостатков. Но думаю никто не будет спорить, что в плане дизайна Apple заморачиваются наверное больше всех на рынке. И даже форма иконок в iOS взята не с потолка, а вычислена математически.

Она называется суперэллипсом или кривой Ламе, в честь математика Габриеля Ламе, который в 19 веке внёс большой вклад в теорию упругости, разработал общую теорию криволинейных координат, и придумал суперэллипсы. Что же это такое?

Это геометрическая кривая, которая строится при помощи уравнения вот такого вида:

Это уравнение задаёт замкнутую кривую, ограниченную прямоугольником. При этом меняя значение n мы можем регулировать степень выпуклости каждого угла (можно поиграться тут). При n меньше единицы, мы получаем вогнутые стороны, а форма напоминает звезду.

Увеличивая значение n, форма становится всё более выпуклой. При n=2 получается ровный круг. А при n равной 4 или 5 мы получаем привычную всем форму иконки.

У такой формы даже есть своё название — сквиркл. И, нет, сквиркл — это не ваш любимый раздел на PornHub. Это производное от слов square и circle. Т.е. по русски сквиркл — это квадрокруг или квадратный круг.

Кстати, формула описывающая иконку iOS выглядит вот так:

Т.е. иконка в iOS — это и не круг и не квадрат, а математически — это что-то среднее между ними.

Кольцо и суперяйцо

Историческая справка. Популяризировал суперэллипсы и сквирклы датский ученый Пит Хейн. В 60-х годах он спроектировал транспортное кольцо в Стокгольме в виде суперэллипса со значениями n = 2.5, a/b = 6/5.

Форма развязки стала хитом. И он начал делать, столы, посуду, но вершиной его творчества стало суперяйцо. Как понимаете — это трёхмерный суперэллипс, по форме похожий на яйцо.

Кстати, трехмерные суперэллипсы — это суперэллипсоиды. А всякие неправильные суперэллипсоиды — это суперквадрики.

Непрерывность кривизны

Но вернёмся к иконкам! Чем всё-таки квадрокруг отличается от скругленного квадрата? И чем он не угодил дизайнерами Apple? Давайте посмотрим!

Если сравнить настоящие иконки с фейковыми, мы увидим, что закругление у квадрокруга начинается раньше и степень закругления нарастает постепенно.

Лучше всего это можно визуализировать при помощи вот таких гребней кривизны.

Казалось бы, разница — пара пикселей. Но плавные переходы, позволяют добиться так называемой непрерывности кривизны. И это даёт потрясающий эффект — форма объекта из искусственной, как бы собранной из разных форм становится естественной и завершенной.

Именно поэтому Apple очень активно использует суперэллипсы не только в интерфейсе, но и в дизайне всех своих продуктов.

Mac Mini, Apple TV,  iPhone, iPad, MacBook и конечно HomePod — своего рода всё это суперэллипсы. Даже в их новом кампусе нет ни одной прямой стены.

Плавное перетекание форм и отсутствие резких переходов делает продукты Apple не только привлекательными внешне. На этот счёт есть отличная статья Николая Геллара, которую я процитирую:

Вместо того, чтобы напоминать нам о промышленных цепочках поставок, конвейерном производстве и химических лабораториях, эти более мягкие формы напоминают о красоте природы. Это кажется органичным и вызывает приятные ощущения.

Например если сравнить по дизайну HomePod и Яндекс.Станцию, становится понятно в почему станция выглядит менее привлекательно, её как будто только выпустили с завода. А HomePod будто нашел в своём саду японский мастер суйсэки — искусства любования камнями.

Хотя сама Яндекс.Станция — девайс отличный. А HomePod красивый, но туповатый (русского не знает) .

Примеры

Но, конечно, Apple тоже не сразу к этому пришли. Например, иконки и другие элементы интерфейса стали суперэллипсами только в начиная с iOS 7.

Такая же история с Apple Watch. В Series 4 увеличили не только дисплей, но и обновили форму. Да-да, Apple Watch с четвёртой версии это тоже — суперэллипс (как сам экран).

Другие компании

Естественно, не только Apple играется с суперэллипсами. Те же иконки в One UI на смартфонах Samsung, гораздо более явные квадрокруги, чем у Apple. Но, на мой взгляд, у Samsung выбранная форма не работает.

Во-первых, потому, что иконки закруглены уж очень сильно, из-за чего они выглядят неустойчиво, как буд-то в любой момент они могут укатиться с рабочего стола. Кстати, в физическом мире такой же ошибкой грешит колонка от Mail.ru, она просто неустойчивая.

Но это не самое главное. Основная проблема в интерфейсе Samsung. Я говорю про отсутствие единства. Плавные суперэллипсы тут соседствуют с грубоватыми скруглёнными. Как внутри интерфейса так и в дизайне самих девайсов.

А именно единство подхода начиная от самого простого элемента интерфейса, заканчивая дизайном всей линейки продуктов, делает устройства Apple такими привлекательными и доставляющими в использовании. Да, наверное, это звучит рекламно. Но, мне пофиг, просто хочется отдать должное дотошности подхода ребят из Купертино.

Эти чуваки показали миру, что красивыми могут быть не только автомобили и предметы роскоши, но обычные нотбуки и и телефоны. Поэтому вся техника щас так круто выглядит.

Ну а если у вас есть желание прислать нам тему для ролика или готовый сценарий, давайте сделаем его вместе — пишите на idea@droider.ru.

Странная вещь. Во все флагманские смартфоны сейчас ставят OLED-экраны, но все они называются по-разному. И выглядят по-разному: AMOLED, Super AMOLED, POLED, свят-свят Retina. Бывает, что в одну и ту же модель ставят разные матрицы, как например с Pixel 4. Так чем они отличаются и почему так?

Вот реально знаете ли вы чем отличается OLED, AMOLED и POLED? Почему OLED экрана стоят дороже LCD? Зачем придумали PenTile? И правда ли, что OLED выгорает? Ну и ШИМ…

Вы просили, мы рассказываем. Сегодня речь пойдёт про OLED.

Собрали для вас массу интересной информации.

Чем отличается от LED

Начнём с того OLED отличается от LED. Буквы LED в названии обеих технологий означают — светодиод — Light-emitting diode.

OLED и LED работают на принципе — электролюминесценции. Если к полупроводнику подвести ток, можно заставить его светиться. Отличаются они только типом вещества, которое светится.

В LED лампах используются неорганические вещества: различные полупроводники кристаллы. Например, кремний светится синим цветом.

А вот в OLED наоборот используются органические вещества, отсюда название — органический светодиод или Organic Light-emitting diode.

Преимущество таких веществ в том, что их можно наносить на поверхность тончайшими слоями, как краску. Поэтому по сути OLED — это цветные светящиеся чернила! А LED — светящиеся кристаллы. Тоже неплохо. Тут кто за какой магический клан болеет.

Такое свойство органических материалов, позволяет делать очень тонкие дисплеи с высокой плотностью точек. И пока что ничего круче из массовых технологий не придумали.

Структура

Что такое AMOLED?

Но вот проблема — первые OLED-матрицы были пассивными. Что это значит?

Транзисторы, управляющие током, в таких матрицах располагались по бокам, поэтому подавали электричество сразу на целую полосу пикселей. При этом активизировались только пиксели на пересечении двух полос: положительно и отрицательно заряженных.

Естественно, с такой структурой ни о какой энергоэффективности, долговечности и Always-On-Display говорить не приходилось. Поэтому такие матрицы использовались только в очень маленьких дисплеях, для смартфонов и уж тем более ТВ они были непригодны.

По своей структуре OLED-дисплеи представляют своеобразный многослойный сэндвич, рецепт которого, с каждым годом совершенствуется. Но его базовые компоненты: подложка, и органический слой зажатый между двумя электропроводящими пластинами.

Поэтому появились экраны с активной матрицей. На подложку нанесли TFT-слой — Thin-film transistor — тонкопленочный транзистор. Теперь каждым пикселем стал управлять отдельный транзистор. А значит появилась возможность включать и выключать каждый пиксель по отдельности. Всё это дело назвали Active Matrix OLED, ну или AMOLED.

Матрицы такого типа сейчас ставят везде, но само название закрепилось за Samsung.

Но есть и другой тип матрицы POLED, которые производит LG. Что же это такое?

Что такое POLED?

Первый OLED делали на стеклянных подложках и у такого решения был ряд недостатков. Во-первых, стекло — дорогой материал, во-вторых оно бьётся, в-третьих, оно не гнется, а мы с вами жить не можем без загнутых дисплеев, по версии Samsung.

Поэтому производители заменили стекло на пластик. Но не простой, а специальный полимерный пластик: он дешевый, устойчивый к высоким температурам прочный, но при этом гибкий материал. Переход на пластик, позволил сократить издержки, делать гибкие дисплеи, так еще и уменьшить толщину дисплея. Заодно нам пытались втюхать гибкие телевизоры и смартфоны, помните?

Такой тип матрицы назвали Plastic OLED, ну ли POLED.

Отличия POLED от AMOLED

Так стоп! Но ведь первые гибкие дисплеи — это AMOLED от Samsung. А POLED производит LG. Всё верно. Так как пластик во всем выгоднее стекла, на него перешли все. Поэтому сейчас и в загнутых, и в плоских дисплеях установлены OLED на пластиковой подложке. И, естественно, с активной матрицей. А названия у технологий разные только исходя из маркетинговых соображений. Просто LG свои дисплеи называет POLED, а Samsung — AMOLED.

Скажу больше, сейчас POLED от LG и AMOLED настолько сравнимы по качеству, что часто в рамках одной линейки девайсов стоят дисплеи разных производителей. Например, в маленьком Pixel 4 стоит POLED от LG, а в XL версии AMOLED от Samsung. И никто не парится.

А Huawei так вообще в линейке P40 использует дисплеи от трёх производителей: LG, Samsung, и пока что мало кому известные дисплеи BOE. Это такой китайский гигант, которому пророчат большой успех. Даже поговаривают что в новых iPhone будут стоять дисплеи BOE.

Короче, в телефонах всё просто: как бы дисплей ни назывался, и кто бы его ни делал это будет OLED-экран с активной матрицей на пластиковой подложке.

Кстати, Super AMOLED и Dynamic AMOLED, Fluid AMOLED — это тоже просто маркетинговые названия, не привязанные к какой-либо технологии.

Плюсы и минусы OLED вы итак знаете:

• сочная картинка
• глубокий черный цвет
• отличные углы обзора
• НО дорогой и устают глаза
• И главное они дорогие.

И тут мы поговорим о производстве.

Производство OLED

Для смартфонов OLED-дисплеи делают по принципу граффити трафаретов. Прикладывают трафарет с дырками под пиксели и сначала рассыпают красную краску. Сушат всё ультрафиолетом. Потом ставят другой трафарет и распыляют зелёную краску, потом синюю. Так мы получаем все три цветных субпикселя на одной поверхности. Кстати, трафарет называется теневой маской.

Как вы понимаете, такой процесс производства нельзя назвать эффективным. Примерно 70% дорогущего органического материал осаждается не на дисплее, а на теневой маске.
Более того, появляется целая масса причин для брака: какой-то субпиксель может перекраситься или потечь, или вообще какие-то субпиксели сместятся. Короче получается дорого.

Кстати, история с трафаретом объясняет, почему в OLED-дисплеях какое большое расстояние между сибпикселями по сравнению с LCD дисплеями.

А еще, это объясняет почему так много разных структур OLED-матриц. Поменял теневую маску и готово — новый тип дисплея.

Даже в iPhone и Samsung, как правило, используются немного разные структуры.

Так вот телевизоры. Основная проблема что такой подход для больших дисплеев оказался просто нерентабельным. Samsung вообще отказались от OLED -матриц в телевизорах в 2013 году.

А вот LG наши выход. Что же они сделали? Они решили отказаться от использования теневой маски. И стали полностью заливать три слоя разными цветами чтобы при смешивании получить белый цвет. Дальше поверх добавляются цветовые фильтры и цветное изображение готово. Это немного похоже на структуру ЖК-экранов, про которые мы рассказывали в другом ролике.

Но такой подход тоже неидеальный. Во-первых цветовые фильтры отсекают часть света, поэтому нельзя добиться высоких уровней яркости.

Как правило LG используют структуру RGBW структуру субпикселей. Тем не менее у LG получается продавать отличные телевизоры по адекватным ценам. Респект компании за смелость. Надеемся, в будущем все перейдут на нормальную технологию струйной печати дисплеев, прям как в принтерах. Тут и до живых газет недалеко. Какой-то магический материал получается….

Калибровка OLED

Но чем же отличается хороший OLED-дисплей от плохого? Неоптимальная технология производства объясняет почему OLED-дисплеи такие дорогие. Но это не единственная с данной технологией.

Так как каждый субпиксель в OLED-дисплее — это независимый органический источник света, яркость каждого субпикселя немного отличается. Поэтому возникает вот такая проблема: шум в видео полосочек или просто хаотичный шум. Это называется mura-эффект.

Больше всего он заметен на низких уровнях яркости на сером цвете. Такая штука может встречаться на всех моделях телефонов, телевизорах и прочего. Такая уж особенность технологии. Поэтому OLED дисплеи требуют очень точной попиксельной калибровки прям с завода.

Вот к примеру так выглядят уровни яркости на неоткалиброванном дисплее телефизора. Ужас, да?

А вот пример пример до и после калибровки.

На ЖК-дисплеях такой проблемы нет, так как подсветка одна на все пиксели.

Тем не менее, при наличии хорошего калибровочного оборудования можно исправить почти любой экземпляр, кроме откровенного брака.

Но мы то с вами понимаем, что самые лучшие лучшие дисплеи пойдут во флагманы. А кое-как откалиброванные, в более дешевые модели и на продажу конкурентам. Именно поэтому Super AMOLED на Galaxy S20 Ultra не похож на Super AMOLED в Galaxy A51. А помните у Pixel 2 экран тупо зеленил — тоже дешевые матрицы закупили.

 

В целом, мы видим, как с каждым годом качество OLED-матриц растёт. И сейчас даже в бюджетных моделях устанавливают очень неплохие дисплеи.

Выгорание

Фух, с процессом производства разобрались. Самое время поговорить про выгорание! Тут порадовать нечем, выгорание — это реальность. Органические материалы достаточно нежные. Поэтому если долго вводить яркое статичное изображение на часть пикселей, они через какое-то время потускнеют. Так например есть проблема с синими пикселями, из-за особенностей химических веществ способных выдавать синее свечение, срок жизни синих пикселей в OLED в десятки раз меньше, чем у красного и зелёного пикселя. Речь идет о сроке жизни в 10-20 тысяч часов у синего пикселя против сотен тысяч часов у красного и зелёного.

Кстати, именно по причине такой короткой жизни синих субпикселей Самсунг использует PenTile-компоновку матриц. В таких матрицах зеленых субпикселей в 2 раза больше чем синих и красных, а так как люди лучше воспринимают яркость именно в зеленом канале цвета, синие и красные субпиксели могут светить не так ярко. Это продлевает жизнь дисплея.

Но что это значит на практике? Сколько должно пройти времени прежде чем выгорят пиксели или сдохнет синий цвет? Давайте посмотрим.

Ребята с портала RTINGS.com провели тест. Вот так выглядел красный цвет на экране TV на первой неделе теста.

А вот так на 102 неделе — то есть через два года непрерывной работы!

Но не спешите пугаться. Первый эффект был замечен после 9000 часов работы. Это если смотреть телевизор 5 лет по 5 часов каждый день. И то, если вы будете смотреть все время только новости CNN на большой яркости. И, кстати, синий цвет пострадал гораздо меньше.

Иными словами, при нормальном использовании проблема не проявляется. И опросы в сети это подтрверждают. То есть проблема, безусловно, есть. Но возникает она через реально длительный период при определённых условиях.

Итоги

С каждым годом OLED-дисплеи становятся всё лучше. Совершенствуется структура дисплеев, процесс производства, методы калибровки. И главное — появляются новые производители. Помимо BOE, есть японский JOLED, специализирующийся на матрицах для мониторов и ТВ. И еще китайский Zhiyun, недавно в эту компанию Xiaomi инвестировали 20 миллионов долларов. А чем выше конкуренция, тем выгодней нам.

Давайте посмотрим на коробку вашего смартфона. Тут несколько кодов. Главный из них — IMEI. Но это это такое? Чем он может быть полезен? Какая информация в нем хранится? И безопасно ли светить свой IMEI посторонним?

Всё что вы хотели знать про IMEI и другие интересные циферки на коробке вашего смартфона в сегодняшнем познавательном разборе. 

Что такое IMEI?

IMEI — расшифровывается как International Mobile Equipment Identity — международный идентификатор мобильного оборудования. 

IMEI — это уникальный номер, хранящийся в прошивке вашего девайса и привязанный к радиомодулю. Похоже на номер двигателя машины.  При помощи IMEI происходит регистрация устройства в сети. Что, например, позволят даже без SIM-карты делать экстренные вызовы с любого мобильного. 

Разбираем по цифрам

Для начала немного нумерологии! 

IMEI состоит из 15 цифр и содержит в себе массу полезной информации, где телефон сделали, что за модель, как у неё серийный номер. 

TAC — Type Approval Code — первые 8 цифр номера. А он в свою очередь состоит из двух частей.

Первые 2 цифры называются RBI — Reporting Body Identifier — и обозначают код авторизированного ассоциацией GSMA представителя. То есть компании, через которую новая модель подается на регистрацию в GSMA? Это обязательно делать для каждой модели. 

Например, если первые две цифры IMEI — 35, значит модель регистрировали в Британии. 

Следующие 6 цифр — это серийный номер модели. Его определяет производитель и он должен быть уникальным для каждой модели.

Но самое интересное, что один TAC распространяется только на 1 миллион устройств. А если нужно больше — производитель должен зарегистрировать новый TAC. 

Каким образом он это будет делать — выбор за ним: или через другого регистратора (тогда первые 2 цифры IMEI будут другие) или присвоив новый серийник.

Таким образом, от партии к партии TAC номер в одной и той же модели может меняться. Поэтому если вы повстречаете человека таким же TAC номером, знайте — это судьба! Вас таких 2 на миллион. 

А последняя цифра — контрольная. По ней проверяется правильный ли IMEI, и высчитывается она по алгоритму Луна. 

Также в сведениях об устройстве вы можете найти другой номер — IMEI SV. Что это? По сути это тоже IMEI, в нём даже первые 14 цифр такие же как в обычном IMEI. Но вместо последней контрольной цифры в нём стоит две цифры которые указывают версию текущего ПО. И он нужен чтобы вам прилетали правильные обновления по воздуху. Собственно SV и значит system version.

Чем полезен IMEI?

Так зачем нам вообще нужно знать IMEI? Есть два сценария, в которых IMEI может быть очень полезен:

Первое. При покупке Б/У модели или нового телефона в неофициальных точках. Например, если мы берём Б/У девайс мы сможем узнать:

• когда был активирован девайс
• есть ли гарантия, и сколько её осталось
• сверить модель гаджета, объём памяти, цвет
• и даже сможем узнать был ли украден или потерян девайс. 

Также можно будет проверить это оригинальное устройство или копия. Что бывает полезно при заказе девайсов из Китая. Как это сделать расскажем дальше.

И второй сценарий. Если вы потеряли телефон или у вас его украли. По IMEI можно будет вычислить местоположение девайса. Как только устройство включится оно сразу зарегистрируется в сети. 

Как узнать свой IMEI?

Узнать IMEI своего девайса можно кучей способов. На самом телефоне можно набрать *#06# или заглянуть в настройки, в сведения о телефоне: 

Android: «Настройки» – «О телефоне» – «Общая информация»

iPhone: «Настройки» – «Основные» – «Об этом устройстве»

Также IMEI можно найти на коробке девайса. А самые хардкорные сыщики могут отыскать IMEI под аккумуляторной батареей. 

Давайте посмотрим, что еще интересного есть на коробке? Кстати, если вы найдете сразу два номера IMEI — это значит что у вас в телефоне две SIM-карты. Либо одна обычная симка и одна eSIM. Вот как на этом iPhone, например. 

Кстати, номер EID сверху — это идентификатор встроенной сим-карты. Чтобы активировать встроенную симку оператор должен получить ваш номер EID (Embedded Identity Document), после чего он сможет закрепить за ним номер телефона.

 

А код MEID это по сути тоже самое, что IMEI только для сетей CDMA. Поэтому, если видите такой код, значит с таким телефоном спокойно можно ехать в Америку, где CDMA сети распространены. 

Проверяем IMEI

Есть куча сервисов для проверки IMEI, но самый удобный для iphone вот такой: https://imei24.com/, а для Android вот такой: https://www.imei.info/. 

А еще есть вот такой сайт на русском: https://sndeep.info/ru. Но это сервис сомнительный, о чём чуть позже.

 

Мы проверили iPhone и сразу же увидели кучу полезной инфы. Какая модель, для какого региона, был ли заменён телефон. Даже видно сколько телефон использовался и сколько осталось дней гарантии!

 

Имея такую инфу можно будет легко определить обманывает вас продавец или нет. 

Мошенничество

Но если вы продаете телефон. Безопасно ли отправлять такую ценную инфу незнакомому человеку? Как вам сказать? В целом, да безопасно. Но есть риск попасть на неприятную мошенническую схему. 

Вы посылаете потенциальному покупателю свой IMEI, а он  в ответ вам скидывает ссылку на тот самый сомнительный сайт sndeep.info. Где сказано, что ваш IMEI теперь числится в списке украденных.

 

А чтобы удалить IMEI из списка с вас требуют какую-то сумму денег. 

Вот только проблема, что этот сайт носит исключительно информативный характер и туда каждый может внести любой IMEI, указав что телефон потерян или украден. Это ни на что не влияет. 

Имейте это ввиду и не переживайте, если попадетесь на такой развод. К сожалению, при покупке/продаже Б/У техники такое происходит часто. 

Номер модели в iPhone

Кстати, при покупке Б/У iPhone также можно уточнить номер модели вот в таком формате:

Его можно посмотреть в разделе “Об этом устройстве”.

Первая буква в этом номере отвчает за «статус» девайса. 

Например, если первая буква M — значит девайс новый. А если F — телефон восстановленный. 

Вот все литеры и их значения:

• M — новое устройство для розничной продажи
• F — восстановленный (Refurbished) iPhone
• N — смартфон меняли по программе сервисной гарантийной замены (заменённый iPhone)
• P — персонализированный iPhone (с гравировкой)
• 3 (или другая цифра) — Demo-версия (демонстрационный)

 А по последним двум буквам можно определить регион:

• RU — Ростест, 2 года гарантии в России
• LL — США

Судя по статистике российского портала для проверки IMEI, самые популярные Б/У девайсы в России  — это iPhone. Поэтому думаю, что информация вам пригодится. 

IMEI в России

Тем более что, с середины 2021 правительство России планирует серьёзно взяться за регулирование серых поставок. Все девайсы ввозимые в Россию будут регистрироваться по IMEI и попадать в белый список. А устройства из серых поставок, будут блокироваться. 

Но пока что это только законопроект. Тем не менее предупрежден — значит вооружен. 

Смена IMEI

И, кстати, IMEI на самом деле можно поменять, и в России это даже законно. Это необходимо например, если телефон был утерян или украден и оригинальный IMEI заблокировали. Поэтому чтобы разблокировать девайс надо менять IMEI. 

Для того чтобы сменить IMEI на iPhone — надо писать в поддержку Apple и собирать кучу документов. А на Android, теоретически можно сменить IMEI самостоятельно, но на рутованных девайсах. Но мы, конечно, такого делать не рекомендуем. 

Идея

На этом сегодня всё. Если у вам нравятся такие разборы и у вас есть идея для видео или даже готовый сценарий, напишите нам об этом на idea@droider.ru. Давайте вместе делать топовый контент!