O coração do smartphone: qual SoC escolher

Sistematizamos dados em vários chips de smartphones para mostrar mais claramente a diferença entre eles e seu desempenho. Empacotaram tudo em um tablet e disseram brevemente do que e de onde vinha.



Cada fabricante tem modelos bem-sucedidos em que esse equilíbrio é encontrado e, francamente, falhando - onde as forças lançaram todos os núcleos para o alto desempenho, esquecendo a memória, não deixando uma reserva para tarefas simples e não ensinando o chip a trabalhar com meia força. O objetivo deste artigo é mostrar como a arquitetura do ARM evoluiu, quais soluções são relevantes agora e quais delas você pode escolher por si mesmo, com foco no cenário de uso de um smartphone.

ARM e versões principais da família

Para a representação clássica das arquiteturas nucleares usadas nos chips dos smartphones modernos, as famílias ARMv7 e ARMv8 são comumente consideradas. Eles formaram a base de muitos ramos, tanto pelos autores da ARM Holdings quanto por outras empresas: Qualcomm, Apple, Samsung, Nvidia, etc. O ramo mais popular é o ARMv8-A, que na época abriu uma nova era da computação em massa de 64 bits para dispositivos móveis.

Todos os núcleos atuais de computação da ARM Holdings para smartphones são integrados à família Cortex-A. Outros desenvolvedores compram licenças para eles da ARM e liberam seus chips com alterações mínimas. Mas eles também podem processar a arquitetura em si ou até criar tudo do zero, mantendo apenas o suporte para o conjunto de instruções correspondente. Assim, por exemplo, Apple, Samsung e algumas outras empresas agem. Na Samsung, esses são os núcleos Exynos M1, M2 e M3. A Apple tem Monção, Mistral, Furacão, etc. A Nvidia tem Denver2. A Qualcomm tem Kryo et al.

Agora, vejamos o SoC mais popular dos principais players desse mercado.

Qualcomm e a linha Snapdragon

A Qualcomm é considerada um líder reconhecido nesse campo. Agora, o portfólio da empresa inclui várias gerações de SoCs de sucesso que foram distribuídos em milhões de cópias em todo o mundo. Vamos dar uma olhada no sortimento e destacar os modelos mais interessantes.



Snapdragon 4xx - uma série de SoC acessível para smartphones. Talvez essa frase seja um tanto grosseira para eles, mas alguns fabricantes estão tentando manter esses SoC sob o pretexto de preocupação com a autonomia. Não acredite neles. Embora o Snapdragon 4xx seja realmente econômico, a relação custo-benefício é a consequência, não a causa.

Processadores Snapdragon 425, 427 - 4 núcleos com suporte para memória LPDDR3 de canal único. Eles operam em frequências de até 1,4 GHz e são baseados no núcleo Cortex-A53 (arquitetura ARMv8).
O Snapdragon 435 é um processador de 8 núcleos com suporte para memória LPDDR3 de canal único. Ele opera em frequências de até 1,4 GHz e é baseado novamente no Cortex-A53.

A série Snapdragon 450 também usa um layout de 8 núcleos, mas está disponível na tecnologia de processo de 14 nm. Conseguimos aumentar as frequências para 1,8 GHz, e o núcleo de vídeo integrado recebeu suporte para resoluções de WUXGA para Full HD + (proporção de 18 para 9). O Snapdragon 450 ainda usa a memória de canal único Cortex-A53 (ARMv8) e LPDDR3.

A linha Snapdragon 625 e 626 - SoC é a primeira a receber o carregamento do QC 3.0 e produzida de acordo com os padrões do FinFET de 14 nm. Isso permitiu reduzir o consumo de energia da parte da CPU. No entanto, não existem muitas diferenças em relação à série 4xx: a frequência aumentada é de até 2 GHz para 625 e 2,2 GHz para 626.

O Snapdragon 653 é o primeiro SoC de gama média alimentado pela tecnologia BIG.Little. Baseia-se em vários núcleos Cortex-A72 (até 1,95 GHz) e 4 núcleos Cortex-A53 a uma frequência de até 1,45 GHz. Há memória LPDDR3 de canal duplo e um núcleo gráfico com desempenho normal. Os telefones baseados no Snapdragon 653 podem ser equipados com telas com uma resolução de 2560x1600 pixels.

Snapdragon 630, 636 e 660 - o chip 630 se destaca aqui, como ele terminou sua vida antes que ele pudesse começar corretamente. Sua estrutura era relativamente simples: 8 núcleos idênticos ao Cortex-A53 (ARMv8) foram divididos em 2 grupos de 4 cada um; entraram em produção imediatamente no processo de fabricação de 14 nm. Como a memória utilizada LPDDR4 de canal duplo. Literalmente no mesmo ano, a Qualcomm chegou à conclusão de que a configuração do Snapdragon 630 não foi totalmente bem-sucedida e a atualizou para 636. Ela usa quatro núcleos Cortex-A73 mais rápidos e quatro Cortex-A53. Os Snapdragon 636 e 660 são o mesmo SoC, com diferenças na frequência máxima (1,8 GHz versus 2,2 GHz), diferentes núcleos gráficos e uma frequência de memória um pouco mais alta no 660.

O Snapdragon 835 e 845 são os carros-chefe da Qualcomm usados ​​nos telefones celulares mais avançados (e até nos netbooks). Ambos são produzidos pela tecnologia de processo de 10 nm nas fábricas da Samsung. Eles têm 8 núcleos na configuração BIG.little. O Snapdragon 835 é uma integração de quatro núcleos ARM Cortex-A73 (ARMv8-A) e de tantos núcleos Kryo 280 (um núcleo Cortex-A73 modificado). Suporte introduzido para o QC 4.0. Memória de canal duplo usada do novo padrão - LPDDR4X. O núcleo gráfico Adreno 540, mesmo para os padrões de 2018, é muito, muito rápido.



O primeiro Snapdragon 845 instalou dois pares de núcleos Kryo 385 Gold e Silver. O Kryo 385 Gold é baseado na versão Cortex-A75 (ARMv8.2-A), enquanto o Silver é baseado na versão Cortex-A55 (ARMv8.2-A). Este é o próximo passo no desenvolvimento da tecnologia BIG.little. Agora, a Qualcomm chama de ARM DynamIQ. As frequências do Kryo 385 Gold atingem 2,8 GHz, enquanto os núcleos mais fracos do Kryo 385 Silver, pelo contrário, são reduzidos para 1,8 GHz.

MediaTek

Ao ler as especificações, você entende que a empresa é uma verdadeira descoberta para os fabricantes de smartphones: também produziria SoC barato com vários núcleos. Você pega um e faz um telefone por menos de US $ 100-200 com as palavras: "8 núcleos, 64 bits, etc.!". De fato, o MediaTek produz bons SoCs, mas eles os cruzam com uma ligação medíocre, para que os compradores tomem cuidado com esses telefones. E, no entanto, entre a ampla variedade, o MediaTek possui processadores ARM realmente enormes. Boas soluções podem ser chamadas de duas linhas - Helio P e X. A primeira refere-se ao segmento intermediário e a segunda para smartphones avançados.


As séries Helio P30, P25 e P20 são chips 4 + 4 de 8 núcleos, consistindo em núcleos A53. Uma das vantagens do Helio é a memória LPDDR4x moderna, que certamente afetará os testes gráficos. Nos testes de processador, a diferença entre as três versões do SoC não é grande. A ênfase do MediaTek estava no desenvolvimento de recursos auxiliares do SoC, como suporte para telas de alta resolução, câmeras duplas e similares.

Os microchips X27 e X30 mais antigos são únicos em sua estrutura. Eles custam não dois, mas três grupos de núcleos ARM. Bem, a solução é extraordinária e interessante. Na prática, avaliar o desempenho de um circuito desse tipo é ainda mais difícil, porque eles trabalham separadamente, dependendo das cargas.

Huawei Kirin

Outro jogador no mercado que prefere seus próprios desenvolvimentos. Em geral, a Huawei está chegando à Olympus há anos e, por isso, decidiu começar a desenvolver SoC, naturalmente, usando a licença ARM. Em geral, estes são SoC típicos com as características usuais, com exceção do desejo da Huawei de acompanhar os tempos. Portanto, elementos do processamento de IA, como o coprocessador NPU, estão sendo gradualmente introduzidos no SoC. Além disso, a Huawei possui grandes centros de pesquisa na Europa. A Huawei conseguiu alcançar os líderes, como veremos agora.



Kirin 6xx - para telefones celulares de gama média. Esses SoCs competem com o Snapdragon 4xx. Eles têm 8 núcleos em uma configuração 4 + 4. Infelizmente, o desempenho do sistema gráfico é insuficiente. Esta é a principal desvantagem da série 6xx. Kirin 658, 655 e 650 são muito semelhantes entre si. A Huawei está gradualmente fazendo overclocks e alterando índices. Ao mesmo tempo, a parte gráfica permanece inalterada e é baseada no núcleo Mali-T830 MP2. Há suporte para a memória LPDDR3 já desativada. Foi realizada uma auditoria para 658 e um módulo de comunicação atualizado apareceu (802.11 b / g / n / ac). Ainda assim, as versões mais antigas do 9xx são de grande interesse.

Kirin 9xx Esses SoCs de 8 núcleos são um pouco mais rápidos que a linha Mediatek Helio X, embora tenham menos núcleos. O SoC acabou sendo padrão, sem inovação, mas eles funcionam perfeitamente e economizam dinheiro da empresa. Em geral, os trios Kirin 970, 960, 955 têm características típicas, que mostram como a evolução ocorre. 955, possuindo um conjunto de núcleos A72 + A53, acabou substituindo-os por A73 + A53. As frequências diminuíram, o consumo de energia caiu e, devido às otimizações internas dos núcleos A73, alcançou um desempenho entre o Snapdragon 835 e o 660. Portanto, o próximo passo com a substituição de memória mais rápida deu um impulso que nos permite combater o Snapdragon 835 em termos iguais. superam o desempenho do Helio de 10 núcleos, que aparentemente a Huawei e perseguiu.



Separadamente, deve-se dizer sobre a eficiência do coprocessador NPU, porque o resultado é realmente curioso. Como muitos comentadores observam, os smartphones baseados no Kirin 970 demonstram boa autonomia principalmente devido à transferência de alguns cálculos específicos para o coprocessador, por exemplo, quando a câmera está trabalhando e determinando cenários de gravação. Além disso, acelera as tarefas típicas de aplicativos de IA às vezes. Além disso, analisa os casos de uso de smartphones, preparando-os antecipadamente para o lançamento ou colocando-os em suspensão para obter maior autonomia.

Samsung

Os principais dispositivos da Samsung têm uma dualidade: eles estão presentes no mercado como modelos baseados em chips Snapdragon, o que é uma surpresa! - são produzidos nas linhas da Samsung e com base no seu próprio Exynos SoC. É interessante que o Exynos seja feito em um processo técnico semelhante ao Snapdragon, mas eles têm uma clara vantagem em termos de desempenho. Existem várias versões de por que os coreanos fazem isso. A idéia mais plausível é que, para usuários norte-americanos (modelos com um "dragão" a bordo), eles precisariam licenciar algumas tecnologias como CDMA, enquanto a Qualcomm já as possui. De qualquer forma, o resultado é muito bom.

Portanto, o Exynos 8895 instalado no Samsung S8 tinha quatro núcleos M2 Mongoose nativos com frequência de 2,1 GHz e quatro núcleos A53 com frequência de 1,7 GHz. No Exynos 9810 atualizado, os núcleos foram atualizados para o M3 Mongoose, aumentando simultaneamente a frequência para 2,9 GHz e quatro núcleos de baixo desempenho foram atualizados para o A55. O vídeo foi atualizado para o Mali G72, que o tornou novamente uma das soluções de mais alto desempenho, juntamente com o Adreno 630 no Snapdragon 845.


Como resultado, o Samsung S9 +, baseado no Exynos, baseado na sintaxe da Samsung, é considerado o smartphone Android mais rápido e supera os modelos Snapdragon semelhantes.

Ao mesmo tempo, eles não são os carros-chefe. A Samsung também produz fortes meios - a série Galaxy A - novamente com base em seus próprios processadores. O A7 do ano passado foi baseado no Exynos 7 Octa 7880: 8 núcleos coretex A53 com frequência de 1,9 GHz, Mali-G71 MP2 e memória LPDDR4 de canal duplo.

As características do Soc permitiram competir em igualdade de condições com o Snapdragon 625. O smartphone Galaxy A8, que está prestes a ser lançado este ano, terá o novo Exynos 7 Octa 7885, no qual dois núcleos foram substituídos pelo A73, aumentaram as frequências para 2,2 GHz e para os seis restantes. A frequência A53 foi reduzida para 1,6 GHz. Assim, foi possível aumentar a produtividade e a autonomia.

Curiosamente, o Octa 7885 tem um irmão mais novo, Exynos 5 Hexa 7872, no qual existem dois A73 mais antigos (com frequências de 2 GHz) e 4 A53, operando a 1,4 GHz ainda mais baixos. Os primeiros smartphones baseados neste chip estão prestes a entrar em produção e prometem uma boa relação preço / desempenho.

Gráfico de comparação SoC de produtividade

Para facilitar a compreensão de toda essa diversidade, reunimos todas as principais características da tabela, adicionando os resultados médios dos testes Geekbench4 do banco de dados aberto da empresa de desenvolvimento e a classificação oficial . Bem como os resultados do GFXBench: Manhattan.


(Clique para ampliar)

Ao revisar a tabela, é importante lembrar que muitos aplicativos de smartphone ainda estão pouco aprimorados para multithreading, portanto, o desempenho por núcleo mostrado no teste Geekbench 4 Single também é um indicador muito importante.

Conclusões

A principal conclusão que se pode tirar ao considerar todo esse “zoológico” é que, apesar do nível de personalização dos núcleos, é a família deles que determina a produtividade final. Se você deseja obter uma solução de alto desempenho, escolha a opção de um smartphone com SoC, contendo o núcleo Cortex-A72, A73 ou A75. Mas se os décimos de segundo na resposta do smartphone não são importantes para você, mas há um desejo de economizar, então o Cortex-A53 é adequado para você.

Além disso, não esqueça que a RAM lenta ou seu tamanho inferior a 2 GB pode "estrangular" qualquer processador de alto desempenho.