Мы систематизировали данные о различных чипах смартфонов, чтобы нагляднее показать разницу между ними и их производительностью. Упаковали все в одну табличку и вкратце рассказали, что и откуда взялось.



У каждого производителя есть как удачные модели, где этот баланс найден, так и откровенно провальные — там где силы бросили на высокую производительность всех ядер, забыв про память, не оставив запаса на простые задачи и не научив чип работать в полсилы. Цель данной статьи – показать, как эволюционировала архитектура ARM, какие решения актуальны сейчас и какие из них можно выбрать для себя, ориентируясь на сценарий использования смартфона.

ARM и основные версии семейств

За классическое представление ядерных архитектур, используемых в чипах современных смартфонов, принято считать семейства ARMv7 и ARMv8. Они легли в основу множества ответвлений, как за авторством самой ARM Holdings, так и других компаний: Qualcomm, Apple, Samsung, Nvidia и пр. Наиболее популярна сейчас ветка ARMv8-A, которая в свое время открыла новую эру массовых 64-битных вычислений для мобильных устройств.

Все нынешние вычислительные ядра ARM Holdings для смартфонов объединены в семейство Cortex-A. Остальные разработчики покупают у ARM лицензии на них и выпускают свои чипы с минимальными изменениями. Но могут также и перерабатывать саму архитектуру или вовсе создавать все практически с нуля, сохраняя лишь поддержку соответствующего набора инструкций. Так, например, поступают Apple, Samsung и некоторые другие компании. У Samsung это ядра Exynos M1, M2 и M3. У Apple — Monsoon, Mistral, Hurricane и т.д. У Nvidia — Denver2. У Qualcomm — Kryo и др.

Теперь давайте посмотрим на самые ходовые SoC основных игроков на этом рынке.

Qualcomm и линейка Snapdragon

Qualcomm считается признанным лидером в этой сфере. Сейчас в портфеле компании насчитывается несколько поколений успешных SoC, которые разошлись миллионами копий по всему миру. Давайте посмотрим на ассортимент и выделим наиболее интересные модели.



Snapdragon 4хх – серия доступных SoC для смартфонов. Возможно, эта фраза несколько грубая по отношению к ним, но некоторые производители пытаются воткнуть эти SoC под предлогом заботы об автономности. Не верьте им. Хотя Snapdragon 4хх действительно экономичные, экономичность является следствием, а не причиной.

Snapdragon 425, 427 – 4-х ядерные процессоры с поддержкой одноканальной памяти LPDDR3. Работают на частотах до 1,4 ГГц и основаны на ядре Cortex-A53 (архитектура ARMv8).
Snapdragon 435 – 8-ми ядерный процессор с поддержкой одноканальной памяти LPDDR3. Работает на частотах до 1,4 ГГц и основан снова на Cortex-A53.

Серия Snapdragon 450 также использует компоновку из 8 ядер, но выпускается по техпроцессу 14 нм. Частоты удалось повысить до 1,8 ГГц, а встроенное видеоядро обзавелось поддержкой разрешений от WUXGA до Full HD+ (соотношение сторон 18 к 9). Snapdragon 450 по-прежнему использует Cortex-A53 (ARMv8) и одноканальную память LPDDR3.

Snapdragon 625 и 626 – модельный ряд SoC первый получивший зарядку QC 3.0 и выпускающийся по нормам 14 нм FinFET. Это позволило снизить энергопотребление CPU части. Однако отличий от 4хх серии не так уж и много: подросшая частота до 2ГГц для 625 и 2,2 ГГц для 626.

Snapdragon 653 – первый SoC среднего уровня созданный по технологии BIG.Little. В основе лежит связка 4 ядер Cortex-A72 (до 1,95 ГГц) и 4 ядер Cortex-A53 на частоте до 1,45 ГГц. Появляется двухканальная память LPDDR3 и графическое ядро с нормальной производительность. Телефоны на основе Snapdragon 653 могут оснащаться дисплеями с разрешением 2560x1600 пикселей.

Snapdragon 630, 636 и 660 – особняком тут стоит именно 630 чип, т.к. он закончил свою жизнь, не успев как следует ее начать. Его строение было относительно просто: 8 одинаковых ядер Cortex-A53 (ARMv8) делились на 2 кластера по 4, в производство он пошел сразу на 14 нм техпроцесс. В качестве памяти применялась двухканальная LPDDR4. Буквально в том же году Qualcomm пришла к выводу, что конфигурация Snapdragon 630 не совсем удачная и обновила ее до 636. В ней применяется четыре более быстрых ядра Cortex-A73 и четыре Cortex-A53. Snapdragon 636 и 660 – это одинаковые SoC с отличиями в максимальной частоте работы (1,8 ГГц против 2,2 ГГц), разными графическими ядрами и чуть более высокой частотой памяти у 660.

Snapdragon 835 и 845 – флагманы Qualcomm, используемые в самых продвинутых мобильных телефонах (и даже нетбуках). Оба выпускаются по 10 нм техпроцессу на фабриках Samsung. Обладают 8-ю ядрами в конфигурации BIG.little. Snapdragon 835 – это интеграция четырех ядер ARM Cortex-A73 (ARMv8-A) и стольких же Kryo 280 (видоизмененное ядро Cortex-A73). Введена поддержка QC 4.0. Используется двухканальная память нового стандарта — LPDDR4X. Графическое ядро Adreno 540 даже по меркам 2018 года очень и очень быстрое.



В Snapdragon 845 впервые установлены две пары ядер Kryo 385 Gold и Silver. Kryo 385 Gold основано на версии Cortex-A75 (ARMv8.2-A), в то время как Silver — Cortex-A55 (ARMv8.2-A). Это следующий шаг в развитии технологии BIG.little. Теперь Qualcomm именует ее ARM DynamIQ. Частоты Kryo 385 Gold доходят до 2,8 ГГц, а более слабые ядра Kryo 385 Silver наоборот понижены до 1,8 ГГц.

MediaTek

При чтении спецификаций понимаешь, что компания — настоящая находка для производителей смартфонов: еще бы, выпускает дешевые SoC с кучей ядер. Берешь такой и делаешь телефон стоимостью менее 100-200 долларов со словами: — «8 ядер, 64-бит, и т.п.!». По факту MediaTek делает неплохие SoC, но скрещивают их с посредственной обвязкой, поэтому покупатели с опаской относятся к таким телефонам. И все же среди широкого ассортимента у MediaTek есть действительно массовые процессоры ARM. Неплохими решениями можно назвать две линейки — Helio P и Х. Первая относится к среднему сегменту, а вторая для продвинутых смартфонов.


Серия Helio P30, P25 и P20 – это 8-ядерные микросхемы с конфигурацией 4+4, состоящие из ядер А53. Из преимуществ Helio – современная LPDDR4x память, что непременно сказывается на графических тестах. В процессорных тестах разница между тремя версиями SoC не велика. Упор MediaTek делала на развитии вспомогательных характеристик SoC, таких как поддержка высокого разрешения экрана, двойных камер и тому подобного.

Старшие микросхемы Х27 и Х30 уникальны по своему строению. В них стоит не два, а три кластера из ядер ARM. Что же, решение неординарное и интересное. На практике оценить быстродействие такой схемы еще сложнее, ведь они работают раздельно в зависимости  от нагрузок.

Huawei Kirin

Еще один игрок на рынке, предпочитающий свои собственные разработки. Вообще компания Huawei не первый год прокладывает себе дорогу к Олимпу и вот решила заняться разработкой SoC, естественно, используя лицензию ARM. В целом – это типичные SoC с привычными характеристиками, за исключением желания Huawei идти в ногу со временем. Поэтому постепенно в SoC внедряются элементы обработки задач искусственного интеллекта вроде сопроцессора NPU. К тому же, у Huawei есть большие исследовательские центры в Европе. Получилось ли у Huawei догнать лидеров, мы сейчас и увидим.



Kirin 6хх — для мобильных телефонов средней ценовой категории. Эти SoC составляют конкуренцию Snapdragon 4хх. У них 8 ядер в конфигурации 4+4. Увы, производительность графической системы недостаточная. Это и есть главный недостаток серии 6хх. Kirin 658, 655 и 650 сильно похожи друг на друга. Huawei постепенно разгоняет их и меняет индексы. При этом графическая часть остается неизменной и основана она на ядре Mali-T830 MP2. Присутствует поддержка уже уходящей на покой LPDDR3 памяти. Для 658 проведена ревизия и появился обновленный модуль коммуникации (802.11 b/g/n/ac). Но все же больший интерес представляют собой старшие версии 9хх.

Kirin 9хх. Эти 8-ядерные SoC несколько быстрее линейки Helio X от Mediatek, хоть и обладают меньшим числом ядер. SoC получились стандартными, без инноваций, но работают отлично и позволяют экономить средства компании. В целом трио Kirin 970, 960, 955 имеют типичные характеристики, в которых видно как проходит эволюция. 955, обладая набором ядер A72+А53, со временем сменил их на A73+A53. Частоты понизились, энергопотребление упало, а за счет внутренних оптимизаций ядер А73 получилось выйти на производительность где-то между Snapdragon 835 и 660. Потому очередной шаг с заменой на более быструю память дал импульс, позволяющий на равных противостоять Snapdragon 835. Результаты прямо скажем хорошие, превосходят показатели 10-ядерных Helio, что видимо Huawei и преследовала.



Отдельно надо сказать об эффективности работы сопроцессора NPU, потому что результат и правда любопытен. Как отмечают многие авторы обзоров, смартфоны на базе Kirin 970 демонстрируют хорошую автономность в первую очередь за счет передачи части специфических расчетов в сопроцессор — к примеру, при работе камеры и определения сценариев съемки. Также он в разы ускоряет задачи, характерные для приложений AI. Плюс анализирует сценарии использования смартфона, заранее готовя их к запуску или усыпляя для лучшей автономности.

Samsung

Флагманским устройствам Samsung свойственна двойственность: на рынке присутствуют как модели на базе чипов Snapdragon, которые — сюрприз! — производятся на линиях Samsung, так и на базе собственного SoC Exynos. Интересно, что делаются Exynos на похожем техпроцессе, что и Snapdragon, однако они имеют явное преимущество в плане производительности. Существует несколько версий того, почему корейцы поступают именно так. Наиболее правдоподобной выглядит идея о том, что для пользователей США (а именно там продаются модели с «драконом» на борту) пришлось бы лицензировать часть технологий вроде СDMA, тогда как Qualcomm их уже имеет. В любом случае результат получается очень неплохим.

Так, Exynos 8895 установленный в Samsung S8, имел четыре собственных ядра M2 Mongoose с частотой 2,1 ГГц и четыре ядра А53 с частотой 1,7 ГГц. В обновленном Exynos 9810 ядра проапгрейдили до M3 Mongoose, попутно повысив частоту до 2,9 ГГц, а четыре низкопроизводительных ядра обновили до А55. Видео проапгрейдили до Mali G72, что сделало его опять одним из самых высокопроизводительных решений наравне с Adreno 630 в Snapdragon 845.


В результате Samsung S9+ на базе Exynos по синтетическим тестам считается самым быстрым смартфоном на Android и обходит аналогичные модели на Snapdragon.

При этом не флагмаными едиными. Samsung также выпускает крепких середнячков — серию Galaxy А — на базе опять же собственных процессоров. Прошлогодний А7 основывался на Exynos 7 Octa 7880: 8 ядер Соrtex A53 с частотой 1,9 ГГц, Mali-G71 MP2 и двухканальная память LPDDR4.

Характеристики Soc позволяли ему на равных конкурировать с Snapdragon 625. В готовящемся к выходу в этом году смартфоне Galaxy A8 будет стоять уже новый Exynos 7 Octa 7885, в котором два ядра заменили на А73, увеличили частоты до 2,2 ГГц, а для оставшихся шести А53 частоту снизили до 1,6 ГГц. Таким образом удалась и производительность повысить и автономность увеличить.

Интересно, что у Octa 7885 есть, можно сказать, младший брат, Exynos 5 Hexa 7872, в котором присутствует два старших А73 (с частотами 2 ГГц) и 4 А53, работающими на еще более низких 1,4 ГГц. Первые смартфоны на базе этого чипа вот-вот пойдут в серию и обещают неплохое соотношение цена/производительность.

Сравнительная таблица производительных SoC

Чтобы вам было проще разобраться во всем этом многообразии, мы собрали все основные характеристики в таблицу, добавив туда усредненные результаты тестов Geekbench4 из открытой базы данных компании-разработчика и официального рейтинга. А также результаты GFXBench: Manhattan.


(Нажмите для увеличения)

Рассматривая таблицу важно помнить, что множество смартфонных приложений все еще слабо заточены под многопоточность, поэтому производительность на одно ядро, отображаемая в тесте Geekbench 4 Single, также является весьма важным показателем.

Выводы

Главный вывод, который можно сделать, рассматривая весь этот «зоопарк», состоит в том, что несмотря на уровень кастомизации ядер именно их семейство определяет конечную производительность. Если вы хотите обзавестись высокопроизводительным решением, тогда подбирайте вариант смартфона с SoC, содержащим в себе ядра Cortex-A72, A73 или A75. Но если десятые доли секунды в отклике смартфона вам не важны, но есть желание сэкономить, тогда Cortex-A53 вас вполне устроят.

Также не стоит забывать, что медленная оперативная память или ее объем менее 2 ГБ способны «задушить» любой высокопроизводительный процессор.