Энергопотребление snapdragon 820. Процессоры

У компании Qualcomm в арсенале есть два производительных и в то же время удачных процессора Snapdragon 820 и Snapdragon 650 , предлагаем вам сравнение этих двух мобильных чипов и разбираемся в чем между ними разница.

Процессор Snapdragon 820

Это на сегодня самый мощный и флагманский мобильный процессор от Qualcomm, компания решила пойти по верному пути оптимизации работы SoC, а не в тупиковом — наращивании количества ядер.

64-битный Snapdragon 820 имеет весго 4 ядра Kryo с частотой 2.2 ГГц и графическую систему Adreno 530, которая на 40% производительнее чем Adreno 430 предыдущего поколения. Кроме этого процессор имеет встроенный X12 LTE модем с максимальной скоростью скачивания 600 Мбит/с. Он поддерживает камеры до 25 Мп, также умеет без проблем записывать и воспроизводить 4K видео. Также Snapdragon 820 создан совместимым с USB 2.0 и USB 3.0 и с хранилищем данных UFS 2.0.

Процессор Snapdragon 650

Snapdragon 650 — это 64-битный 6-ти ядерный процессор от Qualcomm, который используется в смартфонах средней и высокой производительности. В линейке чипсетов от Qualcomm по мощности он уступает только Snapdragon 820.

Этот процессор построен по 28 нм технологическому процессу и в своей архитектуре содержит 2 ядра ARM Cortex A72 и 4 ядра ARM Cortex A53. Максимальная тактовая частота у чипа — 1.8 ГГц на ядро. Snapdragon 650 оснащается X8 LTE модемом со скоростью скачивания 300 Мбит/с. Это достаточно мощный и современный процессор с поддержкой USB 2.0 и двухканальной LPDDR3 933 МГц памяти.

Сравнение Snapdragon 820 vs Snapdragon 650

Компания Qualcomm на пресс-конференции в Нью-Йорке официально представила "процессор будущего" Snapdragon 820, который будет устанавливаться во флагманские устройства со следующего года. Чипмейкер начал подогревать интерес к "топовой" мобильной платформе еще несколько месяцев назад, а сегодня провел первую практическую демонстрацию новинки.

Snapdragon 820, выполненный по 14-нм технологическому процессу FinFET (транзисторов с 3D-структурой), построен на 64-разрядных вычислительных ядрах Kyro с тактовой частотой до 2,2 ГГц. Их дополняют графический контроллер Adreno 530 с поддержкой OpenGL ES 3.1+AEP (Android Extension Pack), Renderscript, OpenCL 2.0 и API Vulcan, IPS-процессор Spectra, цифровой сигнальный процессор Hexagon 680 DSP и модем X12 LTE. Что нового эта микросхема привнесет в смартфоны и планшеты 2016 года, узнали Вести.Hi-tech.

Высокая скорость вычислений

Во-первых, 820-й Snapdragon вдвое быстрее, чем его предшественник, Snapdragon 810. Конфигурация 4-ядерного чипсета, поддерживающего гетерогенный режим вычислений (HMP), включает в себя два высокопроизводительных ядра с тактовой частотой 2,2 ГГц для решения ресурсоемких задач, и еще два — маломощных (1,6-1,7 ГГц) для менее требовательных процессов.

Архитектура обоих кластеров, сказали в Qualcomm, одинакова, отличаются они только конфигурацией кэша (каким образом, не уточняется). По мере необходимости чип перекладывает некоторые типы вычислений на другие компоненты, такие как мощный графический ускоритель Adreno 530, цифровой сигнальный процессор Hexagon 680 и чип обработки изображений Spectra ISP. Контроллер обеспечивает прирост графической производительности до 40% в сравнении с Adreno 430, при этом он на столько же энергоэффективнее. Графика рассчитана на "применение в системах виртуальной реальности нового поколения, компьютерного зрения дополненной реальности", утверждает компания.

Бережливость к аккумулятору

Snapdragon 820 не только вдвое быстрее, но и энергоэффективнее, чем 810. В компании говорят, что новинка потребляет меньше энергии в том числе за счет "объемного" техпроцесса FinFET (транзисторов с 3D-структурой) и модифицированной 64-разрядной архитектуры. Правда, это не означает, что повышенная бережливость новейшего чипа приведет к увеличению срока службы аккумулятора смартфона или планшета вдвое. Скорее всего, на фоне возросшей производительности 820-й будет расходовать заряд батарейки не больше, чем Snapdragon 810.

Суперточный датчик отпечатков

Одна из самых впечатляющих особенностей Snapdragon 820 — технология распознавания отпечатков пальца Sense ID 3D. В отличие от емкостных датчиков, повсеместно распространенных в Android-устройствах, система Qualcomm сканирует папиллярный узор ультразвуковыми волнами, что позволяет ей проникать сквозь пластик, стекло и даже металлические сплавы. Кроме того, Sense ID не помешает "узнать" владельца, если его палец мокрый или грязный.

Повышенное качество фото и видео при плохом освещении

ISP-чип обработки изображений Spectra, которым оснащается Snapdragon 820, быстрее обрабатывает фотографии и видео, снятые на камеру устройства (включена поддержка новых сенсоров с размером пикселя 1 мкм), обеспечивает более широкий диапазон цветов, а также поддерживает систему гибридной фокусировки, которая позволит быстрее сфокусироваться на конкретных участках кадра. На презентации в Нью-Йорке было показано, как Spectra ISP улучшает качество фотографий и видео с недоэкспонированными областями, осветляя картинку, подчеркивая видимость теней и устраняя цифровой шум.

Стабильное LTE-подключение

Новейший процессор Qualcomm поддерживает технологию TruSugnal, которая выявляет причину помех (к примеру, ладонь пользователя) и оптимизирует прием сигнала антенны соответствующим образом. Увидеть эту функцию в действии уже можно на смартфоне LG V10. Были улучшены звонки по Wi-Fi: при плохом качестве связи Snapdragon 820 сможет самостоятельно переключаться между LTE и беспроводной сетью, кода это необходимо.

Кроме того, чип Qualcomm работает в скоростных LTE-сетях (до 600 Мбит/с) и поддерживает стандарт Wi-Fi 802.11ad (также известен как WiGig). Спецификацию 802.11ad скорее можно назвать "USB без проводов": эта технология работает на очень высокой центральной частоте (60 ГГц), что не позволяет ей пропускать сигнал сквозь стены.

Так, при помощи WiGig можно будет подключать устройства, которые находятся довольно близко друг к другу (в пределах нескольких метров). Несмотря на "близорукость", 802.11ad обеспечивает скорость до 7 гигабит в секунду, то есть почти в 50 раз больше, чем 802.11n. Область применения стандарта — подключение мониторов, внешних жестких дисков и другой периферии, а также передача по беспроводной сети больших объемов данных, например несжатого HD-видео.

Встроенная защита от киберугроз

Snapdragon 820 располагает аппаратной технологией Smart Protect на платформе когнитивных вычислений Zeroth, которая обеспечивает защиту от вредоносного программного обеспечения в режиме реального времени. Самообучающаяся система анализирует и классифицирует вредоносное ПО "на лету", а также обеспечивает безопасность персональных данных, предотвращая заражение устройства вирусами. Smart Protect, говорят в Qualcomm, никак не влияет на производительность и время автономной работы гаджета.

Появление первых устройств со Snapdragon 820 ожидается во второй половине 2016 года. Новинку также можно будет увидеть в "умных" автомобилях.

Qualcomm на сегодняшний день является одним из ведущих создателей SoC для ультрамобильных устройств, наряду с Apple и Samsung. Разработку по-своему интересных и заслуживающих внимания продуктов также ведут Intel и NVIDIA, но, однако, и низковаттные разновидности Atom, и последние версии NVIDIA Tegra больше подходят для планшетных ПК и занимают маргинальные позиции на рынке смартфонов.

Как и в других категориях высокопроизводительных ASIC, циклы разработки мобильных систем-на-чипе связаны с освоением все более «тонких» стандартов фотолитографии. На текущем этапе индустрия переживает переход с техпроцесса 20 нм на норму 14-16 нм с трехмерной конструкцией затвора транзисторов (Samsung и TSMC, являющиеся крупнейшими подрядчиками по выпуску таких чипов, используют реализацию под названием FinFET), и Qualcomm из упомянутой выше тройки последней прыгнула в эту лодку, в то время как Apple и, ранее, Samsung уже освоили прогрессивную технологию для выпуска спроектированных ими SoC.

Появление Snapdragon 820 для Qualcomm означает восстановление паритета с главными соперниками, так как чип производится на конвейере Samsung с проектными нормами 14 нм FinFET LPP. Это техпроцесс второго поколения, обеспечивающий на 10% более высокие частоты по сравнению с 14 мм FinFET LPE, на котором производится Samsung Exynos 7420. Что не менее важно, в 820-м компания вновь использовала собственный дизайн CPU. Snapdragon 800, бывший флагманским чипом Qualcomm в эпоху 28 нм, оснащался четырьмя оригинальными ядрами Krait, но сменивший его Snapdragon 810 был комбинацией стандартных лицензированных у ARM ядер Cortex-A57 и A53. Snapdragon 820 получил новый CPU с оригинальной архитектурой Kryo. Эти меры необходимы для того, чтобы будущие смартфоны на обновленной платформе Qualcomm не повторили судьбу поколения 2015 года, пострадавшего от сравнительно низкой энергоэффективности 810-й модели и связанных с ней недостатков: низкого времени автономной работы, избыточного нагрева и пр.

В данном обзоре сначала мы рассмотрим более подробно характеристики самой системы-на-чипе, а затем, прежде чем перейти к результатам бенчмарков, уделим немного внимания аппаратной платформе, которую предоставил для тестирования Qualcomm.

⇡ Архитектура Qualcomm Snapdragon 820

По архитектуре центрального процессора Qualcomm Snapdragon 820 существенно отличается от своего предшественника - Snapdragon 810. Оба чипа регулируют уровень энергопотребления, переключая задачи между высокопроизводительным и экономичным кластерами вычислительных ядер. Однако если Snapdragon 810 использует четыре ядра Cortex-A57 и четыре структурно отличных ядра Cortex-A53 (архитектура Big.LITTLE), то Snapdragon 820 включает всего четыре ядра, одинаковых по строению конвейера.

Кластеры CPU в Snapdragon 820 различаются по настройкам частоты (вплоть до 1,6 и 2,2 ГГц соответственно) и питающего напряжения. Кроме того, высокопроизводительный кластер обладает расширенным кешем второго уровня. Конкретных чисел Qualcomm не сообщает, но сторонние источники указывают на 512 Кбайт кеша L2 для «слабой» пары ядер и 1 Мбайт L2 - для «мощной». L2 по-прежнему является высшим уровнем кеш-памяти в SoC, третий уровень в ней отсутствует.

Несмотря на то, что Snapdragon 820 сделал шаг назад по сравнению с 810-м по количеству процессорных ядер и незначительно продвинулся в тактовых частотах, это не означает, что производительность в типичных задачах принесена в жертву экономии мощности. Напротив, Qualcomm сообщает, что архитектурные изменения вкупе с переходом от техпроцесса 20 к 14 нм привели к двукратному росту как энергоэффективности, так и быстродействия CPU. Общее энергопотребление системы оценивается в 70% от такового у Snapdragon 810. К слову, в Snapdragon 820 реализована технология Quick Charge 3.0, которая должна на 27% ускорить зарядку аккумулятора по сравнению с QC 2.0, использованной в SoC предыдущего поколения.

В качестве графического процессора Qualcomm использует собственную разработку нового поколения - Adreno 530. Помимо улучшенной производительности сравнительно с Adreno 430 (на 40%, по данным производителя), входящим в состав в Snapdragon 810, новое графическое ядро совместимо с расширенным списком API. Появилась поддержка Vulkan и OpenGL ES 3.1 + Android Expansion Pack. Для неграфических вычислений Snapdragon 820 поддерживает OpenCL 2.0 и эксклюзивный для Android интерфейс Renderscript. Еще одна особенность, ранее свойственная только десктопным SoC, - общая для CPU и GPU виртуальная память. Qualcomm также представила программный компонент Symphony System Manager, управляющий гетерогенной нагрузкой на уровне ядра ОС.

Еще одна часть SoC, которую стоит выделить, - это DSP Hexagon 680, предназначенный для различных задач, связанных с обработкой изображений: кодирование и декодирование видео, компьютерное зрение, дополненная реальность и т.д. Блок оперирует эксклюзивным для него набором инструкций HVX (Hexagon Vector Extensions).

Snapdragon 820 получил новый интегрированный модем QS X12 с поддержкой LTE категории 12 для входящего сигнала и 13 - для исходящего (пиковые скорости - 600 и 150 Мбит/с соответственно). Wi-Fi поддерживается на уровне стандартов IEEE 802.11ac (MIMO 2x2 с пропускной способностью вплоть до 600 Мбит/с) и IEEE 802.11ad. Возможно переключение трафика (в т.ч. звонков) на лету между сетями Wi-Fi и LTE. Впрочем, модуль Wi-Fi, судя по всему, не входит в состав самой SoC и выполнен в виде отдельного чипа QCA6174A, который конечные производители могут заменить чем-нибудь другим.

⇡ Платформа для разработки на базе Snapdragon 820

Для проведения бенчмарков нам предложили MDP (Mobile Development Platform) с чипом Snapdragon 820 на борту. Устройство представляет собой «плафон» с экраном 6,2 дюйма (разрешение 2560 × 1600). ОЗУ LPDDR 4 объемом 3 Гбайт работает на частоте 1804 МГц в отличие от 1555 МГц, характерных для устройств на базе Snapdragon 810 и Samsung Exynos 7420. Из беспроводных коммуникаций образец поддерживает только Wi-Fi.

Коммерческие устройства на базе Snapdragon 820, естественно, будут отличаться от MDP по внешнему виду, но в плане основных спецификаций образец вполне репрезентативен и, главное, позволяет оценить работу новой SoC в целевом форм-факторе смартфона. По крайней мере, за время тестовой сессии корпус устройства ни разу не был заметно горяч на ощупь, и это уже хороший знак.

Не так давно у нас выходила , часть которой была посвящена схеме работы некоторых моделей однокристальных систем. Интересными оказались результаты тестирования SoC Snapdragon 808, показавшей себя не с лучшей стороны, но позже вышли еще менее привлекательные чипы в виде Snapdragon 615 и 430, о которых даже говорить не хотелось.

реклама

В то время мы встретились с проблемами планировщика, который так жаждал сохранить приемлемое энергопотребление чипа, что кроме бенчмарков толком не задействовал кластер производительных ядер. Это было ожидаемо, поскольку дай волю всем десяти ядрам работать одновременно, как они моментально посадят батарею и/или перегреются.

Вследствие этого, при выборе смартфона с технической точки зрения появляется новая переменная – планировщик. Каждый производитель мобильных решений самостоятельно проектирует его и задает режимы работы, в чем мы сегодня и убедимся. Поэтому не все йогурты чипы одинаково полезны, и от одной и той же SoC можно ожидать разных результатов на практике. В бенчмарках же они, как правило, будут схожи.

Сегодня у нас однокристальная система Qualcomm Snapdragon 820, которая интересна прежде всего тем, что обладает четырьмя ядрами с классической компоновкой, которые работают на разных максимальных частотах. Да, обзор немного задержался, но тут действует правило «лучше поздно, чем никогда», ведь Snapdragon 821 – просто разогнанная версия этого же чипа, а до выхода принципиально новой SoC еще несколько месяцев.

реклама

Технические характеристики

Если сравнивать героя обзора с предшественниками, виднеется серьезная разница между всеми поколениями SoC. Фактически мы видим возврат концепции привычной компоновки ядер после не самой удачной попытки сыграть на схеме big.LITTLE, которая до сих пор так популярна среди конкурентов.

И это хорошая новость, так как это почти не позволяет планировщику натворить глупостей и принудительно перекинуть, к примеру, один интенсивный поток вычислений в браузере на «слабый» кластер Cortex-A53, работающий на низкой частоте. Этим и объясняется маргинальная ощущаемая разница в скорости работы повседневных приложений при переходе от Snapdragon 805/801 к 810/808 чипам, несмотря на явное преимущество последних в бенчмарках.

С выходом Snapdragon 820 все вернулось в привычное русло. Мы получаем четыре «толстых» ядра, которые обеспечивают высокую производительность даже на низких частотах, и работа с устройством на новой аппаратной платформе действительно сильно отличается от старых поколений, это хорошо заметно даже невооруженным бенчмарками глазом.

Теория

Масштабируемость

Итак, перед нами четырехъядерный CPU. Попробуем «зайти в лоб» и оценить масштабируемость самым примитивным способом – при помощи бенчмарка GeekBench. Почему именно он? Мы знаем, что его результаты Single Core отлично масштабируются на количество используемых ядер, почти пропорционально, если охлаждение позволяет:

Да и в целом, это вполне адекватный бенчмарк, который с приходом четвертой версии заставляет нещадно троттлить современные SoC, но сейчас не об этом. Если мы соберем результаты тестирования смартфонов на Snapdragon 820, проведенные в нашей лаборатории, получится такая картина:

И поскольку в данном случае нас не интересует троттлинг, тут уместна именно третья версия программы. Как можно видеть, масштабируемость явно не четырехкратная или даже трехкратная. Но и за двухъядерник этот чип признать нельзя. Думается, так оно и должно быть, при задействовании сразу четырех ядер они в лучшем случае будут работать на частоте 1.6 ГГц, то есть на максимальной частоте «медленной» пары ядер. Или нет?

Обзор Snapdragon 820 | Введение

Мобильную индустрию ждал сюрприз, когда компания Apple начала поставки iPhone 5s со специально разработанным 64-битным процессором. Переход на 64-бит был неизбежен, но никто не ожидал, что Apple сделает это так быстро. Не отстала и Qualcomm, чей 64-битный процессор был просто одной из точек на дорожной карте компании. Ввиду отсутствия собственного ядра, Qualcomm взяла штатные ядра ARM Cortex-A53 и Cortex-A57 для своего флагманского процессора Snapdragon 810 , появившегося в прошлом году.

Поскольку начальные условия для работы были далеко не идеальными, получился далеко не идеальный SoC. Еще до официальной премьеры Snapdragon 810 появились слухи о перегреве и проблемах с контроллером памяти. Наше собственное тестирование подтвердило информацию о перегреве, который явился результатом выпуска энергоемкого ядра A57 по технологическим нормам 20 нм на TSMC. Кроме того мы пока не видели 810-й чип, который использовал бы всю доступную пропускную способность памяти LPDDR4-1600, даже в версии v2.1.

Но даже несмотря на то, что 810-й SoC был лишь "пробным камнем", он оказался не так уж и плох. GPU Adreno 430 стал быстрее Adreno 420 в платформе Snapdragon 805 , чип смог сохранить лидерство Qualcomm по производительности ALU, а более быстрый LTE-модем Category 9 X10 переехал поближе к процессору.

Тем не менее, SoC 810 вызывает лишь чувство разочарования. Чрезмерный тепловой троттлинг сдерживал производительность, заставляя ядра A57 простаивать без нагрузки. В некоторых случаях старые чипы Snapdragon 801 и 805, а также системы A53 среднего уровня, предлагали эквивалентную или более высокую производительность. Положение для флагманского продута было незавидным.

С помощью нового чипа Snapdragon 820 и первого фирменного 64-битного вычислительного процессора Kryo, компания Qualcomm надеется избавиться от этих недостатков. Однако цель Snapdragon 820 заключается не только в повышении производительности. Он предлагает инновационные подходы взаимодействия с пользователем путем применения гетерогенных вычислений, сочетающих в себе уникальные способности каждого процессора – CPU, GPU, DSP и ISP для максимизации производительности и минимизации энергопотребления. Машинное зрение, передовые технологии изображения и виртуальная реальность – вот его целевые приложения.

Новые способности во многом стали возможны благодаря Zeroth (англ.) – API машинного обучения и зрения, за счет которой разработчики могут использовать преимущества Snapdragon 820 . Qualcomm называет ее "когнитивная вычислительная платформа", в дальнейшем она должна совершенствовать возможности виртуальных помощников на смартфонах, а также любых элементов, подразумевающих похожий на человеческий интеллект. Один из способов это сделать – имитировать, как люди учатся с помощью позитивной мотивации. Мы уже можем видеть, как мобильные устройства демонстрируют зачатки интеллектуального поведения, но они, как правило, используют вычислительную мощность облачных систем. Однако Qualcomm считает, что с появлением 820-го SoC эту обработку теперь можно выполнять локально на устройстве, как следствие, повышая конфиденциальность, поскольку все уникальные пользовательские данные не будут обрабатываться на чужих серверах.

Технология Qualcomm Scene Detect (обнаружение сцены) – это приложение Zeroth для машинного зрения. Используя гетерогенные вычисления, она применяет нейронные сети для обнаружения сцены, распознавания объектов и сведения шаблоном неподвижных изображений и видео с камеры устройства. Для этой технологии есть много применений, в том числе автоматическая подпись фотографий для облегчения поиска и дополненная реальность. Видеоролик выше демонстрирует основные возможности этой системы.