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.
⇡#Тестирование: производительность
Участники тестирования
| Apple iPhone 6s | Google Nexus 6P | Qualcomm Snapdragon 820 MDP | Samsung Galaxy Note 5 | |
|---|---|---|---|---|
| CPU | Apple A9: два ядра Apple Twister (ARMv8, 64 бит), частота 1,85 ГГц; интегрированный сопроцессор Apple M9; техпроцесс FinFET 14/16 нм |
Qualcomm Snapdragon 810 v2.1 MSM8994: четыре ядра ARM Cortex-A53, частота 1,55 ГГц (ARM v8, 64 бит); четыре ядра ARM Cortex-A57, частота 2 ГГц (ARM v8, 64 бит); техпроцесс 20 нм HPm |
Qualcomm Snapdragon 820: два ядра Qualcomm Kryo (ARMv8, 64 бит), частота 1,6 ГГц; два ядра Qualcomm Kryo (ARMv8, 64 бит), частота 2,2 ГГц; техпроцесс FinFET 14 нм |
Samsung Exynos 7420: четыре ядра ARM Cortex A53 (ARMv8, 64 бит), частота 1,5 ГГц; четыре ядра ARM Cortex-A57 (ARMv8, 64 бит), частота 2,1 ГГц; техпроцесс FinFET 14 нм |
| GPU | Imagination PowerVR GT7600 | Qualcomm Adreno 430, 630 МГц | Qualcomm Adreno 530, 624 МГц | ARM Mali-T760 MP8, 772 МГц |
| Оперативная память | 2 Гбайт LPDDR4 | 3 Гбайт LPDDR4 | 3 Гбайт LPDDR4 | 4 Гбайт LPDDR4 |
| Операционная система (в момент тестирования) | Apple iOS 9.1 | Google Android 6.0 Marshmallow | Google Android 6.0 Marshmallow | Google Android 6.0 Marshmallow |
Замечания по тестовому ПО
На MDP была установлена ОС Android 6.0, хотя ПО для Snapdragon 820 еще нуждается в серьезной доработке. В частности, в наших руках образец довольно часто «глючил», но для MDP это простительно. Более важно отметить, что ключевые компоненты Android, в особенности браузер Chrome, пока не оптимизированы в полной мере под архитектуру Snapdragon 820. Сообщается, что в будущих версиях Google включит правки, предложенные Qualcomm, поэтому пока что результаты MDP в браузерных тестах стоит оценивать осторожно. К счастью, вместе с Chrome на устройстве была установлена оптимизированная версия штатного браузера Android, показывающая Snapdragon 820 в более выгодном свете.
AnTuTu Benchmark v6.0
В качестве комплексного бенчмарка мы использовали недавно выпущенную шестую версию AnTuTu. Здесь мы видим, что Snapdragon 820 просто уничтожил Samsung Exynos 7420 и своего предшественника Snapdragon 810, практически на равных соперничая с Apple A9.
Geekbench 3 64-bit
Замечательные для Qualcomm результаты показывает однопоточный тест Geekbench, где Snapdragon 820 ненамного уступает Apple A9 – системе, славящейся своей производительностью в однопоточной нагрузке.
В многопоточной версии теста Snapdragon 820 оставил позади как своих восьмиядерных соперников – Snapdragon 810 и Samsung Exynos 7420, так и Apple A9, которую недостаток ядер сдерживает не так уж и сильно.
Google Octane 2.0
Комбинация Apple A9 + Safari остается безоговорочным лидером в тестах быстродействия JavaScript, но в группе устройств на Android аппарат на Snapdragon 820 показал наилучшее быстродействие даже в Chrome, а оптимизированный браузер дает Qualcomm дополнительное преимущество.
WebXPRT 2015
Данный тест – довольно длинный, поэтому за ограниченное время тестовой сессии мы успели прогнать WebXPRT только в оптимизированном браузере. Здесь отрыв Apple A9 от преследователей не настолько велик, а Snapdragon 820 расположился даже ближе к лидеру, нежели к следующему по рангу Exynos 7420.
GFX Bench 3.1 (T-Rex HD)
По «чистой» производительности GPU (тест Offscreen, разрешение 1920 × 1080) тестовый образец на Snapdragon 820 показал впечатляющий результат на фоне других представителей команды Android и опережает даже смартфон Apple, традиционно сильный по части графики. Впрочем, при рендеринге на экран iPhone 6s лидирует за счет более низкого разрешения (1334 × 750) по сравнению с таковым у MDP Snapdragon 820 (2560 × 1600).
3DMark Ice Storm Unlimited
На общий балл 3DMark сильное влияние оказывает быстродействие CPU, поэтому здесь Snapdragon 820 смотрится не столь выгодно, как в чисто графических тестах, и уступает не только Apple A9, но и Exynos 7420.
В целом тесты Snapdragon 820 смотрятся весьма оптимистично для Qualcomm. Что касается производительности CPU, то пока не ясно, какой фактор оказал большее влияние – смена техпроцесса с 20 на 14 нм или же новая архитектура, но в итоге Snapdragon 820 сделал большой рывок в однопоточной нагрузке по сравнению с Snapdragon 810 и даже продвинулся в многопоточной, невзирая на сокращение количества ядер с восьми до четырех. Apple по-прежнему вне конкуренции в любых задачах, не способных полностью загрузить архитектуры с более чем двумя ядрами, но, на фоне существующих конкурентов для платформы Android, система Snapdragon 820 достигла серьезных результатов. В графических задачах эта платформа стала быстрейшей из SoC для смартфонов на сегодняшний день, оставив позади даже Apple A9, которая до сих пор удерживала безоговорочное лидерство в этой области.
Впрочем, в то время, когда уже будут широко доступны коммерческие продукты на базе Snapdragon 820, конкуренция не будет столь легкой. Им придется соревноваться с флагманом (флагманами) Samsung на базе будущей SoC Exynos 8890, которая, по некоторым данным, уже поступила в производство.