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Mobile World Congress: Qualcomms Snapdragon-810 trotz ARM besser als ARM

Da die eigene 64-bit-CPU-Architektur „Kryo“ noch nicht fertig war, musste Qualcomm wie auch die Konkurrenz auf Original-ARM-CPUs zurückgreifen. Dass am Ende ein energieeffizienterer Chip herausgekommen ist, hängt stark mit einem Task-Scheduler zusammen, der ARMs Original-big.LITTLE-Ansatz überlegen ist.

Der Snapdragon-810 integriert CPUs, DSP, GPU und Kat.9.-LTE-Modem. Bildquelle: © Qualcomm
Der Snapdragon-810 integriert CPUs, DSP, GPU und Kat.9.-LTE-Modem.

Dass Qualcomm außerhalb des Apple-Universums bei den High-End-Mobil-Prozessoren einen Marktanteil von über 90 % besitzt, hängt grob gesagt an zwei wesentlichen Eigenschaften seiner Snapdragon-SoCs: Zum Einen an der Integration des Modems mit dem Applikationsprozessor, was die Kosten auf Systemebene reduziert, und zum anderen an mittels ARM-Architekturlizenz optimierten CPU-Architekturen, die im Vergleich zu den ARM-Cores eine höhere Energieeffizienz aufwiesen bzw. aufweisen. So war die „Scorpion“-CPU zu ihrer Zeit sparsamer als ARMs Cortex-A8 und „Krait“ sparsamer als ARMs Cortex-A15.

Im Oktober 2013 wurde Qualcomm dann kalt erwischt: Apple stellte mit dem A7-SoC und seiner „Cyclone“-CPU den ersten 64-bit-Mobilprozessor vor und niemand war darauf vorbereitet. Nachdem Qualcomms Ex-Chief-Marketing-Officer das ganze zunächst als „Gimmick“ abgetan hatte (und für diese sinnfreie Aussage anschließend gefeuert wurde), musste man recht schnell einsehen, dass der A7 dank der ARMv8-Architektur derart überlegen war, dass der Weg zu 64 bit auch für die gesamte Apple-Konkurrenz zwingend vorgegeben war.

Weniger hart als Qualcomm wurde Samsung getroffen, hatten die Koreaner doch schon immer von ARM deren CPUs lizensiert. Im Exynos 5433 wurden dann auch recht zeitnah jeweils vier ARM Cortex-A57 und A53 in ARMs big.LITTLE-Ansatz verbaut. Neu war, dass auch Qualcomm mangels Alternative nichts anderes übrig blieb, als in seinem High-End-SoC des Jahres 2015 Original-ARM-Cores einzusetzen.

Natürlich blieben den Kaliforniern neben den CPUs noch andere Möglichkeiten zur Differenzierung: Zum einen über das integrierte CAT-9-LTE-Modem mit Träger-Aggregation, der GPU Adreno-430, von der wir glauben, dass sie dieselbe Mikroarchitektur wie die Adreno-420 hat, jedoch in einer 6-Core- statt in einer Quad-Core-Konfiguration daherkommt, sowie der 2x32-bit breiten Speicherschnittstelle zu LPDDR4-1555-Speicher, welche maximal auf einen Durchsatz von 24,9 GB/s kommt und damit den Exynos deutlich hinter sich lässt.

Qualcomm wäre jedoch nicht Qualcomm, wäre den Innovatoren nicht auch auf der CPU-Seite etwas eingefallen. Da man an der von ARM gelieferten IP – inklusive der cache-kohärenten Schaltmatrix CCI-400, die ebenso von ARM kommt - an sich nichts ändern konnte, hat man sich einer offensichtlichen Schwachstelle angenommen: Dem Task-Scheduler für big.LITTLE, der in der derzeit von Samsung & Co. eingesetzten Form tatsächlich noch Verbesserungspotential beinhaltet.

   Qualcomm
Snapdragon-810
Qualcomm
Snapdragon-805
 Samsung
Exynos-5433
Befehlssatz ARMv8 64 bit ARMv7 32 bit ARMv8 64 bit
CPU 4xARM Cortex-A57 1,958 GHz +
4xARM Cortex-A53 1,555 GHz
4xKrait 450 2,65 GHz 4xARM Cortex-A57 1,9 GHz +
4x ARM Cortex-A53 1,3 GHz
L2-Cache 2 MB 512 KB 512 KB (A53-Cluster) + 2 MB (A57-Cluster)
Speichercontroller 2x32 bit 1,555 MHz LPDDR-4 4x32 bit 800 MHz LPDDR-3 2x32 bit 825 MHz LPDDR-3
Datendurchsatz max. 24,8 GB/s 25,6 GB/s 13,2 GB/s
GPU Adreno-430 600 MHz 6-Core* Adreno-420 600 MHz 4-Core ARM Mali T760 700 MHz 6-Core
Fertigung TSMC 20 nm HKMG TSMC 28 nm HPM Samsung 20 nm HKMG
Vergleich der in aktuellen High-End-Smartphones verbauten SoCs. *: Schätzung der Fachzeitschrift Elektronik.