Qualcomm Snapdragon 820 (MSM8996) SoC: первый взгляд

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 2×2 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.

Тесты

Чтобы убедиться в превосходстве одного из процессоров, можно взглянуть на результаты тестов на бенчмарках – оценках производительности смартфонов, компьютеров, планшетов и т.д. Устройства сравниваются между собой, затем составляется рейтинг.

В качестве представителя процессора Snapdragon 710 был выбран смартфон Xiaomi Mi 8 SE, в настоящее время единственный с таким процессором, Snapdragon 820 представлял MDP/S 820.

Если первый чипсет лидирует в показателях, то второй имеет большой отрыв. Но все-таки голосов больше у более нового процессора.

⇡#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.

Автономность

В данном случае чем ниже показатели техпроцесса, тем лучше. Это дает определенные преимущества в плане возможности автономной работы смартфонов. 710 Дракона представил смартфон Lenovo Z5, а Snapdragon 820 – Galaxy S7 Edge.

Время автономной работы на заряде батареи в 100% при разрядке до 0% проверялось благодаря разноуровневым по мощности задачам.

Тесты показали, что смартфон с 820 Драконом склонен к перегреву, в то время как смартфон с первым процессором – нет.

⇡#Тестирование: производительность

Участники тестирования

• Apple iPhone 6s;
• Google Nexus 6P;
• Qualcomm Snapdragon 820 MDP;
• Samsung Galaxy Note 5.

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.

Функции

1.Имеет встроенный LTE

Qualcomm Snapdragon 820 MSM8996

Система на чипе (SoC) имеет встроенный LTE сотового чипа. LTE может загружаться на более высоких скоростях, чем старые, технологии 3G.

2.скорость загрузки

600MBits/s

Скорость загрузки – это измерение пропускной способности интернет-соединения, представляющее максимальную скорость передачи данных, с которой устройство может получить доступ к онлайн-контенту.

3.Имеет динамическое масштабирование частоты

Qualcomm Snapdragon 820 MSM8996 (Qualcomm Kryo)

Динамическое масштабирование частоты – это технология, которая позволяет процессору экономить энергию и снижать шум, когда он находится под небольшой нагрузкой.

4.Имеет NX бит

Qualcomm Snapdragon 820 MSM8996 (Qualcomm Kryo)

NX бит помогает защитить компьютер от вирусных атак.

5.биты, передающиеся за то же время

128(Qualcomm Kryo)

NEON обеспечивает ускорение обработки мультимедийных данных, таких, как прослушивание MP3.

6.Имеет AES

Qualcomm Snapdragon 820 MSM8996 (Qualcomm Kryo)

AES используется для ускорения шифрования и дешифрования.

⇡#Выводы

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.

Контроллеры периферии

В довесок к процессору на ядрах Kryo, Snapdragon 820 имеет в своем составе DSP (цифровой процессор для обработки сигналов) Hexagon 620, работающий на частоте до 1 ГГц. Он снимает нагрузку с основных ядер ЦП в низкоуровневых задачах.

14-битный контроллер камеры в Snapdragon способен обработать до 1,5 гигапикселя в секунду. Чип способен обеспечить параллельную работу пары матриц с разрешениями до 25 МП, или одну на 28 МП. Также среди его возможностей – поддержка записи видео в 4K с частотой до 60 FPS.

Work 2.0 benchmark

Work 2.0 Performance поможет проверить, как устройство справляется с обработкой рутинных повседневных действий, вроде просмотра веб-страниц, редактирования видео-материала и фотографий, работы с документами и данным. Тест, основанный на реальных приложениях, измеряет производительность и время разряда аккумулятора, а также позволяет сравнивать устройства.

Видео

Результат

Очки: 5431/5501 (821) VS 5339 (820) — разница в 92—162 очка

Результаты данного теста варьируются в зависимости от состояния смартфона. Мы решили уделить больше внимания Snapdragon 821 и запечатлели в скриншотах его нижний порог результатов.

AnTuTu

AnTuTu Benchmark

Одним из самых популярных приложений для тестирования возможностей железа является AnTuTu Benchmark — сравнительный тест смартфонов и планшетов, которым пользуется более ста миллионов человек! Он анализирует и сравнивает такие параметры, как мощность процессора и графического чипа (скорость воспроизведения 2D и 3D графики), производительность оперативной памяти и скорость работы внешней памяти.

Результат

– 3D Marooned: 27.55 FPS (821) VS 19.40 FPS (820)

– 3D Garden: 34.20 FPS (821) VS 27.11 FPS (820)

AnTuTu 3DBench

Более продвинутой и сложной версией этого приложения является AnTuTu 3DBench, которое позволяет тестировать производительность при запуске «тяжелых» игр: программа запускает 2 разных сценария, оба из которых сделаны на движке Unity3D 5.0. Именно его, как более зрелищный и подробный, мы и использовали для создания ролика.

Видео

Результат

Счёт: 158 004 (821) VS 128 475 (820) — разница в 29 529 очков

3DMark (Sling Shot Extreme)

3DMark — популярный кроссплатформенный тест производительности, разработанный компанией Futuremark специально для игроков. Он по праву считается «отраслевым стандартом для измерения производительности игр и инструментом для тестирования профессионального уровня». Включает в себя несколько тестов, из которых мы выбрали самый сложный — Sling Shot Extreme.

Видео

Результат

Очки: 2164 (821) VS 2086 (820) — разница в 78 очков