Обзор. Китайский процессор для смартфона

Основные производители процессоровБез-имени-3.jpg

Основной путь успеха большинства китайских смартфонов – использование американских процессоров совместно с японскими камерами, которые вместе с остальными китайскими комплектующими позволяли продавать смартфон существенно дешевле конкурентов. Полностью китайские мобильники были популярны у массового покупателя исключительно по причине их невысокой стоимости – в диапазоне 3-5 тысяч рублей. Единственный пока известный случай, когда процессор для смартфона, созданный в Китае, оказался не хуже, чем аналогичные американские и южнокорейские – это Huawei (HiSilicon) Kirin. Более того, сейчас китайские производители обещают, что новый Kirin 980 вообще лучше всех. Попробуем разобраться, так ли это на самом деле.

Производителей телефонов, смартфонов и прочих умных мобильных устройств сегодня так много, что всех их и не запомнить. А вот создателей качественных процессоров не так уж и много. Однако, порой даже истинные фанаты не успевают отслеживать кто и сколько ядер обеспечивает для очередного устройства. Вот главные игроки на этом рынке.

  • Apple. Производитель по-настоящему качественных процессоров для собственной продукции iPhone и iPad. Качество продукции этого производителя признают даже ненавистники iOS - «яблочной» операционной системы. Apple разработала собственную технологию производства процессоров и категорически отказывается продавать ее кому-либо. Хотя разница между стандартным процессором для Андроид-смартфона и процессорами Apple настолько велика, что, возможно никто не хочет даже попытаться соединить воедино компоненты этих двух операционных систем.
  • Qualcomm – старейший производитель процессоров и, пожалуй, самый уважаемый. Многие современные смартфоны и планшеты работают как раз на процессорах Qualcomm. А помните в далекие «досмартфоновые» времена телефоны Siemens, BenQ-Siemens? Как вы думаете, какие там использовались процессоры? Да-да, именно они. По мере развития Android-технологий, Qualcomm являлся одним из многих рядовых поставщиков мобильных гигантов того времени – Samsung, LG, Sony, HTC. Однако потом решил сменить политику и «выйти из тени». Вложив серьезные средства в модернизацию оборудования, научные исследования и новые технологии, уже в 2010-х годах Qualcomm по качеству продукции оставил просто очень далеко позади своих бывших конкурентов. Потеряв большую часть рынка, такие ранее известные производители, как Intel, Broadcom, NVIDIA, Marvell, Texas Instruments постепенно отошли на второй план или практически совсем пропали из рядов производителей. А Qualcomm начал отбивать вложенные ранее огромные средства, поскольку долгое время его продукции просто не было альтернативы.
  • MediaTec. Это самые дешевые на сегодня процессоры для смартфонов, надежда и опора китайских производителей. Вначале своего пути имел крайне неблагоприятный имидж производителя низкопробной продукции. Сейчас ситуация с качеством продукции стала получше, но предложить процессоры хорошего уровня даже для флагманских китайских смартфонов, как ни пытался, он так и не смог. В итоге нашел свою нишу, выпуская более прожорливые и горячие, по при этом и более дешевые (относительно стоимости продукции Qualcomm) процессоры бюджетного и среднего класса в диапазоне цен от 5 до 30 тысяч рублей.
  • Spreadtrum. Пожалуй, это даже не второй эшелон, а где-то третий-четвертый по качеству производимой продукции. Поставляют процессоры тем производителям, которые не могут себе позволить приобрести более надежные и дорогие процессоры или с которыми отказывают работать остальные конкуренты. Количество дефектов в их прошивке превышает все разумные и неразумные рамки. Стоит иметь ввиду, если вы заказываете какой-то современный смартфон где-нибудь на Aliexpress или Ebay – почти наверняка будет «радовать»процессор от Spreadtrum.
  • Samsung. Весьма жадный и хитрый игрок на рынке производителей оборудования для смартфонов. Свой путь успеха он решил проложить, объединив у себя производство процессоров, камер и экранов. Вот только антимонопольное законодательство было категорически против. Этому, в частности, пользователи обязаны наличию в Galaxy S9 процессоров Qualcomm. Однако Samsung не отчаивается и продолжает выбранный путь либо, в качестве альтернативы, пытается «двинуть» других производителей до уровня цен Spreadtrum. При этом собственная разработка Samsung Exynos какими-то особыми достижениями похвастаться не может. Иногда у них что-то получается (Exinos 7420), однако, в какой-то момент что-то начинает идти не так. Несмотря на это, Samsung долгое время были уверенно вторыми среди производителей процессоров под Андроид. Однако вот на горизонте замаячил
  • Китайские специалисты из Huawei долгое время конструировали процессы Kirin фактически в убыток себе, когда не удалось договориться об изготовлении процессоров с Qualcomm, ограничившись поставками для Samsung, LG, Sony. Потом пошли по пути Samsung. Наладив собственное производство смартфонов – исключив, таким образом, зависимость от сторонних поставщиков и аккумулируя всю доходность у себя. Чуть позже это шаг оправдал себя еще и отсутствием зависимости от американских санкций. И ведь получается. Конечно, первая массовая серия Kirin, установленного в смартфонах и планшетах в 2012-2014 годах не получила восторженных откликов от пользователей. Они были настолько прожорливы, медлительны и просто бестолковы, что заставляли пользователей с ностальгией вспоминать о MediaTek. 2015 год стал поворотным в истории процессоров Kirin. Разработчик самых качественных на тот момент процессоров Qualcomm позволил себе расслабиться, что отразилось на качестве его продукции. Фактически это стоило сразу нескольким брендам – HTC, Sony, LG – подмоченной репутации их новых флагманов и необходимости срочно искать альтернативу. И такая быстрой нашлась – Huawei. Вот так вот внезапно в 2015 году Kirin 930 стали вторыми (следом за Exinos 7420 от Samsung) процессорами в мире. После этого уже китайцы начали вкладывать в разработку и усовершенствование процессоров большие средства и стабильно обосновались на вторых-третьих местах в списке самых качественных производителей. Ну а в конце 2018 года они представили новый Kirin 980, обозначив претензию на первую строчку рейтинга. Huawei, кстати, пошел по пути Apple – разрабатываемые процессоры они ставят только на свою продукцию и не продают на сторону.

Без-имени-4.jpg

Kirin 980 и все остальные

Чтобы в дальнейшем оперировать общими терминами, следует помнить: меньшая цифра техпроцесса обеспечивает меньший нагрев и энергопотребление для процессоров с одинаковым количеством ядер. Или, по-другому, меньший техпроцесс позволяет больше разогнать процессор. Поэтому, например, на одинаковом процессоре 8 ядер от MediaTek Helio P10 будут медленнее, чем те же самые ядра на таком же процессоре с новым техпроцессом у Qualcomm Snapdragon 625. Каждый раз внедрение нового техпроцесса – это сложный и болезненный процесс. Однако, с учетом постоянного развития технологий, это приходится делать примерно раз в один-два года. Новый Kirin 980 как раз разработан на новом техпроцессе, после того, как были проанализированы все недостатки предыдущего Kirin 970. Все основные производители давно освоили и придерживаются техпроцесса 10 нанометров – он считается самым совершенным и продвинутым. Считался.

Сравним техпроцессы у основных производителей:

Qualcomm:

  • 2016 год – процессор Snapdragon 835 – 10 нанометров.
  • 2017 год – процессор Snapdragon 845 – 10 нанометров.

Samsung:

  • 2017 год – процессор Exinos 8895 – 10 нанометров.
  • 2018 год – процессор Exinos 9810 – 10 нанометров.

Huawei:

  • 2017 год – процессор Kirin 970 – 10 нанометров.
  • 2018 год – процессор Kirin 980 – 7 нанометров.

Без-имени-6.jpgКто переделывает процессоры самостоятельно, а кто пользуется готовым

Любая новинка не появляется из ниоткуда. Этому предшествуют длительный период разработки и всякие юридические процедуры. Так вот, абсолютно все производители процессоров – клиенты британской компании под названием ARM. Все существующие процессорные и графические составляющие разрабатываются на основе архитектуры ARM и подлежат лицензированию в этой компании. Это своего рода высшая сила, компиляция в одном лице всех возможных сил в мире гаджетов. Конечно, процесс лицензирования платный. Выдавая очередную лицензию, ARM рассылает всем соответствующую документацию на ядра и графику. Только после этого получатели могут сами сделать выбор: сколько ядер использовать, какое количество мегагерц определить для каждого из них и т.п. Или же на основании полученной документации скорректировать ядра по своему усмотрению.

Тут стоит отметить, что особняком среди производителей стоит Apple. Они производят собственные процессоры, отличные от архитектуры ARM, поэтому у них нет такой проблемы с лицензирование.

Скромные MediaTek и Spreadtrum не имеют финансовых возможностей и специалистов высокого уровня, чтобы заниматься собственными переделками. А режиме экономии всегда есть риск сделать хуже, чем это было вначале.

Тогда как Qualcomm активно этим занимается, добавляя стандартным процессорам скорости, делая из более экономичнее. Надо сказать, что у них это очень хорошо получается, поэтому складывается впечатления, что Qualcomm производит уникальные процессоры собственной разработки.

Samsung на всю эту суету до недавнего времени наблюдал со стороны. Однако, глядя на то, как отлично все выходит у Qualcomm, с недавних пор тоже активно включился в эту гонку (процессор Exynos 8890).

Huawei первоначально использовал только готовые ядра от ARM (примерно до 2017 года). Однако, как оказалось после выхода Kirin 980, как это часто бывает, китайские товарищи, не особо афишируя, занялись доработкой процессоров, что позволило им первыми из производителей предложить ядра нового поколения.

Китайские технологии: тише едешь - дальше будешьБез-имени-5.jpg

Чтобы не сильно увлекаться эволюцией процессорных ядер, здесь стоит помнить следующее. Современный стандартный процессор в большинстве флагманских смартфонов имеет восемь ядер. Четыре из них экономичные и работают при низкой нагрузке. Еще четыре – производительные - они включаются, когда аппарату требуется выдать максимальную мощность.

Экономичные ядра смартфонов на базе Android можно разделить на три вида:

  • Cortex-A7 – когда-то были отличным вариантом (правда, это был далекий 2011 год), но сейчас уже устарели и во флагманских моделях не используются;
  • Cortex-A53 – появились в 2013 году, бюджетный вариант, который и используется, в основном, в моделях бюджетного сегмента и в ограниченном количестве флагманских процессоров;
  • Cortex-A55 – это новейшая на данный момент разработка (анонс состоялся в 2017 году), которая в соответствии с заявленными показателями экономичнее на 15% и быстрее на 20-30%, чем Cortex-A53.

Аналогичным образом можно разделить и производительные ядра:

  • Cortex-A72 – быстрые, правда, очень прожорливые ядра 2015 года выпуска, которые очень хорошо себя показали и в бюджетном Xiaomi Redmi Note 3 Pro, и во флагманских моделях Huawei P9, Honor 8;
  • Cortex-A73 – слегка усовершенствованный вариант A72, имеют меньший уровень нагрева, некоторый прирост производительности и являются основой практически всех флагманских процессоров, вышедших в последние годы;

Cortex-A75 – это уже новейшая разработка, первые ядра, которые имеют возможность подключаться не одним блоком, а в любом количестве и комбинации по мере необходимости. Правда при стандартной работе – интернет, работа с документами, установка и запуск приложений – их невозможно отличить остальных, но вот при работе с камерой, речью, фотошопом они отлично себя показывают.

Попытался здесь вставить свое веское слово и Samsung со своим Samsung Mongoose M2. По сути дела, это был тюнингованный вариант старенького Cortex-A72. Только сделано это было тогда, когда мир вовсю использовал Cortex-A73. Поэтому, можно сказать, попытка зачтена, хотя в целом получилось не очень. Будучи новичком в этом деле, Samsung выбрал для улучшения работу с документами, автофокусом камеры, тогда как нужно было делать акцент на браузерах, скорости загрузки приложений и т.п.

Но корейцы не опустили рук. Примерно через год они представили свое новое творение – процессор M3 Meerkat. Этот процессор запомнился просто огромными производительными ядрами. Блок из 4-х ядер был самым большими среди всех процессоров. Корейцы в этом переплюнули даже Apple – у них такими же большими были только два ядра. Из-за сложностей с размещением ядер на микросхеме, Самсунг заложил менее мощную игровую графику.

Однако, как выяснилось в ходе тестов, эти огромные ядра не могут обеспечить заявленную производительность. Одно ядро обеспечивает 2,7 ГГц, два ядра – 2,3 ГГц, три ядра или четыре – всего 1,79 ГГц. Да еще и обнаружилось повышенное потребление энергии – почти на 30% больше, чем у Snapdragon 845.

Китайцы подключились к этой «гонке вооружений» намного позже. Еще в 2017-м году их Kirin 970 имели стандартные ядра Cortex-A53 и А73 – предпочтение было отдано проверенным и стабильным вариантам. Этот процессор по результатам тестов отставал от продукции остальных конкурентов не менее, чем на один год.

А вот новый Kirin 980, представленный в самом конце 2018 года, имеет уже совершенно другие, новейшие ядра. Указанные Cortex-A76 и А55 имеют производительность на уровне А75 (т.е. новым процессором от Qualcomm), но при этом на одинаковой частоте выше на 30-35%, а энергопотребление ниже аж на 40%. Эти цифры подтверждены официальными данными ARM, хотя сами производители заявляют параметры поскромнее: повышение скорости на 37% и экономичности на 32% по сравнению со Snapdragon 845. Так, например, по утверждению Huawei, Facebook их процессор запустит за 1 секунду. Тогда как на Qualcomm запуск этой программы займет 1,3 секунды. Тут стоит напомнить, что новый китайский процессор не только получил новые ядра, но и обеспечивает гораздо меньший техпроцесс 7 нм.

Говорят, Huawei совместно с производителем процессора TSMC готовили свой совершенно новый процессор Kirin 980 на протяжении трех лет.

Под шумок китайцы захотели приписать себе новую архитектуру с тремя блоками ядер, однако этот вариант не сработал, поскольку ARM поставляет свою архитектуру ARM DinamiQ «под ключ», а там уже каждый тасует ядра так, как ему годно. Остальным производителям было лень так глубоко копаться, а вот китайцам – нет.

Без-имени-2.jpg

Новые принципы работы ядер

Надо отдать должное, специалисты Huawei, подошли очень профессионально и к алгоритмам работы своей новинки. Работа экономичных ядер была замкнута на просмотр видео, чтение, прослушивание музыки или для изменения настроек телефона. Два мощных, но энергоэффективных ядра из второго блока, уже не с экономичными, но пониженными оборотами, подключаются, если пользователь начинает работать с камерой или открывает простенькие по требованиям игры.

А вот третий блок – максимально разогнанные ядра – начинают работать, если на смартфоне запускаются игры с «тяжелой» графикой, приложения для редактирования изображений, видеозаписей или в случаях, когда пользователь параллельно запускает несколько приложений (например, мессенджер, музыка, навигатор) и т.п.

В принципе для специалистов не явился новинкой тот факт, что ядра подключаются в работу по мере загрузки системы и запуска большего количества приложений. И даже тот факт, что их можно подключать поочередно от одного до восьми или группами – тоже не новость. Более того, такой принцип работы практиковался еще в 2013 году у MediaTek MT6592.

А вот что действительно заинтересовало специалистов и остальных игроков этого рынка, так это то, что работать одновременно могут разные ядра. До сих пор считалось, что одновременно могут работать только одинаковые ядра (блок экономичных или блок продвинутых). И запустить, к примеру 6 ядер из 8 можно было, только при условии, что это ядра одного вида, и то только в Cortex-A7 или Cortex-A53.

И вот теперь, как оказалось, есть технология, позволяющая подключать абсолютно любое количество ядер с разными частотами в любой последовательности и комбинации. Ведь это очень удобно и функционально: одно маломощное ядро отвечает за воспроизведение музыки, другое – за работу фоновых программ, а если включается что-то «потяжелее» - подключается ядро помощнее. Соответственно, в зависимости от активности пользователя и включения или выключения тех или иных программ, количество подключенных ядер и их комбинация меняется. Ядра Kirin 980 подключаются к работе по схеме 1-2-4-6-8, т.е. одновременно работает одно ядро или комбинация четного числа ядер.

Казалось бы, ну и что? Какая разница, в какой последовательности подключаются ядра – лишь бы телефон работал быстро и не тормозил. Однако за счет применения такой технологии энергия смартфона расходуется меньше, что повышает период его автономной работы. Кроме того, процессор большую часть времени работает «на малых оборотах», а, значит, меньше нагревается. В отличие от процессоров других производителей, который при более-менее серьезной нагрузке начинают работать на полную мощность.

Правда остаются вопросы относительно того, сможет ли процессор успевать за действиями пользователя – подключать и отключать требуемое количество ядер? Специалисты Huawei утверждают, что они это предусмотрели и в дополнение к стандартным алгоритмам ARM прописали собственный алгоритм, в основе которого лежит искусственный интеллект. Т.е. смартфон будет подключать ядра не «методом тыка» или по факту подключения пользователем приложения, а путем анализа предыдущих действий пользователя и предсказания его дальнейших шагов.

Без-имени-7.jpg

Рассмотрим такой вот пример. Пользователь загрузил оффлайн-игру. Вдруг ему приходит сообщение из какого-нибудь мессенджера. Обычно в этом случае происходит следующее: пользователь нажимает уведомление, переключается на мессенджер и пишет ответ. Смартфон еще некоторое время работает на всех ядрах и только потом подается команда на отключение производительных ядер.

В Huawei, в теории, будет все по-другому. Как только вам приходит уведомление, Kirin 980 уже проводит анализ ваших дальнейших действий, и уже готов к тому, что вы переключитесь на текст. И как только вы нажимаете на уведомление – процессор тут же уменьшает потребление энергии, отключая ненужные ядра. Написав ответ, для возврата в игру пользователю необходимо будет зайти в список открытых приложений – в это время процессор уже готов подключить мощные ядра, как только пользователь возвратится в игру. И так будет при работе с другими приложениями. Таким образом, смартфон будет изучать ваши привычки и особенности работы с приложениями, подстраиваться под них и держать наготове необходимые ресурсы.

Пока остается не совсем понятным, как смартфон будет определять, сколько и каких ядер достаточно какому-либо конкретному приложению для оперативной работы. Тут производитель опять машет головой, говорит, что все хорошо, все предусмотрено, распределение ресурсов будет гибкое и, при необходимости, подстраиваться под потребности любого приложения. Но хотелось бы увидеть, как это будет работать на практике.

Первыми смартфонами, которые будут работать на базе Kirin 980, будут новые флагманские Huawei Mate 20 и Mate 20 Pro. Прототип Mate 20 поставил абсолютный рекорд по данным AnTuTu, набрав 356 918 баллов. От сравнения здесь никуда не уйти, поэтому необходимо отметить, что ни один смартфон на базе Qualcomm Snapdragon не набрал и 300 000 баллов. В дальнейшем производитель планирует выпустить на базе Kirin 980 совершенно новые Huawei P30, P30 Plus и, пока только в планах, P30 Pro. В дальнейшем Huawei планирует оснащать этими процессорами и модели средних и бюджетных сегментов, в том числе Honor 20, Honor Note 20.

В целом хочется отметить, что для Huawei и Kirin 980 крайне метко и удачно «выстрелили»: по крутизне технологий, сочетанию процессорных ядер в 2018 году никто не смог предложить что-то даже отдаленно похожее. Да, Snapdragon 845 от Qualcomm хорошо оснащен технически, но сильно отстает по новизне ядер и техпроцессу. А Самсунг со своим Exynos 8910 слишком перестарался, получив на выходе слишком прожорливый, чересчур греющийся процессор, который, к тому же, не может обеспечить работу на полную мощность. Поэтому Kirin 980 на осень 2018 года реально является самым лучшим процессором, который смогла придумать инженерная мысль. Все факты говорят о том, что Kirin 980 – безусловный фаворит в гонке производительности. Пока что единственный, кто может показать еще более мощный результат – процессор Apple A12. Но Apple, как мы уже отмечали ранее – это совсем отдельная история.

С ядрами у Kirin 980 все замечательно. Однако будет не лишним напомнить, что один процессор – в поле не воин. Процессор – это лишь часть системы современного смартфона. В мобильных устройствах он включает в себя модуль сотовой связи, Wi-Fi, Bluetooth, графику и еще много всяких вещей. А вот в этих моментах Kirin 980 еще есть куда улучшать. Однако об этом будет подробно изложено во второй части статьи.

А нам остается ждать выхода в широкую продажу анонсированных новинок Huawei c процессором Kirin 980. Конечный пользователь точно сможет определить реального победителя в этой гонке производительности и эффективности процессоров для смартфонов.