Обзор Snapdragon 810 часть первая

На данный момент на североамериканском рынке компания Qualcom держит хорошую позицию благодаря SoC серии Snapdragon. Практически все смартфоны, выпущенные в 2014 году, от LG G3 до HTC One, оснащены процессором Snapdragon 800. Рассматривая такую ситуацию, предположения о заинтересованности в появлении нового чипа Snapdragon 810 не только не будут лишними, но и приведут к заинтересованности в вопросе практически всех производителей флагманов.

Обзор

Основываясь на некоторых слухах, процессор подвергается довольно сильному нагреву, которого даже не могла рассчитывать сама Qualcomm. Самая первая информация о возможных проблемах новой модели чипа проявилась в декабре от неизвестного корейского источника, который утверждал, что у чипа есть сразу несколько нюансов: от перегрева до неполадок с производительностью и драйвером GPU. В большинстве случаев такая информация быстро забывается, но в случае с Snapdragon 810 этим быстро заинтересовались LG, в недавнем времени заявившие об анонсе G Flex 2. По их мнению, проблема перегрева действительно является важной, но в данном случае она не соответствует действительности. В компании утверждают, что присутствуют только неполадки с производительностью, данные о температуре устройств правдивыми не считаются, так как не соответствуют результатам проведенных над устройством тестов.

Получается, что LG спокойно отнеслась к ситуации в отличии от тех же Samsung, которые сразу же после новостей о возможных проблемах Snapdragon 810 приняли решение отказаться от наличия процессора в Galaxy S6. Такие действия объясняются и публикацией финансового отчета Qualcomm за первый квартал 2015 года, в котором одной из причин снижения доходов называется именно сокращенное использование процессора в составе флагманских устройства. По информации Wall Street Journal, Qualcomm решила создать для Samsung специальную модель чипа, выпуск которой должны организовать уже к марту.

Без-имени-2.jpgПравдивость слухов связанных с Samsung никак не значит, что у Snapdragon 810 присутствуют какие- то проблемы. Корейская компания всегда использовала продукты Qualcomm как чипы для североамериканских моделей телефонов, а для остального рынка обычно применяются системы, основанные на кристалле Exynos. Exynos 7420, готовый использоваться в большинстве смартфонах Galaxy S6, оснащен восьмиядерной конфигурацией, сочетающей в себе два процессора: ARM Cortex-A57 и A53. Предполагается, что данные чипы будут производиться с применением техпроцесса 22 нм. Такими же характеристиками обладает и Snapdragon 810. Однако, президент полупроводникого отделения Samsung Ким Ки Нама сделал заявление насчет производства Samsung чипов по новому процессу 14 нм FinFET для неготовых клиентов. В случае если корейской компании удастся перенести Exynos на данный техпроцесс, это приведет к более лучшим производительным результатам, чем в том же Snapdragon 810. Для сохранения одинаковой производительности между разными вариациями флагмана от Samsung, придется прибегать к одному из вариантов: либо занижать скорость своего техпроцесса, либо разгонять от Qualcomm, но в таком случае это приведет к перегреву.

Поэтому, разговоры о перегреве могут быть лишь просто слухами от конкурентов. Стоит лучше подробнее рассмотреть проблему с работоспособностью памяти.Были проведены тестирования производительности на флагмане с Snapdragon 810, в ходе которых были выявлены низкие скоростные показатели ее работы. Это объясняется тем, что для рассмотрения был предоставлен предсерийный образец, использующий шину памяти только всего лишь на половину своей мощности. Если не брать в счет данное объяснение, то это достаточно распространенный тип проблемы, обусловленный появлением такого типа памяти, как LPDDR4.

Ознакомившись даже с этими проблемами, известными на данный момент, можно смело заявить, что процессор Snapdragon вынужден столкнуться с небольшими техническими трудностями. Но удалось ли Qualcomm справиться с этим или все еще нет? Основываясь на последнем пресс-релизе компании, на мировой рынок попадет более 60 флагманов премиум-класса, использующих Snapdragon 810. Официально представлено было только два телефона: LG G Flex 2 и Xiaomi Mi Note Pro. Но другие корпорации в той же мере высказались об уверенности в новом SoC, среди которых как Microsoft и Motorola, так и другие. Рик Остерлох, глава Motorola Mobility высказал мысль о том, что благодаря новому процессору, все смогут "раздвигать границы еще шире". Вряд ли Snapdragon 810 получил бы такой положительный отзыв, имея множество проблем и неполадок, связанных как с производительностью, так и постоянным нагревом устройств, использующих процессор.

Всегда нужно помнить, что статистические данные, полученные в ходе экспериментов и проверок, подтверждают мысли лучше бесконечных высказываний. Qualcomm Snapdragon 810 был подвергнут серии тестов и сравнений, на основе которых можно подтвердить или опровергнуть все слухи.

Архитектура Snapdragon 810

Главным новшеством нового процессора от Qualcomm является базирование на 64-разрядной архитектуре. К тому же, Snapdragon 810 имеет в себе и обновленный графический процессор, новейший интерфейс памяти и модем Gobi, благодаря которому особо подчеркивается технический прогресс процессора, по сравнению с другими моделями, представленными на рынке.. Он поддерживает LTE Category 9, способный развивать скорость до 450 Мб/с. Его наличие способствует добавлению процессору привлекательности и удешевлению производства.

Технические характеристики

  • Техпроцесс: 20nm и 28nm HPm
  • CPU: 4x ARM Cortex-A57 2.0GHz и 4x ARM Cortex-A53 1.5Ghz, 4x Qualcomm Krait 450  2.65GHz, 4x Qualcomm Krait 400 2.45GHz 4x Qualcomm Krait 400 2.26GHz.
  • Архитектура: ARMv8-A 32/64 bit, ARMv7A 32 bit, ARMv7-A 32 bit, ARMv7-A 32 bit.
  • GPU: Qualcomm Adreno 430 600 MHz, qualcomm Adreno 420 600 MHz, Qualcomm Adreno 330 578NHz, Qualcomm Adreno 330 450 MHz.
  • Память: LPDDR4-1600 2x 32 bit, LPDDR3-800 2x 64-bit,LPDDR3-800/933 2x 32 bit, LPDDR3-800 2x 32 bit.
  • DSP: Hexagon V56 800 MHz, Hexagon V50 800 MHz,Hexagon V50 800 MHz, Hexagon V50 60 MHz.
  • Модем: MDM9x??, LTE Category 9, 450 Mb/s, MDM9x25, LTE Category 4, 150 Mb/s.

В случае с Snapdragon 810 Qualcomm решила не внедрять собственную архитектуру Krait и использовала 64-разрядные ядра ARM. Благодаря этому, планировщику ОС открыты все восемь ядер, а CPU соединены кэшем CCI-400. Рассмотрим основные моменты ядер, используемых в процессоре:

Будучи преемником A15, Cortex-A57 привнес совсем немного изменений в общую архитектуру. Все еще используется 15+ ступенчатый конвейер,с первыми двенадцатью последовательными стадиями, и последними тремя-двенадцатью внеочередными. IPC в той же степени не подвергся изменениям: выдача до восьми и перераспределение до трех команд за такт. Это всего лишь половина того, что имеется в Apple A7 (может быть и A8) и Nvidia Denver. В буфере переупорядочивания команд вмещается до 128 микроопераций, как это и было в A15. Для сравнения, в A7 Apple 192 команды, к тому же также и в Intel Haswell для настольных центральных процессоров, хоть у них и нету аппаратного буфера переупорядочивания. Из плюсов, кэш L1 был увеличен до 48 Килобайт, в отличии от тех 32, которые были в A15, но кэш для обычных данных остался тем же что и был - 32 Килобайта. L1 основан на общем кэше L2.

Без-имени-3.jpg

Cortex-A57

Рассматривая конфигурацию big.LITTLE подробнее, можно выделить еще один вид ядер - Cortex-A53, основанный на архитектуре Cortex-A57. A57 является сложным по своему строению ядром с непоследовательным выполнением команд, основной задачей которого является поддержание высокой производительности флагмана. В случае с A53, это простое ядро с очередным выполнением команд, сделанным для экономии энергии аккумулятора телефона. Обладает небольшим 8-ступенчатым конвейером с одинаковой двойной выдачей для задаваемых команд. По словам ARM, A53 обеспечивает ровно ту же производительность, что и Cortex-A9, работая на одном техпроцессе.

Cortex-A53

У А57 и А53 есть много особенностей, которые пришли на замену старым процессорам, но в то же время они поддерживают 64-битную AArch64 и команды A64. Благодаря этому создается перспектива перехода на 4 гигабайта физической памяти, что является несомненно плюсом для работы мобильного устройства, задача которого в поддержании работы как центрального, так и графического процессора, делящих оперативную память между собой для разных задач. A15 в таких случаях использует LPAE, переводящий 32-битные пространства в 40-битные, с размером в 4 килобайта. Благодаря этому сразу несколько программ смогут видеть до 4 гигабайт в оперативной памяти в один момент, что очень похоже на то, как работают программы в Windows на основе 32-разрядной платформы x86. ARMv8-A смягчает ограничение адресации памяти, улучшая работу 48-битных пространств, как виртуального так и физического. Полное 64-битное пространство на данный момент не нужно, к тому же ограничение пространства способствует снижению потребления электроэнергии и упрощеному процессу компоновке аппарата. К тому же, архитектура способна обрабатывать страницы размером 64 килобайт, благодаря чему переадресация снижается с четырех до двух раз, в случае с использованием 42-битного адреса.

Вплоть до 2016 года скорее всего не удастся попробовать поработать с смартфона и планшетами, включающими в себя более чем 4 гигабайта оперативной памяти, но в тоже время переход на 64-бит создает большой простор для остальных улучшений производительности устройств. Ширина регистров стала больше, количество регистров общего применения также увеличилась: с 14 до 32, а в случае с SIMD/с теперь не 16 бит, а 32. Более обширное количество регистров позволяет компиляторам иметь больше места для выполнения циклов, а также, по информации ARM, включает улучшенные способы планирования действий, связанных с более трудными алгоритмами, становящимися общими для наиболее разных версий программных кодов.

ARM предоставляет свои 64-битные инструкции, пришедшие на замену нынешней 32-разрядной таблице декодирования. Две простые таблицы, заменившие одну большую и громоздкую, заметно упрощают реализацию программ. К тому же, упрощенный процесс предсказания ветвлений и некоторые дополнительные методы приводят к ускорению JIT-компиляторов, использующихся в JavaScript, что служит для ускорению загрузки и просмотра веб-страниц в сети.

ARM стремится применять такой же способ разработки и к ISA, так называемой 64-битной архитектуре системы команд. Вместо A32 ISA, аналогично как и AMD с x86, разработали новейшую улучшенную A64 ISA, которая опередила свою предшественницу в плане аппаратной реализации и экономии энергии. Это проявляется в удалении загрузки или же сохранении программных команд, которая в большинстве случаев только загружала подсистему памяти, тем самым не оправдывая затраченную на работу мощность.

Без-имени-4.jpgК остальным преимуществам A64 стоит отнести возможности SIMD, проявляемые в удолетворении требованиям стандарта IEEE754-2008, среди которых и функция обработки чисел двойной точности с наличием плавающей запятой для векторов, и наличием инструкций для процесса округления полученных чисел. Теперь ее регистры имеют ширину в 128 бит, для сравнения с которой можно привести AArch32, имеющей всего то 64 бит.

Обзор и тестирование Snapdragon 810

Внимательно ознакомившись со всей вышеописанной информацией, можно ли предугадать, сможет ли Snapdragon 810 предоставить лучшую производительность CPU, или же хотя бы наравне с той, которая была у предыдущих моделей SoC Snapdragon 80X? Если рассматривать случаи, в которых будет выполняться 64-битный код, то ответ будет очевидным - результаты в любом случае будут получены лучше. На самом деле Krait 400/450 просто упрощенная модель A15, созданная для более малого употребления электроэнергии и тактовых частот. IPC почти такой же как и A15 или же A57. Короче стал и целочисленный конвейер Krait, имеющий теперь более малый буфер переупорядочивания команд, способный держать в себе только 40 маленьких операций, и еще уменьшился кэш первого уровня. Пропускная способность, конечно же, станет меньше, в связи с одним портом исполнения и более коротким буфером, но в то же время, высокая тактовая частота позволит быстрее исправить ошибку, в случае с неправильным выбором ветвления.

Если рассматривать проблему потребления энергии, то однозначно можно заявить о высоких показателях потребляемой мощности A57. Однако, стоит помнить, что стремясь к более быстрому переводу системы в состояние сна, передача задач на более эффективные в плане потребления энергии ядра A53 и техпроцесс 20 нм должно довольно серьезно снизить энергопотребление, если сравнивать результаты с показателями Krait.

GPU

Несмотря на некоторую информацию о центральном процессоре внутри Snapdragon 810, о графическом Adreno 430 сказать практически нечего, уж слишком мало о нем слышно в последнее время. Qualcomm не разглашает никаких подробностей о процессоре, лишь аккуратно рассказывая о его повышенной производительности на целых 30 процентов, подмечая в то же время снижение им энергопотребления на целых 20 процентов, по сравнению с предыдущим поколением Adreno 420. Но, основываясь на том, что в прошлом GPU архитектура подвергалась значительной переработке, можно смело заявить, что новый графический процессор будет лишь слегка улучшенной версией предшественника.

Год назад в Adreno 420 стала доступна поддержка OpenGL, Android Extension Pack, DirectX 11 с дополнительным функциональным уровнем 11_2 и OpenCL 1.2, добавляемая также новой для архитектуры поддержкой геометрических шейдеров, технологии ASTC и динамической аппаратной тесселяции. Логично предположить, что все эти параметры есть и в 430 модели.

Рассматривая преимущества и недостатки Snapdragon 805, часто экспертами обсуждалось заметное увеличение количества пропускной способности памяти, произошедшее наряду с расширением в Adreno 420 количества кэшев текстур и L2. Это привело к более эффективному обеспечению информацией дополнительных текстурных и шейдерных блоков. Такая информация подтвердилась результатами многих тестирований производительности. Учитывая тот факт, что объем пропускной памяти и место на кристалле увеличилось, в связи с переходом на более малый производственный процесс 20 нм, в новом графическом процессоре Adreno 430, с большей вероятностью, появятся дополнительные шейдерные ресурсы.

Проводя тесты производительности Note 4 и Nexus 6, базирующиеся под управлением Snapdragon 805, был замечен тепловой троттлинг, проявляемый во время игр. В связи с этим, очень часто все преимущества 420-го сходили на нет, по сравнению с его предшественником - Adreno 330. При переходе на меньший техпроцесс 430-й модели удастся снизить некоторое количество потерь мощности, которого можно добиться увеличением количества транзисторов. Скорее всего, Qualcomm были предприняты и другие способы изменения энергопотребления, но остаются подозрения, что это не поможет 430-му справится с тепловым троттлингом, особо характерным для телефонов с пластиковым корпусом.

Память

В Snapdragon 805 обращение с памятью LPDDR3 проходило через двухканальную 64-битную шину с пропуском данных в 25.6 Гб/с, что заметно отличалось от результатов Snapdragon 801 и Apple A8, равных 14.9 Гб/с. В случае с Qualcomm Snapdragon 810 пропускная способность не претерпела изменений, но подсистема перешла на новый интерфейс LPDDR4-1600.

Без-имени-5.jpgLPDDR4 включает в себя полностью переделанную архитектуру, использующую два 16-битных канала, которые сокращают длину передачи сигнала между памятью и контактными модулями, что приводит к снижению потребления энергии и обеспечению высокой частотности передачи сигнала. В новой памяти используется интерфейс LVSTL с пониженным на 50% напряжением, в случае сравнения с LPDDR3. Благодаря этому усовершенствованию, удается добиться более высокой скорости передачи данных и привести к снижению уровня потребления электроэнергии на целых 35, а в некоторых случаях и 40%

Прочие модули

В Snapdragon 810 применяются два 14-битных ISP, способных пропускать до 1.2 гигапикселей в секунду и поддерживающих матрицы до 55 мегапикселей. В данном случае он никак не отличается от своего предшественника Snapdargon 805. Также, новая модель процессора оснащена DPS Hexagon V56, поддерживающим Dolby Atmos и прослушивание музыки до 24 бит/192 кГц.

Компанией Qualcomm крайне сильно продвигается просмотр видео в разрешении 4К, что конечно же приводит к стремлению полной поддержки такого формата устройствами, оснащенными процессором. Snapdragon способны как кодировать, так и декодировать Ultra HD видео в формате H.264, в случае с H.265 такие действия придется выполнять программно. В 805-м появилась функция аппаратного декодирования в H.265, а Snapdragon 810 завершает все это переходом к Ultra HD, предоставив кодирование 4К в формате H.265. Аппаратный кодировщик новейшего чипа позволяет снимать 4К-видео с частотой в 30 кадров в секунду и разрешением 1080p на частоте 120 кадров в секунду. К тому же, в его возможности входит вывод 4К с 60 FPS на основной дисплей и 4К с 30 FPS на внешний, с помощью HDMI. Также есть вариант вывода в 1080p с 60 FP, не используя проводов благодаря Miracast.

Изначально, Qualcomm Snapdragon 810 собирались оснастить модемом Qualcomm Gobi Cat 6, способным развивать скорость передачи данных до 300 Мб/с. Но в связи с новостями о том, что Samsung готовится выпустить собственный модем на уровне с Cat 10, Qualcomm приняла решение о модернизации модема в Snapdragon 810 хотя бы до уровня Cat 9. Данное решение является уникальным, и пока что не имеет официального названия, но уже имеется информация, что это ни MDM9x35, ни Cat 10 MDM9x45, совсем недавно анонсированный компанией. Главной чертой является то, что пиковая пропускная способность данного модема равна 450 Мбит/c, что достигается благодаря взаимодействию 3-х несущих частот со значением в 20 МГц.

Заключение

Подводя итоги и основываясь на имеющейся в распоряжении информации, можно смело утверждать, что по сравнению со своим предшественником Snapdragon 805, Qualcomm Snapdragon 810 предлагает ряд довольно значимых и заметных улучшений, среди которых как восьмиядерный 64-битный процессор и LTE модем Cat 9, так и поддержка нового типа оперативной памяти LPDDR4. К тому же, процессор заметно выделяется своей высокой производительностью GPU и множественными нововведениями, связанными с подсистемами обработки и записи как аудио, так и видео. Стоит подметить и заметное улучшение в плане энергопотребления, являющиеся для многих одним из главных факторов при приобретении устройства. Нужно понимать, что вся полученная информация на данный момент не может трактоваться как официальная, так как выход процессора на рынок еще не произошел, а все данные исходят только от внутренних исследований компаний, планирующих использовать процессор в своих устройствах.Ознакомившись со всеми техническими новинками чипа, осталось проверить все заявленные показатели с помощью тестов и сравнений, и только на этом моменте можно будет смело утверждать, что Snapdragon 810 действительно является прорывом в области процессоров для рынка смартфонов.