OKW: приборные корпуса из Германии

Анализ мобильных систем на чипе 2021 года: Snapdragon 888, Exynos 2100, Kirin 9000 и Apple A14

После анонса процессора Exynos 2100 от Samsung список флагманских процессоров 2021 года завершён. Exynos 2100, наряду с Snapdragon 888 от Qualcomm, Huawei Kirin 9000 и Apple A14 Bionic, будет применяться на флагманских смартфонах начала 2021 года. Давайте узнаем, что каждый из них может предложить для гаджетов следующего поколения.

Прежде чем рассмотреть отличия этих процессоров, начнём с двух общих черт. Все четыре производятся по ультрасовременному техпроцессу 5 нм EUV. Новые производственные технологии на заводах Samsung и TSMC позволяют использовать транзисторы меньшего размера, что приводит к увеличению плотности и повышению энергоэффективности. Это расширяет возможности чипов, их производительность и продолжительность автономной работы.

Другая общая черта заключается в использовании интегрированных модемов 5G. За исключением Apple A14 Bionic, флагманские смартфоны 2021 года получат встроенный модем 5G на том же чипе, что и другие компоненты. Интеграция повышает производительность и энергоэффективность, уменьшая площадь чипа. Все четыре набора микросхем поддерживают сети Sub-6GHz и mmWave 5G. Однако есть и другие отличия в функциональности. Вместе с переходом на 5 нм смартфоны следующего поколения станут дольше работать без розетки и у них вырастет вычислительная мощь.

Теперь давайте проведём сравнение этих четырёх флагманских процессоров.

Чего ожидать от производительности чипов нового поколения

В первую очередь необходимо сравнить центральные процессоры в Exynos 2100 и Snapdragon 888. Samsung и Qualcomm являются участниками программы ARM CXC, что открывает им доступ к мощному ядру Cortex-X1. Оба набора микросхем используют три больших ядра Cortex-A78 и четыре маленьких Cortex-A55.

Samsung агрессивнее повышает тактовую частоту ядер. Это может давать небольшое преимущество в производительности популярных приложений. При этом важны не только тактовые частоты, но и слабые места ядра и системного кэша, которые тоже влияют на производительность. Несмотря на это, с уходом ядер Mongoose от Samsung можно рассчитывать на уменьшение отставания в производительности и энергоэффективности Exynos от Snapdragon. Тесты показывают, что Cortex-X1 мощнее, чем ядро Samsung M5 последнего поколения.

Что касается Huawei Kirin, более старые ядра процессоров Cortex-A77 имеют ещё более высокую пиковую тактовую частоту. Отчасти это компенсирует отставание в производительности последнего поколения. Хотя Cortex-X1 является более мощным ядром для однопоточных сценариев, ядра процессоров Firestorm от Apple по-прежнему лидируют в одноядерных тестах. Зато конкуренты сокращают отставание в многопоточных нагрузках, как было и на процессорах предыдущего поколения

Если говорить о графической производительности, компании делают амбициозные заявления. Samsung заявляет, что благодаря 14-ядерному ARM Mali-G78 в Exynos 2100 графический процессор стал производительнее на 40% по сравнению с прошлогодним 11-ядерным Mali-G77. При этом размер здесь всё равно намного меньше, чем у огромного 24-ядерного Mali-G78 в Kirin 9000. Правда, производительность не растёт линейно вместе с количеством ядер графического процессора Mali. Не стоит рассчитывать, что Kirin 9000 приблизится к удвоению графической производительности Exynos 2100. Huawei утверждает, что её графический процессор увеличил производительность на 52% по сравнению с Qualcomm Snapdragon 865 Plus 2020 года в тесте GFXBench. Не во всех тестах это заметно.

Qualcomm обещает улучшение графической производительности на 35% при переходе от Snapdragon 865 к 888. Теоретически это должно позволить опередить Exynos 2100 и Kirin 9000 по производительности в играх. Однако, поскольку Samsung ликвидировано большое отставание своих процессоров от Snapdragon, покупатели смартфонов получают больший выбор.

Apple A14 Bionic получил наименьшее улучшение графики. Производительность выросла примерно на 8% по сравнению с прошлогодним чипом A13. Правда, Apple лидировала с большим запасом, поэтому продолжает лидировать и сейчас. Независимо от того, на каком процессоре будет работать ваш следующий смартфон, производительность в играх на Android станет значительно выше по сравнению со смартфонами 2020 года.

Результаты бенчмарков

Как эти теоретические усовершенствования проявляются в реальном мире? Для ответа на этот вопрос нужно провести тестирования.

Сравнивались Apple A14 и A13, Qualcomm Snapdragon 888 и 865 Plus, Exynos 2100 и 990, Kirin 9000 и 900. Таким образом можно отслеживать прирост производительности от поколения к поколению для разных производителей.

Распространённые бенчмарки подтверждают распределение процессоров на основе их характеристик. A14 Bionic лидирует по производительности в одноядерных нагрузках, за ним следуют Snapdragon 888 и Exynos 2100 на Cortex-X1. AnTuTu показывает подъём Kirin 9000, 3DMark показывает отставание чипа Huawei по графической производительности. Мощные смартфоны на Snapdragon 865 Plus предыдущего поколения, такие как Asus ROG 3, остаются конкурентоспособными на уровне флагманских смартфонов 2021 года.
Для более подробного изучения производительности системы использовался также тест Speed Test GX. Результаты во многом повторяют показатели остальных тестов. С небольшим преимуществом лидирует Apple, за ним идёт Snapdragon, затем Samsung и Huawei.

Таким образом, Snapdragon 888 не совсем оправдал высокие ожидания по производительности, которую обещала Qualcomm, но разница небольшая. Похоже, что улучшения графической производительности по сравнению с Snapdragon 865 Plus невелики. Это не мешает Snapdragon 888 быть самым быстрым процессором на Android и лишь немного отставать от Apple A14.

В этом поколении наблюдается заметный прирост производительности центрального процессора, независимо от производителя. Такой упорной борьбы не было уже много лет.

Другие тенденции

В наши дни на производительность приходится лишь часть успеха мобильных систем на чипе. Набор качественных микросхем также поддерживает ИИ, фотографирование, мультимедиа, сеть и другие важные аспекты смартфонов.

Без глубокого изучения архитектуры каждой системы невозможно уверенно говорить о производительности ИИ на основании триллионов операций в секунду (TOPS). Что это за операции? И всё же, можно использовать имеющиеся цифры, чтобы получить приблизительное представление о производительности процессоров нового поколения.

Apple A14 может похвастаться производительностью ИИ 11 TOPS, что на 83% больше, чем 6 TOPS в A13. Exynos 2100 имеет новый трёхъядерный NPU, способный выдавать 26 TOPS вместо 15 TOPS в Exynos 990. Snapdragon 888 может похвастаться таким же значением 26 TOPS, что на 73% превосходит 15 TOPS в Snapdragon 865. Huawei заявляет о 2,4-кратном преимуществе по производительности ИИ с помощью своего NPU по сравнению с Snapdragon 865.

В общем, все производители говорят о приросте скорости. Это значит, что всё более требовательные приложения с ИИ могут работать быстрее прежнего. Если приложения используют правильные API-интерфейсы для каждой платформы.

Более заметные изменения произошли в работе камер и мультимедиа.

Exynos 2100 лидирует благодаря поддержке нового процессора обработки изображений для камер с разрешением 200 Мп. Или процессор может обрабатывать потоки с четырёх камер одновременно. Snapdragon 888 тоже поддерживает одиночные камеры с разрешением 200 Мп или до трёх камер 24 Мп одновременно. Samsung и Qualcomm предлагают запись видео со скоростью до 8K 30 кадров/с, но только у Samsung поддерживается воспроизведение видео в формате 8K со скоростью 60 кадров/с. Qualcomm довольствуется 8K при 30 кадрах/с. Будем ждать появления подобных смартфонов.

К сожалению, отсутствует аналогичная информация про A14 Bionic и Kirin 9000. Поскольку эти чипы используются в устройствах только этих же производителей, нужно сравнивать их. Пока можно сказать только, что они тесно интегрируют съёмку фотографий и алгоритмы искусственного интеллекта для создания более качественных изображений.

Huawei объединяет возможности ISP и NPU в линейке смартфонов Mate 40 для цветового баланса своего датчика изображения RYYB, предлагает цифровую стабилизацию изображения и поддерживает другие возможности своего пакета XD Fusion. Сюда входят улучшения портретной съёмки, многокадровый HDR и размытие Боке 4K в реальном времени. Усовершенствования «глубокого слияния» в iPhone 12 подходят для портретной съёмки при слабом освещении, наложения кадров HDR и улучшения программного масштабирования.

У Samsung тоже есть свой набор хитростей. Многокамерный и кадровый процессор Exynos 2100 (MCFP) принимает данные с четырёх камер для улучшения зума и широкоугольной съёмки. Комбинация ISP и AI также обеспечивает распознавание и улучшение сцен, лиц и объектов. Qualcomm приносит аналогичные функции в Snapdragon 888. Это включает в себя автофокусировку с ИИ, автоэкспозицию и баланс белого, а также возможность запускать обнаружение объектов и сегментацию непосредственно на ISP для видео 4K. Пока неизвестно, сколько смартфонов на Snapdragon 888 будут использовать эти функции.

Конечно, процессоры отвечают за фотографирование только частично. Не менее важны объективы и сенсоры. В 2021 году появятся более умные и мощные камеры для смартфонов с более длинным списком функций. Таким образом, среди смартфонов будет предлагаться более широкий спектр возможностей и настроек. Производители должны выбрать, какие функции процессоров задействовать, начиная от качества видео 8K, объединения изображений с нескольких камер и расширения возможностей искусственного интеллекта. 2021 год станет очередным захватывающим годом для мобильной фотографии.

Чего ожидать от мобильных процессоров 2021 года

5 нм и 5G - главные темы для разговоров о процессорах 2021 года. Более эффективные чипы на техпроцессе 5 нм меньшего размера позволяют добиться заметного прироста производительности. Хотя на бумаге главное преимущество получают игры, смартфоны на Android выиграют в первую очередь от повышения одноядерной производительности процессоров. При этом чипы с большей плотностью расположения элементов предлагают большую мощь функций искусственного интеллекта, обработки изображений и работы в сети. Все четыре SoC обеспечат хорошую общую производительность и при работе с требовательными приложениями.

Если брать смартфон надолго и ждать распространения сетей 5G, все четыре процессора позволят подключаться к этим сетям в будущем. Нужно отметить, что модем Snapdragon X60 внутри Snapdragon 888 обеспечивает 5G Voice-over-NR (VoNR). Он также имеет улучшенную агрегацию несущих на частотах ниже 6 ГГц и в миллиметровых волнах. То же самое относится к Exynos 2100, но этой технологии нет в модеме Snapdragon X55 в Apple A14 Bionic. Опять же, многие возможности 5G будут зависеть от конкретных смартфонов, а не только от их процессоров.

Apple и Huawei получают преимущество за счёт тесной взаимосвязи между командами разработчиков смартфонов и процессоров. Они могут максимально раскрыть потенциал своих чипов. В какой-то степени это относится и к Samsung, хотя в своих смартфонах Galaxy она старается использовать как чипы Exynos, так и Snapdragon. Qualcomm помогает партнёрам внедрять свои процессоры, но она не может заставить их использовать каждую доступную функцию. Всё зависит от желания и возможностей разработчиков смартфонов.

Благодаря этим процессорам флагманского уровня 2021 год должен стать ещё одним удачным годом для смартфонов. Особенно для геймеров и мультимедиа. Ещё неизвестно, приведут ли эти новые процессоры и их функциональность к повышению стоимости смартфонов, или же переход на интегрированные компоненты снизит цены. Пример iPhone 12 указывает на значительное повышение стоимости при переходе с 7 нм на 5 нм. С другой стороны, Samsung выпустила свою самую дешёвую серию Galaxy S21 за последние годы.

Остаётся ждать начала продаж как можно большего числа смартфонов, прежде чем можно будет сделать выводы о направление рынка флагманских аппаратов в нынешнем году.