Кто есть кто в процессорах для смартфонов

Производителей умных телефонов сегодня бесконечное количество, а вот создателей процессоров гораздо меньше. Даже гики часто утомляются следить, кто и в каких количествах нынче «штампует ядра» для новых мобильников, поэтому для начала вспомним всех, кто «в главных ролях»:

• Apple — создаёт хорошие (это признают даже ненавистники iOS) процессоры для iPhone и iPad по своим собственным рецептам, никому их не продаёт. Но отличий от среднестатистического процессора для Android-смартфона и без того слишком много, чтобы кто-то попытался скрестить «железо» для Айфона с «мозгами» Андроида.

• Qualcomm — один из старейших и самых уважаемых производителей процессоров для смартфонов и планшетов. Поставляет начинку в мобильники с «лохматых» времён (угадайте-ка, какие процессоры использовались в кнопочных мобильниках Siemens и BenQ-Siemens?), в эпоху становления Android поначалу был одним из многих поставщиков для Samsung/HTC/LG/Sony и др., но вовремя смекнул, что конкурентов нужно «мочить в сортире», потому что потом это окупится.

План сработал — Qualcomm достал из одного кармана (в который платят сотовые операторы за оборудование для вышек) бешеное количество денег, а потом вложил всё это в процессоры. Прыгнул по качеству исполнения на недосягаемые в начале 2010-х высоты для конкурентов, после чего Broadcom, Intel, Marvell, NVIDIA и Texas Instruments постепенно «утонули» и исчезли из поля зрения, а Qualcomm начал отбивать затраты и «грести деньги лопатами», потому что поначалу альтернатив не было. Периодически ленится и почивает на лаврах, пока

• MediaTek — главная надежда и опора всего «китайпрома», производитель самых дешёвых процессоров для смартфонов. Постепенно «выехал» из совсем уж подвального качества изготовления на среднее, и частично отмылся от репутации «если в смартфоне стоит MediaTek, вся начинка смартфона — хлам несусветный». Несколько раз тужился и пытался выпускать процессоры для флагманских смартфонов, но не получалось. В итоге кормится с того, что выпускает чуть более горячие и прожорливые, но и более дешёвые (в сравнении с Qualcomm) процессоры для смартфонов стоимостью 5-30 тысяч рублей.

• Spreadtrum — MediaTek «курильщика». Торгует с максимально нищими производителями смартфонов, ради бюджетов которых брезгуют пошевелить пальцем все остальные конкуренты. Качество процессоров соответствующее. Количество глюков в прошивке — обхохочешься. Но покупателей «Смартфон андроид четыре ядра 4g большой сенсорный экран, две SIM, 3 тысячи рублей» на Aliexpress это не останавливает.

• Samsung — самый жадный и хитрый производитель среди всей честной компании создателей процессоров. По заветам Ильича решил «захватить почту и телеграф», то есть, в случае со смартфонами, создавать процессоры, экраны и камеры самостоятельно, и покупать их на стороне, только если антимонопольное законодательство заставит (а вы думали, откуда берутся Galaxy S9 на процессорах Qualcomm Snapdragon?), или если Qualcomm/MediaTek получится «прогнуть» под закупочную цену процессоров до уровня Spreadtrum.

Свои собственные процессоры Samsung Exynos создаёт по принципу «ешь, что дают» для бюджетных моделей и «покажем Квалкому Кузькину мать!» во флагманских смартфонах. И ведь действительно показывают, время от времени, но чаще всего недорабатывают в мелочах и сохраняют репутацию «вечно вторых» по уровню исполнения процессоров для Android. А теперь, возможно, даже третьих, потому что…

• Huawei — ещё одни «мастера импортозамещения» наравне с Samsung, только теперь уже из Китая. Начинали конструировать процессоры Kirin себе в убыток, когда оказалось, что Qualcomm неохотно торгуется с «какими-то там китайцами» в сравнении с Samsung или LG/Sony. Продолжили выпускать процессоры, когда продажи смартфонов «полетели», уже по самсунговским соображениям — чтобы все деньги шли в один карман, а цена и стабильность работы смартфонов Huawei не зависела от посторонней корпорации. А чуть позже собственные процессоры стали гарантией, что США не смогут сказать «вы будете делать, как мы скажем, или вот вам санкции!», как это было с ZTE.

Ни один из «придворных» производителей не проделал такой путь из боли и превозмогания, как HiSilicon. Первые массовые Kirin в смартфонах и планшетах (K3V2E, 910, 920) в 2012-2014 гг. были медлительны, прожорливы и бестолковы настолько, что энтузиасты вздыхали и причитали «лучше бы MediaTek установили». В 2015 году, когда Qualcomm внезапно всех подвёл, Kirin 930 внезапно стали вторыми по крутизне процессорами в мире после сверхудачного Exynos 7420 в более дорогих Samsung.

После этого китайцы окончательно уверовали в себя и правильность своего пути, начали вкладывать в разработку процессоров гораздо больше средств и стабильно входили в тройку/двойку (смотря по каким критериям оценивать Samsung Exynos) самых крутых производителей процессоров для мобильников. И вот теперь, в конце 2018 года, появился чип, который претендует на первое место по сумме всех своих качеств. Об отдельных характеристиках мы говорим позже, а сначала изучим в процессоре... процессор.

Kirin 980 против всех

Техпроцесс или «высокая культура быта производства»

Чтобы не углубляться в термины совсем глубоко, просто помните: чем меньше цифра техпроцесса — тем меньше нагрев и энергопотребление, если мы изучаем процессоры с одинаковыми ядрами. Или, если речь идёт о новых ядрах, «выше потолок», до которого можно эти ядра раскочегарить на одном и том же тесном пространстве внутри корпуса мобильника. Поэтому 8 ядер Cortex-A53 2 ГГц на старом техпроцессе 28 нм в MediaTek Helio P10 медленнее, чем эти же 8 ядер Cortex-A53 2 ГГц на новом техпроцессе у Snapdragon 625.

Внедрение каждого нового техпроцесса на процессорных фабриках — долгий и болезненный процесс, но «подковать блоху» по-новому каждые 1-2 года всё же приходится. В итоге Huawei принес в жертву Kirin 970 на новый техпроцесс, чтобы Kirin 980 «отомстил за брата» и опередил всех конкурентов:

Qualcomm:

2016 год — Snapdragon 835 (Q3 2016), 10 нм

2017 год — Snapdragon 845 (Q4 2017), 10 нм

Samsung:

2017 год — Exynos 8895 (Q2 2017), 10 нм

2018 год — Exynos 9810 (Q1 2018), 10 нм

Huawei:

2017 год — Kirin 970 (Q4 2017), 10 нм

2018 год — Kirin 980 (Q4 2018), 7 нм.

Кто переделывает процессоры под себя, а кто использует готовые? И почему?

Новое железо для смартфонов появляется далеко не с чистого листа — все ныне существующие производители процессоров для Android-мобильников стали клиентами британской компании ARM. Это такой ГОСТ, Windows и «Газпром» одном лице — можно пытаться жить в частном порядке и без него, но это часто обходится невыгодно, а ещё есть риск, что ты невзначай тронешь не принадлежащие тебе ресурсы.

Так вот — производители смартфонов платят ARM за лицензирование процессорной и графической составляющей новых поколений, после чего британцы рассылают всем товарищам выше по списку документацию на ядра Cortex и игровую графику Mali. После этого у получателей есть выбор — сколько ядер использовать в процессоре, сколько мегагерц выдавать каждому из них, сколько ядер выдать графике. Или пойти в «гараж с напильником» и при помощи своих собственных программистов переделать ядра на свой лад.

Apple всегда «колхозит» что-то совершенно не похожее на изначальные ядра ARM для отдельно стоящей iOS, поговорим о них в другой раз.

MediaTek и Spreadtrum переделками не увлекаются (дорогое удовольствие, да ещё есть риск сделать хуже, чем было), а вот Qualcomm всегда перелопачивал стандартные процессорные ядра, делал их чуть быстрее и экономичнее, а потом переименовывал из Cortex в Krait или Kryo. Практически всегда получается удачно, поэтому у энтузиастов всего мира складывается впечатления, будто Qualcomm создаёт особенные ядра «ручной работы», аналогов которым нет.

Samsung до недавнего времени участия в этой гонке не принимал, но восторги в адрес Qualcomm задевают корейское самолюбие, поэтому с выходом процессора Exynos 8890 (Galaxy S7) эти ребята тоже ввязались в соревнование «наше кунг-фу круче вашего!».

Huawei поначалу не дорабатывал процессорную часть вовсе и использовал готовые ядра ARM (до 2017 года), а вот в Kirin 980 первым из всех конкурентов перешёл на мощные ядра нового поколения.

Китайцы долго запрягают, но быстро едут

Об эволюции процессорных ядер в смартфонах достаточно помнить следующее: типичный флагманский процессор включает в себя блок из четырёх экономичных ядер и четырёх мощных ядер. Первые работают при низкой нагрузке, вторые включаются, когда от смартфона нужно требуется работать «на все деньги».

В Android-смартфонах есть три вида экономичных ядер :

Cortex-A7 — древний, образца 2011 года, в флагманах больше не встречается

Cortex-A53 — самые «попсовые» экономичные ядра, вышли в свет в конце 2013 года, но по сей день составляют основу большинства бюджетных, и «половинку» некоторых флагманских процессоров.

Cortex-A55 — новейшие экономичные ядра. Анонсированы в мае 2017 года, на 15% экономичнее и на 20-30% быстрее, чем Cortex-A53.

И три вида производительных ядер :

Cortex-A72 — очень быстрые, очень прожорливые, очень горячие ядра образца 2015 года. Появились в «межсезонье», когда часть производителей (Samsung, Qualcomm) предпочитала старые Cortex-A57, в упрощённом исполнении сделали «суперзвездой» бюджетный Xiaomi Redmi Note 3 Pro, в флагманском варианте стали удачной (хоть и ненасытной) основной прорывных Huawei P9 и Honor 8.

Cortex-A73 — чуть улучшенный вариант A72 с меньшим уровнем нагрева и небольшим приростом производительности + возможностью работать с новой графикой Mali G71, а не «тухлятиной» T880. Основа всех самсунговских процессорных экспериментов и просто самый популярный тип ядер в флагманских процессорах последних лет.

Cortex-A75 — первые ядра, которые можно подключать не блоком по 4 штуки, а в любых количествах и любых комбинациях даже с маломощными и другими архитектурно Cortex-A55. В повседневных задачах (интернет, запуск приложений и переключение между ними, открытие документов или установка приложений) слабо отличаются от Cortex-A73, зато отлично «выдрессированы» на совместную работу с камерой, «фотошоп» или распознавание речи. Словом, на работу с искусственным интеллектом. В случае с Snapdragon 845 могли ощущаться революцией, но ирония заключается в том, что ядра A73 в Snapdragon 835 были слишком улучшены, чтобы разница с 845 бросалась в глаза.

Samsung Mongoose M2 —Samsung запрыгнул в уходящий поезд и попытался тюнинговать старый Cortex-A72 на новый лад в эпоху Cortex-A73. Получилось не очень, потому что, хоть M2 и был быстрее, чем ядра Snapdragon 835 и Kirin 960 в работе с офисными документами, автофокусом камеры и скорости сохранения страниц, в интернет-браузерах и по скорости установки/запуска приложений Exynos 8895 уже на архитектурном уровне был позади. Поэтому Galaxy S8 кажется таким «тормозным», хотя он ещё далеко не архаичный смартфон. Samsung в доработке процессорных ядер был не опытен и повёл себя, как новичок в тренажёрном зале — «качал» не те мышцы.

Корейцы стиснули зубы и год спустя выпустили процессор с ядрами M3 Meerkat. Если с маломощными ядрами никаких новостей не ожидалось с самого начала, то блок из четырёх M3 — самый огромный 4-головый блок «мощных» ядер среди всех процессоров для Android-смартфонов! Даже круче, чем процессор в iPhone, у которого из шести ядер только два настолько же большие и мощные. Самсунг даже впихнул менее мощную игровую графику, чтобы оставить больше места для процессорных ядер на микросхеме.

Но эти титанические ядра… не могут работать в полную мощность на своих заявленных 2.7 ГГц при полной нагрузке! Маркетинговые 2.7 ГГц может выдать только одно нагруженное ядро M3! Как только нагрузка становится более-менее серьёзной и подключается второе ядро, быстродействие падает до 2.3 ГГц. Три-четыре ядра — до 1.79 ГГц. А если не давать Exynos 9810 «просохнуть» и заставлять работать в пределе (зимой, например, когда смартфон не может перегреться), процессор потребляет, в среднем, на 30% больше энергии, чем Snapdragon 845. При полной нагрузке разогревается и сбавляет мощность ещё раньше. В общем, даже «голые» ядра Cortex-A75 оказываются гораздо лучше по соотношению быстродействия, стабильности и прожорливости в повседневном режиме.

Как вы могли заметить из таблицы, до недавнего времени китайцы не уделяли ядрам процессора особого внимания, и даже не гнались за новым типом ядер, а выбирали полугодовалые, но проверенные по стабильности работы.

А теперь взгляните на Kirin 980 и узрите в нём… Новейшие ядра Cortex-A76! В которых производительность на равной с A75 (читайте: блоком ядер в Snapdragon 845) выше на 30-35% при одинаковой частоте, а энергопотребление при максимальной нагрузке ниже на 40%! Это по данным ARM, которые лицензируют новый тип ядер всем желающим. По внутренним замерам Huawei, новый Kirin 980 быстрее, чем Snapdragon 845, на 37% и экономичнее на 32%. С учётом того, что китайский процессор получил не просто новые ядра, но и переехал на более экономичные 7 нм, цифры примерно соответствуют реальному положению вещей.

Но вот попытки Huawei приписать себе «открытие» новой архитектуры с тремя (а не двумя, как было ранее) блоками ядер — это лукавство. Сама по себе архитектура ARM DynamiQ поставляется «под ключ» всем, кто лицензирует ядра Cortex-A75 и A55, просто Qualcomm было лень «менять коней на переправе», раз уж старый восьмиядерный подход работает без проблем.

Новый принцип работы процессорных ядер

Но Huawei не пустили алгоритмы работы нового процесса на самотёк, а сделали всё «по фен-шую»:

Четыре экономичных ядра работают в режиме просмотра видео, прослушивания музыки, чтения или телефонных функций.

Второй блок из двух мощных ядер на пониженных (чтобы не разряжать аккумулятор сверх необходимости) приходят на подмогу во время работы с камерой или в работе с нетребовательными к «железу» смартфона играми.

Третий блок из двух максимально «раскочегаренных» ядер подключается, когда вы запускаете игры с самой крутой графикой, «фотошопите» картинки или редактируете видеозаписи, либо просто постоянно и хаотично переключаетесь между музыкой, веб-сайтами, мессенджерами, навигатором и камерой, (типичный турист в пути), или что-то из этого + игры.

В том, что одни ядра подключаются на помощь к другим, нет ничего нового. Нет новизны даже в том, что Android умеет подключать линейно от одного до восьми ядер наподобие того, как если бы в одну трубу открывали 8 вентилей с водой. Так работал ещё, не к ночи будь помянут, MediaTek MT6592 в 2013 году.

Новость заключается в том, что раньше одновременно могли работать только одинаковые ядра. И включить 5 или 6 ядер из восьми можно было, только если это были одинаковые Cortex-A7 или Cortex-A53. Либо довольствоваться отдельно работающими блоками по 4 ядра, как в таблице выше.

А теперь появилась возможность включить любое количество абсолютно разных ядер с разными частотами в любой комбинации. Навесить воспроизведение музыки на одно маломощное ядро, фоновую работу мессенджеров — на другое, а одно мощное ядро подключить, когда вы включите GPS-навигацию. Или менять количество активных мощных (и прожорливых) ядер в зависимости от того, фото или видео вы снимаете на камеру.

Мелочь? Да, но из таких мелочей складывается серьёзная экономия аккумулятора, а смартфон при этом не нагревается от пустяковых, казалось бы, задач, как это происходит сейчас, когда процессор запускает всю «тяжёлую артиллерию» одним махом.

Будет ли процессор успевать включать и выключать нужное количество ядер своевременно? Huawei обещают, что да — для этого, поверх стандартных алгоритмов работы ядер из комплекта ARM китайцы написали алгоритм на базе искусственного интеллекта. Чтобы смартфон дёргал ядра не наобум и не «постфактум», а примерно представлял и предсказывал, что сейчас происходит с процессором.

Например, играете вы в оффлайн-игру, а потом вам приходит сообщение из мессенджера. Обычный сценарий — вы нажимаете на уведомление, смартфон всё ещё в «горячке» от использования всех ядер в игре переключается на текст. Пока вы пишете, до смартфона постепенно доходит, что играть вы в ближайшее время не будет, и спустя некоторое время он отключает мощные ядра. А до этого кушает заряд аккумулятора.

Huawei обещает, что Kirin 980 примет к сведению, что вам прислали уведомление ещё до того, как вы решите переключиться. Сразу же после нажатия на уведомления «притормозит» расход энергии, а после того, как вы выберете «список открытых приложений», подготовит мощные ядра снова, чтобы игра запустилась с «паузы» моментально.

И так будет во многих других повседневных случаях, когда машина изучит ваши привычки и будет подсовывать системе ресурсы так же ловко, как лакеи подавали одежду и еду дворянам.

Правда, пока не совсем понятно, как Huawei определит, что «вот этому вот» приложению, которое раньше использовало блок из четырёх мощных ядер, теперь хватит двух средних по мощности и парочки маломощных. Huawei, конечно, убеждает, мол, «всё будет путём, мы предусмотрели гибкое распределение ресурсов в процессоре», но хорошо бы проверить это на практике.

Короче говоря: в процессорном плане звёзды сошлись удачно, по крутизне «станков», на которых изготавливают Kirin 980, и сочетанию процессорных ядер, ничего лучше в 2018 ещё не выходило. Snapdragon 845 технически хорош, но отстаёт по техпроцессу и новизне ядер, а в Exynos 8910 Самсунг сделал сверхмощные ядра и перестарался, потому что они получились слишком прожорливыми и горячими, из-за чего почти всегда работают не в полную мощность. Если вас интересует процессор в значении «процессор» (ядра-молотилки приложений) — он в Kirin 980 по состоянию на осень 2018 года лучший.

Да только вот процессор — это только часть системы на чипе в современном смартфоне. То, что мы называем процессором, в мобильниках включает себя Wi-Fi/Bluetooth/модуль сотовой связи, игровую графику и многое другое. Далеко не в каждой из этих дисциплин у Kirin 980 всё «шоколадно», но для того, чтобы вас не постигла передозировка «железными» терминами смартфонов, мы поговорим об этом во второй части статьи.

Часть 2: Kirin 980 в играх, автономность, скорость 4G и Wi-Fi, работа с камерой