Завершение еще одного года приближает нас к следующему поколению в возможностях обработки данных смартфонов, выводя новые и лучшие смартфоны на новый уровень. Следующие несколько месяцев станут одним из самых захватывающих периодов в разработке мобильных чипов за последние несколько лет. Мы уже знаем, что предлагают Google Tensor G3, ориентированный на искусственный интеллект , и мощный процессор Apple A17 Pro, но в сегодняшнем обсуждении мое внимание привлекли более необычные конструкции многоядерных процессоров в новых Snapdragon 8 Gen 3 и Dimensity 9300.
Прошло более десяти лет с тех пор, как компания Arm дебютировала с big.LITTLE, сочетая энергоэффективные небольшие ядра ЦП с более крупными и мощными ядрами в одном кластере. В современную эпоху Arm DynamIQ легко принять эту разработку как должное, которая позволяет смешивать и сопоставлять большее количество и разнообразие ядер. Первоначальной целью было сбалансировать энергоэффективность и максимальную производительность. Однако первый пункт кажется менее актуальным с новейшими ядрами процессора, если судить по Qualcomm Snapdragon 8 Gen 3 и MediaTek Dimensity 9300 .
8 Gen 3 — это установка средней мощности с одним мощным ядром Arm Cortex-X4 , пятью ядрами A720 (разделенными на два тактовых домена) и всего двумя маленькими ядрами A520. Маленькие ядра в Snapdaragon пошли по нисходящей траектории; у 8 Gen 1 их было четыре, а у 8 Gen 2 — три. MediaTek Dimensity 9300 полностью отказывается от небольших ядер и повышает ставку с четырьмя Cortex-X4 в паре с четырьмя A720. Опять же, есть один процессор X4 с высокой тактовой частотой для однопоточной производительности, но интенсивное использование низкочастотных, но широких и мощных ядер ЦП является гораздо более интересной особенностью конструкции.
Snapdragon увеличился с четырех до трех, а теперь и двух маленьких ядер в последних трех поколениях, заменив их ядрами среднего уровня.
Несмотря на различия, оба SoC намекают на то, что основная часть ваших рабочих нагрузок будет выполняться в этих средних группах процессорных ядер. Мощные ядра помогают справляться с пакетными и тяжелыми однопоточными нагрузками, но поднять тактовую частоту в тепловых пределах смартфона непросто, и слишком много огромных ядер будут использоваться недостаточно. С другой стороны, похоже, что потребность в ядрах с низким энергопотреблением, как в предыдущие годы, уже не так велика (Qualcomm, возможно, менее убеждена в этом, чем MediaTek). Вместо этого новейшие средние ядра Arm, похоже, хорошо масштабируются для различных рабочих нагрузок, быстро переходят в режим сна для задач с низким энергопотреблением и обеспечивают тактовую частоту для современных многопоточных рабочих нагрузок и игр.
Взгляд на слайд «Мощность/производительность» Arm из презентации 2023 года помогает продемонстрировать, насколько масштабируемым является A720. Это также указывает на то, насколько мощнее X4, если вам это нужно, но помните, что X4 может масштабироваться для приложений ПК, поэтому пиковая мощность не реализуется в форм-факторе смартфона. A520, хотя и явно эффективен, не охватывает столь широкий диапазон производительности. Учитывая значительные улучшения энергопотребления, обнаруженные в последних более крупных ядрах, и постоянный рост эффективности производства, некоторые производители чипсетов явно считают малые ядра менее важными.
Отрывок из пьесы Apple
Вы когда-нибудь заглядывали в секретный сад Apple? Если да, то наверняка заметили их уникальный подход к дизайну процессоров. В iPhone Bionic и последнем чипе A17 Pro используется довольно привычная схема с большими и малыми ядрами. Но вот интересно: малые ядра Apple оказались более мощными, чем их предшественники из серии Arm Cortex-A7. Архитектура Apple предлагает два сильных ядра для тяжёлых задач и четыре средних — для фоновых операций, многопоточных задач и игр.
Вот этот A17 Pro – он как раз отражает всё это. Его 3-нм технология позволяет двум большим ядрам достигать скорости 3,78 ГГц, а четыре малых работают на скромной частоте 2,11 ГГц. MediaTek тоже держится за этот подход с их A720 на 2,0 ГГц для экономичных задач. Qualcomm же идёт своим путём: их средние ядра на 3,2 ГГц, плюс есть маленькие A520 для особо энергоэффективных ситуаций.
Кстати, с улучшением производства и эффективности процессоров Arm, спрос на маленькие ядра уменьшается.
И вот интересный момент о Qualcomm: они, кажется, решили, что малым ядрам в Snapdragon 8 Gen 4, который выйдет в 2024 году, не место. Слухи говорят о двух больших ядрах Phoenix и шести меньших Phoenix M. Возвращение Qualcomm к специализированным Arm процессорам, похоже, даст им больше свободы в настройке производительности, как у Apple. Возможно, у Qualcomm пока нет разработанных трёхуровневых ядер.
С учётом этого, ещё неясно, как будут выглядеть будущие ядра Qualcomm. Но, судя по трендам, шесть средних ядер в 8 Gen 4 могут быть скорее нацелены на среднюю производительность, а не на супернизкое потребление энергии. Это может сделать их конкурентоспособными с Apple и Arm Cortex. Если так, то 8 Gen 4 вполне может стать похожим на Apple, но с большим количеством ядер, что может обеспечить Qualcomm преимущество в многоядерной производительности.
Итак, давайте разберемся: почему рынок Android SoC сейчас так шатается и насколько это важно для наших смартфонов?
Начнем с основ. Видимо, всё дело в увеличивающейся эффективности ядер ЦП от Arm и уменьшающихся размерах производственных процессов. Это значит, что маленькие, энергосберегающие ядра уже не так нужны, как раньше, ведь они в основном занимались фоновыми задачами. Вот, например, MediaTek утверждает, что их новый дизайн экономит на 10-15% энергии по сравнению с предшественниками, благодаря более быстрому переходу в режим сна.
Теперь о рабочих нагрузках. Последние несколько лет инженеры Arm убеждают нас в важности среднего ядра. Да, большие ядра классно загружают приложения, но для прокрутки Вконтакте или ответа на сообщения нужен иной баланс между скоростью и эффективностью. В итоге, большая часть наших ежедневных задач на смартфоне находится где-то между максимальной и минимальной нагрузкой. Даже современные игры чаще всего работают на средних ядрах. Так что процессоры типа 8 Gen 3, A17 Pro и Dimensity 9300 просто оптимизированы под наиболее частые задачи.
И всё же, новые требования к использованию устройств всё равно требуют от наших телефонов больше мощности.
Для нас, пользователей, эти изменения означают улучшение производительности без потерь в автономности батареи. Наши смартфоны сегодня и так мощные, но будущее требует ещё большего. Взять хотя бы искусственный интеллект: запускать модели ИИ на устройстве не так уж и просто. Это требует дополнительной памяти и вычислительной мощности. Qualcomm, Google и другие компании стараются улучшить свои NPU, чтобы увеличить мощность обработки данных. А что насчет игр AAA? Они требуют лучшей графики и мощных, но эффективных ядер для обработки физики, логики и работы графического процессора. Apple подняла планку, выпустив консольные игры на iPhone 15 Pro, и, конечно, Android не захочет отставать.
В итоге, хороший процессор – это то, что объединяет все эти возможности. С ростом требований к производительности и ограничениям по времени работы от батареи и тепловым характеристикам, неудивительно, что сбалансированное среднее ядро играет всё большую роль в разработке современных SoC для смартфонов.