Самые мощные процессоры для смартфонов: 5 лучших процессоров для смартфонов

На техническом саммите Tech Summit 2018, который второй год проходит на одном из Гавайских островов, компания Qualcomm собрала более 300 журналистов, представив свои главные продукты на весь следующий год — пару топовых процессоров для смартфонов и легких ноутбуков, а также новую 5G-платформу. Компания вот уже несколько десятков лет занимается высокотехнологичными разработками, в том числе однокристальными системами Snapdragon — более 10 лет. Бо́льшая часть топовых смартфонов этого года основана на Snapdragon 845, практически все производители флагманских смартфонов используют решения Qualcomm в своих устройствах, и эта тенденция продолжится и далее, многие компании уже объявили об использовании следующей модели Snapdragon в своих грядущих флагманах.

Кроме этого, некоторое распространение специализированные чипы Snapdragon получили и в легких ноутбуках Always On, Always Connected — моделях ультрапортативных ПК на основе операционной системы Windows 10, отличающихся компактностью, легкостью, длительным временем автономной работы и встроенным LTE-модемом. Несколько лет назад компания Qualcomm начала сотрудничать с Microsoft, чтобы оптимизировать привычную Windows для процессоров Snapdragon, перекомпилировав основу ОС под ARM-архитектуру и используя эмуляцию при исполнении стороннего x86-кода. Не все сразу сработало хорошо, но Qualcomm продолжает гнуть свою линию, выпуская все новые и новые SoC для ноутбуков. Не забываем и про анонсированный ранее 5G-модем модели Snapdragon X50, новые устройства на основе которого ожидаются в следующем году.

Рынки для всех указанных выше устройств имеют громадный объем в несколько миллиардов долларов, и во всех них есть отличная возможность для усиления позиций компании Qualcomm, так как она является одним из лидеров этих рынков и не собирается упускать имеющуюся у них долю, а наоборот — стремится нарастить ее. И распространение мобильных сетей пятого поколения, в разработке технологий которых компания является одним из технологических лидеров, может серьезно помочь в этом деле.

Но не только поддержкой грядущих 5G-сетей привлекательны решения этой компании. Процессоры Snapdragon отличаются высокой производительностью и богатыми возможностями, при этом энергоэффективность их однокристальных систем остается одной из самых высоких — в этом деле они лишь чуть-чуть уступили паре конкурентов из-за того, что те компании выпустили свои 7-нанометровые решения несколько раньше Qualcomm. И именно декабрьские анонсы с Tech Summit 2018 и призваны изменить сложившееся в последние месяцы положение дел. Давайте разберемся, что предлагает нам компания в устройствах следующего года, который вот-вот начнется.

Поговорим сначала о том, что даже важнее вычислительной производительности. Ведь скорости современных мобильных CPU и GPU давно уже более чем достаточно для большинства обычных задач, не включающих игры с продвинутой графикой, и ощутимый прирост производительности процессора нового Snapdragon, по сравнению с предыдущей моделью, это очень хорошо, но для большого количества пользователей в повседневном применении это пройдет незаметно. А вот повысить скорость передачи данных по мобильным сетям хочет большинство обладателей смартфонов.

Все компании, так или иначе связанные с аппаратным обеспечением для сотовых сетей передачи данных, вот уже несколько лет много и горячо рассказывают нам про сети пятого поколения — 5G. Напомним, что 1G — аналоговая технология, 2G — первые цифровые сотовые сети CDMA и GSM, 3G (EVDO, HSPA и UMTS) повысили скорость передачи до нескольких мегабит в секунду, а 4G-сети (LTE) масштабируются уже вплоть до гигабитных скоростей. Кстати, если говорить о времени, то цикл каждого из поколений составляет около 10 лет, что было подмечено специалистами разных компаний. То есть примерно каждые 10 лет в мире появляются сотовые сети нового поколения, и в 2020-е годы настанет время 5G.

Соответственно, сети пятого поколения просто обязательны для поддержки в самом ближайшем будущем.

Что в предыдущей модели Snapdragon 845, что в рассматриваемой Snapdragon 855, речь еще не идет о встроенной поддержке 5G-сетей, и в составе новой однокристальной системы такого модема нет. Но компания Qualcomm анонсировала модем с поддержкой 5G-сетей Snapdragon X50 еще в прошлом году, равно как и компактный референсный дизайн смартфона с поддержкой таких сетей. Но так как этих сетей) массово еще нет, то и устройств появилось не особо много. Проблема ведь в основном не в конечных устройствах, а в инфраструктуре.

В первый день саммита, компания Qualcomm много говорила о сетях пятого поколения, собрав представителей крупнейших операторов мобильной связи (AT&T, EE, Telstra и Verizon), поставщиков сетевой инфраструктуры Ericsson и Samsung, а также OEM-производителей Motorola, Netgear и Inseego. В этот день состоялся и анонс первой коммерчески доступной мобильной платформы с поддержкой сетей пятого поколения на основе Snapdragon 855.

Перечисленные компании демонстрировали работу 5G-сетей с мобильными устройствами, работающими на мультигигабитных скоростях с использованием технологий 5G, 4G LTE и Wi-Fi. Неудивительно, что именно Qualcomm объявила о такой платформе первой, ведь они являются одними из лидеров в мобильных технологиях по количеству изобретений и патентов, связанных с передачей данных, созданных компанией за многие годы. Изобретения компании помогли всему миру пройти эпохи 3G, 4G, а вскоре мы увидим и распространение 5G-сетей.

Кристиано Амон, президент Qualcomm, рассказал о том, что уже в начале 2019 года на рынок выйдут первые мобильные устройства с поддержкой 5G-сетей, а в странах Северной Америки и Европы, а также Японии, Южной Корее, Австралии и Китае, начнется развертывание первых уже коммерческих сетей нового поколения. Qualcomm всячески способствует внедрению 5G-сетей со своей стороны, представив мобильную платформу Snapdragon 855, линейку 5G-модемов Snapdragon X50 и миниатюрные радиомодули миллиметрового диапазона Qualcomm QTM052, оснащенные встроенным радиочастотным приемопередатчиком, интерфейсом и антенной.

Руководители крупных мобильных операторов обсудили планы развертывания сетей 5G в своих компаниях, рассказав о стратегии развития и сотрудничестве с Qualcomm при разработке и внедрении первых сетей нового поколения в разных странах. По ходу мероприятия Qualcomm с AT&T и Verizon в очередной раз продемонстрировали работу 5G-сетей в миллиметровом диапазоне, показав некоторые возможности, которые открывает применение 5G-платформы Qualcomm и соответствующего оборудования на стороне провайдеров. Первым смартфоном с поддержкой 5G стал модульный Moto z3 с подключаемым модулем 5G, о выходе которого Motorola и Verizon объявили несколько месяцев назад — в августе.

Старший вице-президент по стратегии и маркетингу мобильных продуктов Samsung Electronics America рассказал о планах его компании по выпуску флагманского смартфона Samsung с поддержкой 5G-сетей, который должен выйти в первой половине 2019 года. Естественно, что построен он будет на основе анонсированной на этом мероприятии мобильной платформы Snapdragon 855 с дополнительным 5G-модемом Qualcomm.

А уже после окончания первого дня саммита стало известно, что компании China Mobile и китайские OEM-производители (Xiaomi, OnePlus, Oppo, Vivo и ZTE) объявили на конференции China Mobile Global Partner о том, что они совместно с Qualcomm также разрабатывают мобильные устройства с поддержкой 5G-сетей на базе мобильной платформы Snapdragon 855 с 5G-модемами Snapdragon X50, и продемонстрировали демонстрационные версии таких устройств. Вероятно, это стало возможным в рамках программы Qualcomm 5G Pioneer, участниками которой и стали ведущие производители мобильных устройств из Китая. Вообще, партнеров по внедрению возможностей 5G у компании по всему миру уже довольно много.

Snapdragon 855: новые возможности и мощный прирост производительности

Мы ничуть не умаляем важность поддержки новых стандартов сотовой связи, уже сама по себе возможность создания массовых смартфонов на основе Snapdragon 855 с поддержкой как 4G-, так и 5G-сетей, дорогого стоит. Целых 10 лет индустрия шла от мобильных сетей четвертого поколения к пятому, которое способно обеспечить уже в следующем году как сверхвысокие скорости передачи, так и значительно сниженные задержки.

Единственное но — поддержку сетей пятого поколения для платформы Snapdragon 855 пока что обеспечивает все тот же внешний модем Snapdragon X50, устанавливаемый дополнительно к основному Snapdragon, имеющему интегрированный 4G-модем Snapdragon X24 LTE в своем составе. Такое решение вполне оправдано на начальной стадии распространения сетей пятого поколения, хотя оно и увеличивает сложность устройств и количество комплектующих в смартфонах, которые и так напичканы ими максимально плотно. Придется даже дублировать некоторые детали, вроде радиомодулей:

Мобильные операторы начнут запуск коммерческих 5G-сетей по всему миру уже в начале следующего года, и особо требовательные потребители смогут воспользоваться этими возможностями при помощи устройств на основе платформы Snapdragon 855 с дополнительным 5G-модемом X50, который поддерживает диапазоны ниже 6 ГГц (Sub-6 GHz) и миллиметровых волн (mmWave).

Второй стандарт обеспечивает более чем 20-кратный прирост скорости передачи данных, по сравнению с нынешними сетями, и он будет полезен для следующего поколения некоторых видов развлечений, вроде приложений виртуальной и дополненной реальности, требующих высокой скорости передачи данных и минимальных задержек при этом.

Вообще, у 5G-платформы на основе Snapdragon 855 не только поддержка мобильных сетей мультигигабитная, но и быстрый модем Snapdragon X24 с поддержкой 4G-сетей также обладает скоростью в пару гигабит, а также есть и поддержка самых продвинутых стандартов Wi-Fi. В частности, при получении данных модемом поддерживается LTE Cat 20 на скорости до 2 Гбит/с (7×20 МГц CA, 256-QAM, 4×4 MIMO), а при передаче данных — LTE Cat 13 со скоростью до 318 Мбит/с (3×20 МГц CA, 256-QAM и сжатие данных).

Новым процессором Snapdragon 855 поддерживается Wi-Fi 6 (802.11ax-ready, 802.11ac Wave 2, 802.11a/b/g/n) с WPA3, а также mmWave Wi-Fi с использованием частоты 60 ГГц — стандарт 802.11ay, обеспечивающий скорости до 10 Гбит/с при задержках, близких к тому, что есть у проводных сетей. Никуда не делся и Bluetooth 5.0 со скоростью 2 Мбит/с — тут по вполне понятным причинам до гигабита не дотянули.

В демо-зоне саммита всем желающим демонстрировали референсные смартфоны на основе процессора Snapdragon 855, которые работали в подобных высокопроизводительных Wi-Fi-сетях, и без каких-либо проблем транслировали сразу по несколько видеопотоков с высоким битрейтом. Удивить этим сложно, но очень хорошо видеть поддержку новых стандартов Wi-Fi в современном SoC.

Хотя в последнее время все большая часть вычислений переносится на специализированные ядра (обработка медиаданных на DSP или специализированных ядрах, предназначенных для ускорения задач глубокого обучения), основой мобильных процессоров все же остаются привычные универсальные вычислительные ядра, основанные на архитектуре ARM. В процессоре Snapdragon 855 применяются CPU-ядра, основанные на разработках компании ARM, но дополнительно оптимизированные инженерами Qualcomm для увеличения производительности и энергоэффективности.

Самое важное изменение новой модели Snapdragon — ее производство с применением наиболее совершенного на сегодня 7-нанометрового технологического процесса, в отличие от 10-нанометрового, применяемого при создании предыдущих моделей мобильных процессоров компании. Переход на абсолютно новый техпроцесс позволил повысить тактовые частоты всех блоков, и улучшить их энергоэффективность, снизив энергопотребление. Вероятно, именно из-за этого большого шага в техпроцессе мы увидим в 2019 году приличный скачок в производительности (особенно в задачах с применением искусственного интеллекта и вычислительной фотографии) и продолжительности автономной работы новых моделей смартфонов.

Произошли изменения и в самой организации работы вычислительных ядер мобильного процессора Snapdragon 855. Если в предыдущих моделях процессоров Snapdragon с номерами 845 и 835, применялась обычная восьмиядерная архитектура с четырьмя высокопроизводительными ядрами и четырьмя энергоэффективными ядрами Kryo, то в новой модели кластеров стало уже три.

Новые 64-битные процессорные ядра Kryo 485 обеспечивают до 45% прироста производительности по сравнению с решениями компании предыдущего поколения Snapdragon 845, а главное «Prime»-ядро работает на частоте до 2,84 ГГц. Кроме него, в комплекте SoC есть еще три мощных производительных ядра, работающих на частоте до 2,42 ГГц и имеющих вдвое меньшее количество кэш-памяти на ядро.

А для более экономного выполнения нетребовательных задач используются четыре эффективных ядра, еще более простых и работающих на частоте до 1,8 ГГц. Все они имеют собственную кэш-память второго уровня и общий L3-кэш для более эффективной работы.

Подход с необычной трехкластерной архитектурой кажется очень интересным и оригинальным. Если раньше применялись два кластера: четыре производительных и четыре эффективных CPU-ядра, то в Snapdragon 855 решили применить три кластера, но не так, как некоторые из конкурентов, которые также перешли на три кластера в новом поколении SoC, но по схеме 2+2+4, а не 1+3+4, как у изделия Qualcomm. В остальном, подход разных компаний схож, и будет весьма интересно посмотреть на практике, что дает третий кластер с одним CPU-ядром по сравнению с более привычной двухкластерной схемой и иной трехкластерной организацией, которую применяют конкуренты.

С точки зрения работы с оперативной памятью особых изменений не произошло, новый Snapdragon поддерживает четыре 16-битных канала памяти, позволяющих использовать до 16 ГБ памяти стандарта LPDDR4x, работающей на частоте до 2133 МГц. Тут ничего нового нет, Snapdragon 845 также имеет четыре канала памяти.

Так как при производстве новой однокристальной системы используется совершенно новый технологический процесс 7 нм, а не просто улучшенный 10 нм, как это было у Snapdragon 845 по сравнению с Snapdragon 835, то стоит ожидать большего шага вперед по производительности и энергоэффективности. Хотя тактовая частота ядер CPU в новом SoC практически не выросла, их архитектурные улучшения все равно привели к приличному росту скорости вычислений.

Также было приведено еще одно сравнение — по скорости запуска приложений (на все тех же конкурирующих платформах), в котором новый Snapdragon также стал победителем. Нужно учитывать, что все эти тесты проводились заинтересованной стороной. Которая, конечно же, никого не обманывала, но вполне могла немного лукавить, выбирая лишь выгодные для себя условия. Тем не менее, у нас нет сомнений, что именно Snapdragon 855 по CPU-производительности станет лидером как минимум среди Android-решений, а то и вообще — подождем независимых тестов.

В любом современном мобильном процессоре универсальные вычислительные ядра — далеко не все, что важно для высокой производительности и эффективности. Все больший набор задач сейчас исполняется специализированными выделенными блоками, обладающими в разы лучшей энергоэффективностью, по сравнению с универсальными ядрами CPU. Это блоки кодирования и декодирования видеоданных, сигнальные процессоры, сопроцессоры по ускорению операций глубокого обучения и т. п. Такие блоки стали обязательными в последние годы, ведь все стремятся именно к максимальной эффективности.

Для начала мы поговорим о графическом ядре — GPU. Все современные устройства включают достаточно мощные графические процессоры, которые отвечают уже далеко не только за визуализацию, но и за множество неграфических задач. GPU особенно важны, если речь идет о флагманских устройствах, для которых и предназначен Snapdragon 855, не говоря уже о легких Windows-ноутбуках на основе ARM-процессоров, которые появились в прошлом году и про которые мы еще поговорим далее.

Да и сама по себе игровая графика требует от мобильных графических процессоров все большей мощности, ведь индустрия игр на мобильных устройствах развивается сейчас даже быстрее игровой индустрии ПК и стационарных игровых консолей. Исходя из данных отчета компании Newzoo о состоянии игрового рынка, в 2018 году рынок игр на мобильных устройствах занимает долю в 51% (в 2017 году было лишь 42%) из общих 137,9 миллиардов долларов. То есть консольные и ПК-игры занимают уже менее половины рынка, а мобильные развлечения явно растут быстрее них. Весь рынок вырос на 13,3%, а доходы от мобильных игр — на 25,5%. Данные из других источников подтверждают этот тренд в целом, а прогнозы на 2019 и далее, сулят мобильным играм дальнейший рост и укрепление преимущества.

И это логично, ведь смартфоны становятся для многих главным и даже единственным электронным устройством. Неудивительно, что интерес к мощным мобильным устройствам лишь увеличивается. Топовые смартфоны позволяют получить более качественную картинку и более высокую производительность и комфорт при игре. Появляются отличные мобильные игры с качественной реалистичной графикой, для которой и нужны мощные графические процессоры.

На смартфонах и планшетах уже сейчас доступно множество эффектов, которые появились в ПК-играх и консольных проектах не так уж давно. Это относится к физически корректному рендерингу (Physically Based Rendering — PBR), рендерингу в широком динамическом диапазоне (HDR — именно в этих вещах мобильным устройствам нет равных, ведь в них качественные HDR-дисплеи появились раньше, чем на ПК и консолях. К другим продвинутым эффектам отнесем сложную постобработку, динамические мягкие тени и другие эффекты, вроде тумана и имитации глобального освещения — все это сейчас можно делать и на смартфонах.

Для применения самых сложных эффектов и техник необходимы мощные мобильные GPU, и Qualcomm год от года наращивает мощь своих ядер Adreno, которые являются мощнейшими в среде Android. Новый графический процессор Adreno 640, входящий в состав Snapdragon 855, хоть и наследует ту же архитектуру, что и предыдущее решение компании, но отличается заметно большей производительностью, что полезно как в мобильных играх, так и приложениях виртуальной и дополненной реальности. Графический процессор Adreno 640 включает на 50% больше вычислительных блоков ALU, которые помогут не только для ускорения 3D-рендеринга, но и при работе искусственного интеллекте и других неграфических вычислений.

Естественно, из-за всех модификаций и переходе производства чипа на техпроцесс 7 нм Qualcomm обещает значительный прирост не только производительности, но и энергоэффективности. Новое графическое ядро Adreno 640 в тестовых приложениях быстрее Adreno 630 примерно на 20%, хотя в пике и определенных задачах разница может быть и двукратной — по возросшему количеству ALU. Интересно, что заявлены некие алгоритмы, снижающие количество отброшенных кадров более чем на 90% и обеспечивающие плавный рендеринг, хотя с 3D-производительностью на мощном Snapdragon 855 вообще не должно быть много проблем в принципе.

Для игр на устройствах со Snapdragon 855 даже придумали отдельное маркетинговое название — Snapdragon Elite Gaming, что должно означать сразу несколько элементов, улучшающих впечатления игроков. Во-первых, это само по себе графическое ядро Adreno 640, ставшее первым мобильным GPU с поддержкой последней версии графического API Vulkan 1.1 в дополнение к привычным OpenGL ES 3.2 и OpenCL 2.0 FP.

Также Adreno 640 позволяет использовать продвинутые методы рендеринга, вроде физически корректного (Physically Based Rendering — PBR), материалы при котором выглядят максимально реалистично, так как обсчитываются по физическим законам, имеют свойства, аналогичные реальным материалам окружающего нас мира.

Впрочем, последнее декларировалось и для Snapdragon 845, и с точки зрения архитектуры в GPU ничего не изменилось, по сути — она та же самая, просто с большим количеством исполнительных блоков. Qualcomm говорит, что скорость нового GPU выросла в среднем на 20% — это больше, чем у любого другого GPU, предназначенного для Android-смартфонов, хотя лучший из чипов той же компании Apple с этим решением явно поспорит. Впрочем, Qualcomm утверждает, что устоявшаяся производительность их решения более стабильна и в среднем Snapdragon 855 практически не уступает лучшему же представителю 7-нанометровых процессоров обозначенного выше условного конкурента.

Есть у нового SoC компании Qualcomm и полноценная поддержка HDR-рендеринга с 10-битным цветом, и обеспечить эту возможность на смартфонах даже проще, ведь у на мобильных устройствах давно есть OLED-экраны с высокой контрастностью и возможностью отображения большего количества цветов, чем в привычных мониторах и телевизорах игровых ПК и консолей

Мобильный процессор Snapdragon 855 поддерживает вывод информации или на встроенный дисплей с разрешением до 4K при 10-бит на цвет и цветовом охвате Rec. 2020, или сразу на два внешних дисплея с такими же характеристиками.

Ускорение искусственного интеллекта: Snapdragon стал еще умнее

Последние годы все очень много говорят об искусственном интеллекте, нейросетях, глубоком и машинном обучении, которые действительно изменяют взаимодействие с устройствами. Еще в прошлом году были выпущены мобильные однокристальные системы, предназначенные для смартфонов, в которых было заявлено присутствие выделенных блоков, вроде Neural Processing Unit или Pixel Visual Core или чего-то аналогичного.

За прошедшее время, возможности ускорения глубокого обучения в свои решения внедрили, пожалуй, вообще все компании. И если раньше компания Qualcomm старалась не говорить именно о выделенных «ускорителях ИИ», как это давно делают их конкуренты, то в Snapdragon 855 заявлено уже четвертое поколение движка ИИ, которое в разы быстрее и «умнее» предыдущих поколений.

Также очень интересно, что если несколько лет назад компании говорили о том, что нужно быстро передавать данные для обработки в облако, то теперь те же люди один громче другого рассказывают о том, что уж теперь то все наконец-то можно обрабатывать прямо на устройстве, что дает большую безопасность, энергоэффективность и снижает задержки и отклик.

Оставим эту тему открытой для обсуждения, но трудно не признать, что применение элементов ИИ начинает играть все более важную роль в жизни человека, а в будущем оно изменит многие сферы: финансовую, логистическую, здравоохранение, развлечения, транспорт, интернет вещей, умные дома и прочее. В обозримом будущем практически все устройства, в которых есть вычислительные процессоры, станут в той или иной степени «умными», а все их возможности будут объединены в единое целое при помощи 5G-сетей.

Но все это — дело будущего, а в смартфонах настоящего ИИ выполняет более простые задачи, вроде персональных помощников (Google Assistant и его аналоги), которые воспринимают естественный язык пользователя и помогают в решении некоторых ресурсоемких задач. Для того, чтобы сделать многие технологии умными, как раз и требуются новые возможности со стороны и программного и аппаратного обеспечения.

С развитием глубокого обучения, часть задач переходит из облачных сервисов в конечные устройства, вот и мобильные решения семейства Snapdragon постепенно все лучше ускоряют задачи глубокого и машинного обучения. В представленном недавно мобильном процессоре компании применяется четвертое поколение ИИ-платформы, предназначенное в том числе для ускорения задач глубокого обучения и других алгоритмов искусственного интеллекта.

По сути, громкие названия типа Neural Processing Unit, Vision Processor, Deep Learning Processor, Imaging Processor и прочие аналогичные — маркетинговые наименования для быстрых блоков векторных вычислений, которые также делались на выделенных блоках в тех же процессорах Qualcomm уже довольно давно — как минимум со Snapdragon 820.

Во всех чипах компании есть DSP-ядро Hexagon, вот оно и занимается ускорением этих задач. В 2015 году в Snapdragon 820 появился Hexagon 680 первого поколения, в 2016 году в Snapdragon 835 включили Hexagon 682 (второе поколение), в Snapdragon 845 было третье поколение Hexagon 685, а теперь — четвертое.

Движок ускорения искусственного интеллекта в составе Snapdragon 855 использует возможности сразу трех блоков: Hexagon 690, Adreno 640 GPU и Kryo 485 CPU. Разработчики программного обеспечения могут выбрать наиболее подходящие вычислительные ядра для своих приложений: универсальные вычислительные CPU-ядра Kryo, производящие расчеты в целочисленном 8-битном формате и формате с плавающей запятой FP32, к которым добавились операции скалярного произведения dot product, ядра графического процессора Adreno 640, умеющие очень быстро выполнять распараллеленные расчеты в форматах с плавающей запятой с 16- и 32-битной точностью (FP16 и FP32, количество таких блоков в новом GPU было удвоено), а также выделенное DSP-ядро Hexagon 690, которое специализируется сразу на нескольких типах высокопроизводительных вычислений.

Новая модель Hexagon отвечает уже не только за векторные вычисления HVX (которые стали сразу вчетверо быстрее!) и скалярные в целочисленных форматах INT8 и INT16, теперь к ним добавился и специализированный ускоритель тензорных операций, широко используемых в задачах глубокого обучения. Все эти блоки дают гибкую смесь для программистов искусственного интеллекта, которые вольны выбирать наиболее подходящие блоки для каждого типа вычислений. Подобный гетерогенный подход инженеров Qualcomm позволяет получить высочайшую производительность и эффективность от Snapdragon 855.

DSP четвертого поколения Hexagon 690 в составе SoC обеспечивает производительность более чем в 7 триллионов операций в секунду (7 TOPs), что более чем втрое превышает возможности предыдущей топовой платформы компании, и способен использовать еще более сложные алгоритмы, применяемые в вычислительной фотографии, обработки статичных и динамических изображений и так далее. В состав блока Hexagon 690 включен ускоритель Hexagon Tensor Accelerator (HTA) и четыре блока Hexagon Vector eXtensions (HVX), обеспечивающие вдвое большую скорость обработки векторных вычислений, чем у Snapdragon 845, а также четыре блока скалярных вычислений.

Все это дает представленному процессору Qualcomm новые возможности по обработке голосовых и аудиоданных (продвинутое шумопонижение), обработке статичных изображений и видеоданных (вычислительная фотография и обработка видео), и для других применений — игровых и в системах дополненной реальности. Применений искусственному интеллекту тысячи и эта эра только начинается.

Самое главное в случаях таких специализированных вычислений — поддержка со стороны SDK, утилит и фреймворков. Qualcomm AI Engine поддерживается во всех ОС всеми распространенными фреймворками машинного обучения: TensorFlow, Caffe2 и другими. Поддержка специализированных фреймворков обеспечивает эффективные вычисления на различных типах ядер: CPU, GPU или DSP.

Естественно, что Snapdragon 855 поддерживает и Android Neural Networks API, доступный в версиях операционной системы Android, начиная с 8.1. Были сделаны и другие важные улучшения и дополнения в программной поддержке: Neural Processing SDK, а также библиотеках Hexagon NN и Qualcomm Math Library.

Демонстрации, представленные на Tech Summit, включали примеры компьютерного зрения Google (описание объектов, найденных на фотографиях и в видеороликах), продвинутого шумопонижения китайской компании Elevoc (эффективная фильтрация шума в аудиопотоке даже в очень шумных окружениях, весьма полезная для смартфонов), улучшения качества и детализации фотографий, снятых в условиях недостатка освещения в приложениях Face++ и Arcsoft, применении возможностей ИИ в дополненной реальности Next VR и т. д.

Одной из самых важных задач современного смартфона является фото- и видеосъемка. Для большинства людей уже смартфон стал единственным устройством, при помощи которого они хотят запечатлеть значимые события их жизни. Так что качество фото и видео в современных смартфонах является одним из важнейших факторов, чуть ли не важнее мощности процессора и объема хранилища. Многие даже выбирают смартфоны по тому, как хорошо они фотографируют и записывают видеоролики.

Нас давно приучили к тому, что мобильный процессор имеет самое непосредственное отношение к качеству снимков и видеороликов, так как данные с сенсоров получить просто, но затем их нужно качественно обработать. И большая часть вклада в итоговое качество картинки зависит как раз от возможностей сигнальных процессоров по обработке изображений (Image Signal Processor — ISP). Для улучшения общего качества разработчики сосредоточены сейчас на точности цветопередачи, снижении шумов в условиях плохой освещенности, улучшении детализации и повышении динамического диапазона.

И с точки зрения поддержки камер, в Snapdragon 855 появилось много нового. Новый процессор может предложить самые современные и продвинутые возможности по захвату и обработке статичных и движущихся изображений. В Qualcomm решили не просто улучшить ISP предыдущей модели, но сделали процессору для обработки сигналов Spectra 380 специализацию на компьютерном зрении, включающую множество аппаратных блоков, предназначенных для ускорения этих задач (computer vision — CV), поэтому его даже решили назвать не просто ISP, а CV-ISP.

Новый сопроцессор обеспечивает множество новых возможностей для вычислительной фотографии и при записи видеороликов, он включает аппаратные блоки для определения глубины сцены при фотосъемке и видеозахвате. Этот блок обеспечивает не просто примитивную обработку изображений, но и выполняет задачи более высокого уровня: умеет определять, выделять и классифицировать объекты в сцене — и все это в реальном времени при максимальном разрешении 4K с 10-битным представлением цвета (поддерживаются форматы HDR10, HDR10+ и HLG) и при 60 кадрах в секунду. То есть становится доступной возможность подмены каких-то объектов или фона, а также имитация боке — прямо в реальном времени и в полном видеоразрешении! Возможно и отслеживание движения объектов и обработка стереопары, а также многие другие задачи компьютерного зрения.

CV-ISP способен отделять фон и выполнять другие задачи со скоростью 60 FPS и работает это в том числе при записи видеороликов. Snapdragon 855 становится первой мобильной платформой для записи HDR-роликов 4K-разрешения в портретном режиме с имитацией боке. Кроме высокой скорости такой обработки, блок CV-ISP позволяет сократить и затраты энергии. Qualcomm заявляет об экономии до четырех раз в разных задачах компьютерного зрения по сравнению с совместной работой CPU, GPU и DSP ранее:

Если говорить о спецификациях и технических деталях Spectra 380, то в его комплект входит двойной 14-битный сигнальный процессор, поддерживающий или две камеры с разрешением в 22 мегапикселя при 30 FPS или одну камеру с разрешением до 48 мегапикселей с такой же скоростью обработки данных.

Для улучшения качества фотографий при недостатке освещения есть аппаратная поддержка нескольких режимов шумоподавления — с использованием информации из нескольких кадров (Multi-Frame Noise Reduction — MFNR) и с компенсацией движения (Motion Compensated Temporal noise Filtering — MCTF) для видеороликов — вместе с аппаратной электронной стабилизацией изображения для видеороликов.

Из других любопытных дополнений Snapdragon 855 мы выделим аппаратную поддержку нового формата хранения изображений — High Efficiency Image File Format (HEIF) при помощи того же Spectra 380 CV-ISP. Новый формат может уменьшить типичный объем файлов до 50%, а видеоролики записываются в форматах H.264 и H.265 (HEVC).

Среди преимуществ нового формата: возможность хранения нескольких отдельных изображений, вспомогательных изображений (альфа-канал, карта глубин и т. п.), RAW-информации с сенсора, последовательности изображений, метаданных и т. д. То есть вместо записи кучи файлов можно будет обойтись одним контейнером HEIF, в котором хранятся, к примеру, изображения, полученные сразу с нескольких камер: широкоугольная, стандартная, портретная, фронтальная и т. д.

Если продолжать разговор о возможностях видеозаписи, то новым чипом обеспечивается видеозахват 4K-разрешения в формате HDR10+, который дает возможность 10-битной записи цвета с более чем 1 млрд. оттенков при высокой контрастности. Энергопотребление при этом обеспечивается на 30% меньше, чем было на Snapdragon предыдущего поколения. А вот для любителей замедленных съемок (slow-motion) ничего нового нет — очередная однокристальная система Qualcomm умеет записывать видеоролики с той же самой частотой кадров, что и предыдущая: в разрешении 1280×720, HDR-формате и с частотой кадров 480 FPS.

Зато поддержка расширенного диапазона (HDR) улучшается и далее, пользователи устройств на основе чипа Snapdragon 855 получат возможность проигрывания видеоданных в формате 4K HDR, а также эта возможность будет доступна и в мобильных играх. Новый чип стал первым Snapdragon с поддержкой проигрывания видеоданных в формате HDR10+, он имеет аппаратную поддержку декодирования видеоформатов H.265 и VP9, что дает в несколько раз меньший расход энергии при просмотре HDR-видеороликов на YouTube. Также поддерживается и аппаратное декодирование VR-видео в разрешении 8K.

С точки зрения качества звука, Qualcomm отмечает поддержку технологии aptX Adaptive, которая обеспечивает максимальное качество аудиосигнала по Bluetooth-каналу, динамически изменяет качество звука и битрейт потока в зависимости от помещения и типа данных. Также поддерживается технология TrueWireless Stereo Plus, придающая Snapdragon 855 новые возможности по беспроводной передаче звука в виде оптимизации задержек и снижения энергопотребления, что важно в наше время, когда все большее количество производителей отказывается от наличия аудиоразъемов в своих устройствах.

Кроме этого, процессор Snapdragon 855 включает первую коммерчески доступную реализацию ультразвукового датчика отпечатка пальцев для мобильных решений, размещаемого под экраном смартфона — Qualcomm 3D Sonic Sensor. Этот датчик способен захватить трехмерный отпечаток вашего пальца со всеми уникальными деталями и работает с высокой точностью в том числе и с загрязненными и влажными пальцами.

Он использует иной принцип работы, по сравнению с уже вышедшими на рынок решениями, и имеет несколько явных преимуществ перед ними по точности и скорости распознавания, а также компактности применяемого модуля. Естественно, есть в новом процессоре и поддержка технологии Quick Charge 4+, о которой мы более подробно писали в прошлом году и которая обеспечивает зарядку батарею на половину емкости (с 0 до 50%) всего за 15 минут.

В общем, инженеры компании Qualcomm очень серьезно поработали над оптимизацией всего процессора Snapdragon новой модели. Хотя архитектура CPU- и GPU-ядер в своей основе осталась неизменной, но были проделаны значительные модификации в различных вычислительных блоках, число которых увеличилось и они обрели новые возможности. Также были добавлены и совершенно новые блоки. Вместе с использованием совершенно нового техпроцесса 7 нм все это привело к тому, что Snapdragon 855 в целом по всем характеристикам не просто стал значительно быстрее, но при этом все его блоки потребляют заметно меньше энергии при выполнении самых ресурсоемких задач, а это сейчас чуть ли не важнее простой производительности.

Для примера приведем демонстрацию снизившегося энергопотребления — при сравнении Snapdragon 855 и 845 в популярной мобильной игре PUBG в равных условиях (ультра-настройки качества и частота кадров не менее 40 FPS) новая модель процессора Qualcomm потребляла примерно на треть меньше энергии, по сравнению со старой. Примерно то же самое снижение энергопотребления наблюдалось и при типичной работе в интернет-браузере на стенде, расположенном рядом. Неплохой результат, с учетом всех остальных преимуществ нового чипа.

Однокристальные системы Snapdragon 855 уже поставляются производителям, а появление первых устройств на их основе на рынке ожидается уже довольно скоро, хотя Qualcomm осторожно говорит о «первой половине следующего года». На саммите выступал представитель компании OnePlus, который объявил о том, что их следующий флагман будет основан на новеньком Snapdragon. Так себе секрет, конечно, но кому-то нужно было стать первым.

Некоторое время назад, компания Qualcomm начала сотрудничать с Microsoft, чтобы оптимизировать привычную Windows для процессоров Snapdragon, перекомпилировав ее основу под ARM-архитектуру, используя эмуляцию для исполнения x86-кода сторонних приложений. Дело пошло не сразу, но несколько первых легких Windows-ноутбуков, использующих Snapdragon 835 и 850 и отличающихся длительным временем работы от батарей, за прошедший год все же вышло.

Еще одной из важнейших отличительных особенностей этих Windows-ноутбуков на основе Snapdragon стало их постоянное подключение к мобильным сетям передачи данных, и поэтому они получили обобщающее название Always On, Always Connected PC.

Одним из первых таких решений была модель Asus NovaGo — ноутбук на основе чипа Snapdragon 835 с модемом X16, первый такой продукт с поддержкой сетей LTE Gigabit, обеспечивающий до 30 дней работы в режиме простоя. С виду это стандартное для компании решение «два-в-одном» с вращающимся на 360-градусов 13-дюймовым экраном Full HD-разрешения, чувствительным к касаниям, и полноразмерной клавиатурой и тачпадом.

Ноутбуки на Snapdragon 835 получились довольно легкими и небольшими, но не сказать, чтобы их выход на рынок прошел беспроблемно и они получили широкое распространение. Решения эти не слишком дешевы, имели некоторые вопросы по производительности и совместимости (что неудивительно, ведь эмуляция никогда не работает идеально), но в целом оказались вполне работоспособными для определенного круга задач. Тем более, что все большее количество приложений были перекомпилированы под ARM-архитектуру.

Тем более приятно, что Qualcomm не бросила свою инициативу Always On, Always Connected и в этом году. В последний день технической конференции компании была представлена новая платформа для таких решений — Snapdragon 8cx, ставшая первой платформой с использованием 7-нанометрового техпроцесса для ПК вообще, что может дать ей дополнительное преимущество по энергоэффективности в плюс к тому, что ARM-архитектура в принципе несколько экономичнее.

Новая однокристальная система все так же рассчитана на тонкие и легкие решения (не обязательно ноутбуки, кстати!), позволяющие иметь постоянное подключение к сети передачи данных. Новый Snapdragon 8cx включает в себя все самое мощное, что есть у Qualcomm, в том числе восьмиядерный основной процессор Kryo 495 и мощнейшее графическое ядро Adreno 680 — самые мощные CPU и GPU для компании. Чтобы поддержать усиление вычислительных возможностей, также была удвоена и ширина шины памяти — с 64-битной до 128-битной (восемь 16-битных каналов LPDDR4x-памяти), так что Snapdragon 8cx по всем статьям опережает всех своих предшественников.

Важнейшим преимуществом новинки является применяемый при ее производстве техпроцесс 7 нм, который и позволил значительно повысить вычислительную производительность различных ядер, что вместе с повышенной энергоэффективностью должно сделать продукты Always On, Always Connected еще более привлекательными, чем ранее. По сути, такие ноутбуки должны быть способны автономно работать уже практически в режиме смартфона — целыми сутками, а то и несколькими.

Возможности новой однокристальной системы Qualcomm по подключению к мобильным сетям не изменились кардинально — пока что смысла в интеграции 5G-модема еще нет, но в составе SoC появился модем Snapdragon X24 с поддержкой самых последних стандартов и возможностей LTE Category 20 со скоростью передачи данных до 2 Гбит/с и увеличенной до 70% скоростью при плохом соединении по младшим стандартам LTE, благодаря поддержке 4×4 MIMO и 7X объединению несущих частот. Этого более чем достаточно, чтобы всегда быть на связи. Также поддерживаются и Wi-Fi сети стандартов 802.11ad, 802.11ac Wave 2, 802.11a/b/g, 802.11n, работающие в диапазонах 2,4 ГГц, 5 ГГц и 60 ГГц, в том числе даже и в двух одновременно.

Поговорим немного об основной начинке Snapdragon 8cx. Новый восьмиядерный процессор Kryo 495является самым быстрым процессором, когда-либо созданным компанией Qualcomm, он также имеет больший объем кэш-памяти всех уровней (L2, L3 и системный), по сравнению со всеми своими предшественниками, что позволяет эффективнее работать в современных многозадачных средах. Всего в чипе кэш-памяти стало целых 10 МБ.

Насколько быстры эти ядра Kryo 495 по сравнению с конкурентами? Вопрос не самый простой с учетом разности архитектур ARM и x86, но Qualcomm уверяет, что Snapdragon 8cx соответствует по вычислительным характеристикам высокопроизводительному решению конкурента с TDP в 15 Вт при более чем вдвое меньшем потреблении энергии. То есть даже в конфигурации без активного охлаждения. Они сравнивают скорость своего чипа Snapdragon 8cx при потреблении 7 Вт с производительностью лучших процессоров Intel, потребляющих заметно больше энергии. Или же Snapdragon будет быстрее при схожем потреблении энергии.

Для подтверждения заявлений Qualcomm нужны независимые тесты, но скорее всего, Snapdragon 8cx действительно отличается большей энергоэффективностью, по сравнению с конкурирующими ПК-платформами из-за общей эффективности ARM и применения 7-нанометрового техпроцесса — при той же производительности решение Qualcomm потребляет меньше энергии и позволяет проработать несколько дней, а не часов.

И это относится ко всем чипу, а не только CPU или GPU. Графическое ядро Adreno 680 имеет удвоенное количество основных исполнительных блоков, и поэтому должно обеспечить прирост производительности вплоть до двукратного при 60%-ном повышении энергоэффективности, по сравнению с аналогичной платформой предыдущего поколения — Snapdragon 850. GPU стал вдвое более сложным по количеству транзисторов, а чтобы поддержать его возросшую мощность, была вдвое увеличена и пропускная способность памяти.

С точки зрения поддержки графических API, Snapdragon 8cx не отличается от предшественников, поддерживая последние версии OpenGL и Vulkan, а также DirectX 12, раз уж эта однокристальная система предназначена для ПК. Решениями на основе Snapdragon 8cx поддерживается подключение сразу двух внешних мониторов с разрешением 4K и поддержкой HDR.

А для того, чтобы было что выводить на внешние дисплеи, Snapdragon 8cx умеет аппаратно декодировать такие распространенные видеоформаты, как H.265 (HEVC), VP9 и H.264 — все это в 4K-разрешении с HDR при 120 кадрах в секунду, включая и потоковое видео. Все примерно так же, как и рассмотренный ранее Snapdragon 855.

Да и возможности камеры в новом «ПК-шном» чипе Qualcomm практически такие же, что и в «смартфонном» — сдвоенный 14-битный сигнальный процессор Spectra 390, встроенный в Snapdragon 8cx, умеет обрабатывать поток с одной 32-мегапиксельной камеры при 30 FPS (или с 16-мегапиксельной со скоростью 60 FPS) или с двух камер разрешением 16 мегапикселей при 30 FPS. А кодирование видеопотока в разрешении 4K с 10-битным HDR контентом возможно на скорости 30 FPS.

И тут не обошлось без модного искусственного интеллекта, который полезен не только для смартфонов. Самый мощный SoC компании включает встроенный ИИ-движок четвертого поколения, как и в мобильном Snapdragon 855, что позволяет разработчикам использовать подходящие под их запросы ресурсы процессора, разгружая универсальные ядра CPU и по возможности перекладывая часть работы на GPU и DSP — Hexagon 690. Среди основных возможностей, которые будут использовать ИИ-движок Qualcomm одними из первых — голосовые помощники Alexa и Cortana, но дальше будет больше.

Для подключения периферийных устройств Snapdragon 8cx предлагает второе поколение USB 3.1 и PCI-E 3.0, а для твердотельных накопителей поддерживаются стандарты NVMe SSD и UFS 3.0. Из нового для условно ноутбучной ПК-платформы Qualcomm отметим впервые появившуюся в Snapdragon 8cx поддержку технологии Quick Charge 4+, которая позволяет ускорить процесс зарядки батареи.

Также Snapdragon 8cx поддерживает и практически все современные «звуковые» технологии компании, вроде TrueWireless и Aqstic — продвинутых аудиокодеков и усилителей в комплекте с программными технологиями обработки звуковых данных и голоса, в частности. Аудиотехнологии Qualcomm позволяют решениям на основе Snapdragon 8cx обеспечить максимально качественную беспроводную передачу звука по Bluetooth при помощи Qualcomm aptX HD, и улучшить работу голосовых ассистентов Cortana и Alexa.

А еще Snapdragon 8cx стал первой платформой компании, которая работает с Windows 10 Enterprise, что дает IT-менеджерам возможности для более гибкой организации работы в защищенной среде. Среди Enterprise-решений на саммите выделили защиту Symantec Endpoint Protection и упрощенный удаленный доступ к корпоративным ресурсам VMware Workspace One. Решение VMware позволяет сотрудникам компаний использовать удаленные приложения Windows из любого места при помощи ПК на основе Snapdragon. Подобные решения проще администрировать, управлять приложениями и политиками, версиями ПО и ОС, их обновлениями и т.  п. Поддержка удаленного рабочего стола Workspace One под Windows на Snapdragon позволяет использовать любые приложения Windows 10.

Другие enterprise-решения для платформы Snapdragon 8cx включают Microsoft Azure, F5, Palo Alto networks, Tanium, Forcepoint, PulseSecure, WD, MobileIron, Citrix, McAfee, Microsoft Intune, Office 365 и другое ПО. Также компания Qualcomm работает вместе с Targus, чтобы расширить экосистему ПК на основе Snapdragon и позволить универсальным док-станциям Targus работать на таких решениях под управлением Windows — их обещают показать уже на CES 2019.

Крайне важно и то, что платформа ARM получила нативные приложения интернет-браузеров — в дополнение к другим решениям (Edge и Chromium), было объявлено о выходе ARM64-версии Mozilla Firefox в многопоточной реализации, которая позволит раскрыть возможности восьми вычислительных ядер Kryo.

Основной целью компании Qualcomm при создании мощных ПК-решений на Snapdragon стала ликвидация некоторых проблем распространенных ноутбуков: малое время автономной работы, длительное время загрузки ОС со времени включения, отсутствие возможности для подключения к быстрым мобильным сетям. Компания поставила своей основной целью сделать ноутбуки не просто легкими и тонкими внешне, но и похожими на смартфоны и планшеты по остальным параметрам — чтобы они мгновенно включались, долго работали без подзарядки и всегда имели доступ в интернет.

Именно это в ноутбуках категории Always On, Always Connected и есть: они тонкие и легкие, имеют постоянное интернет-соединение по мобильной сети с максимальной скоростью LTE, многодневный режим работы от одной зарядки и даже могут точно определить местоположение — благодаря встроенному GPS-модулю с поддержкой систем GPS, Глонасс, Beidou, Galileo, QZSS и SBAS. И все это — в рамках знакомой среды Windows 10.

Как мощнейшее решение компании, Snapdragon 8cx хоть и создан специально для ПК с прицелом на максимально возможную производительность, но, в отличие от типичного подхода ПК, тут учитывалось и время автономной работы, ведь максимальная производительность не всегда означает лучшее решение. Если ноутбук будет работать три часа, хоть и очень быстро, то он проиграет по удобству чуть менее быстрому решению, которое продержится пару рабочих дней. Инженеры Qualcomm утверждают, что нашли в Snapdragon 8cx правильный баланс между производительностью и автономностью.

Увы, пока что публике не показали ни одного «живого» ноутбука на основе нового вычислительного SoC, но говорят, что Snapdragon 8cx уже поставляется партнерам и решения на его основе ожидаются в продаже в… третьем квартале следующего года. Неудивительно, что ноутбуков на его основе пока просто нет. Посмотреть можно было лишь на референсные устройства, которые на вид мало чем отличаются от типичных представителей этого класса.

Впрочем, поголовье прошлого поколения ноутбуков на основе Snapdragon всего лишь за пять месяцев выросло до пяти устройств, так что и Snapdragon 8cx не должен сильно опоздать — в следующем году решения на его основе точно должны появиться, и они точно будут более интересными по сравнению с первым поколением Always On, Always Connected PC. На этой оптимистичной ноте мы и заканчиваем «гавайский» материал и с нетерпением ждем появления устройств на новых моделях Snapdragon.