Чего ожидать от процессоров для смартфонов в 2020 году?

Процессоры для смартфонов сейчас переживают бурное развитие. Топовые смартфоны уже давно предлагают производительность, сильно превосходящую необходимый минимум для комфортного серфинга в сети, проверки почты или общения в социальных сетях. Этот минимум преодолен даже в аппаратах средней ценовой категории.

Так что если мы говорим о ранних анонсах чипсетов и устройств, которые появятся в 2020 году, не стоит ждать вау-эффекта от увеличения производительности, как это было ранее. Мы близимся к точке убывающей отдачи. Чипсеты будут производить по слегка улучшенному 7 нм+ техпроцессу, а это означает меньший прирост энергоэффективности в сравнении с предыдущим поколением. Придется подождать массового внедрения 5 нм.

Но это не означает, что в 2020 году на рынке чипсетов наступит затишье. Давайте посмотрим на несколько трендов, которые могут сделать следующий год на рынке мобильных платформ весьма интересным.

У мобильной графики еще достаточно возможностей для улучшения

Если посмотреть на бенчмарки всех недавно представленных мобильных платформ, то можно заметить одну общую черту – у всех у них масса возможностей для улучшения показателей производительности графической подсистемы. Это справедливо как для бюджетных чипсетов, безнадежно отставших от флагманов, так и для топовых платформ, которые вполне могут получить более производительные графические процессоры.

Развитие рынка игровых смартфонов и успех на мобильном рынке консоли Nintendo Switch показывают, что спрос на игровые устройства есть и он растет. Qualcomm даже выпустила улучшенные игровые версии некоторых своих чипсетов, например, Snapdragon 730G. Но на самом деле, на платформах требуется выделять физически больше места для графической подсистемы, а также использовать более энергоэффективные ядра, чтобы обеспечить приемлемый уровень расхода аккумулятора.

Мы уже видели, что Qualcomm сумела добиться 20% прироста производительности при переходе с GPU Adreno 630 на Adreno 640 в платформе Snapdragon 855 и громадного 3,5-кратного скачка производительности в Snapdragon 8xc с его большим Adreno 690. Говоря о большой графической подсистеме, взглянем на распределение места на платформе. Хорошо видно, что на долю GPU не приходится и четверти общей площади чипа.

Для сравнения, в линейке NVIDIA Tegra платформы выпускаются с большим местом именно для графики. Новейшая Tegra Xavier, ориентированная на рынок машинного обучения, выделяет для GPU одну треть общей площади. Конечно, этот чипсет недостаточно энергоэффективен для смартфонов и лишен многих возможностей, которые требуются для такого использования. И Snapdragon 8xc также слишком большой и производительный для смартфонов современных размеров. Но в будущем комбинация более эффективной 5 нм печати, более емких аккумуляторов и более эффективной архитектуры ядер позволит выделять в чипсете больше места для GPU, что обеспечит большую производительность.

Наконец, Samsung и AMD подписали в этом году соглашение, позволяющее в будущих поколениях мобильных платформ использовать архитектуру RDNA. Сделка относится к микроархитектуре поколения после Navi, так что в чипсетах Exynos ее не стоит ждать раньше 2021 или 2022 года. Но само направление показывает, что производители мобильных чипсетов заинтересованы в самом широком спектре возможностей, имеющихся на рынке, чтобы повысить свою конкурентоспособность или добиться большей экономической выгоды.

Более специализированные процессоры

Как уже упоминалось, тренд рынка мобильных чипсетов – выделение пространства на платформе под компоненты для новых гетерогенных вычислений, чтобы повысить производительность не в ущерб энергоэффективности. Hexagon DSP от Qualcomm занимает заметное пространство, как и нейронные процессоры внутри чипсетов Exynos и Kirin.

Мы можем видеть эту тенденцию в приведенных выше снимках, с меньшей площадью области на платформе, зарезервированной для CPU и GPU в Exynos 9820 по сравнению с 9810. Это отчасти связано с внедрением большего нейронного процессора, но также и процессоров для обработки изображения с камеры, компонентов для аппаратного кодирования/декодирования видео и 4G модемов. Все эти компоненты борются за драгоценное пространство во имя повышения энергоэффективности для выполнения наиболее распространенных задач смартфона.

Чипсеты следующего поколения почти наверняка продолжат идти по этому пути. Вероятно, будет задействовано все больше пространства чипсета для роста возможностей машинного обучения. Производители микросхем все чаще применяют собственные разработки в области машинного обучения, поскольку они точнее определяют наиболее распространенные варианты использования, что приводит к расширению спектра возможностей, предлагаемых флагманскими телефонами 2020 года.

В следующем году также появятся более мощные графические процессоры, способные обрабатывать видео с замедленной съемкой 4K и снимки со 100-мегапиксельных камер, а также усовершенствованные сетевые компоненты для высокоскоростных Wi-Fi 6 и 5G модемов. Проще говоря, мобильные чипсеты вышли далеко за рамки простой конструкции CPU/GPU и все больше усложняются.

Интегрированные 4G/5G модемы

С развитием сетей 5G по всему миру было бы очень странно, если бы флагманские чипсеты следующего поколения не поставлялись с интегрированными многорежимными модемами 4G/5G. В конце концов, каждый крупный разработчик чипов уже имеет свой отдельный модем 5G. Это Qualcomm Snapdragon X55, Samsung Exynos 5100 и Huawei Balong 5G01 или 5000. Также ведутся работы по разработке интегрированных модемов следующего поколения для смартфонов 2020 года.

Флагманские чипы нового поколения 5G, безусловно, появятся на рынке, хотя для отдельных регионов могут появиться более дешевые модели только с 4G. Интереснее другое – увидим ли мы интегрированные 5G-модемы на чипсетах среднего уровня уже в 2020 году. Nokia планирует выпустить недорогой 5G телефон, и будет интересно посмотреть, какой чипсет выберет компания.

В качестве альтернативы смартфоны среднего класса могут просто объединить экономически выгодные чипсеты с внешними модемами 5G на соответствующих рынках. MediaTek M70 5G и Exynos 980 выглядят многообещающе для более дешевых 5G телефонов. Надеемся, что Samsung Galaxy A90 5G – это всего лишь первый пример 5G телефонов без типичного флагманского ценника.

Более крупные процессорные ядра

До сих пор мы не говорили о процессорных ядрах, отчасти потому, что производительности процессора уже более чем достаточно. Но это не значит, что интересных изменений не произойдет.

Чипсеты текущего поколения представили новые конфигурации ядра процессора. Уйдет схема 4 + 4 big.LITTLE, а ей на смену придет одно или два огромных ядра в компании двух или трех крупных, лишь ненамного меньших ядер, а также четырех обычных энергоэффективных ядер. Это произойдет по причине все той же конкуренции за область на платформе, а также благодаря росту числа мощных процессорных ядер.

Вам достаточно просто сравнить размер гигантского ядра Samsung M4 с Cortex-A75, чтобы понять, почему Samsung выбрала компоновку 2 + 2 + 4. Ядро новейшего процессора ARM Cortex-A77 на 17 процентов больше ядра A76, а у Samsung ядро следующего поколения может быть еще больше. Точно так же Apple продолжает оснащать свой чипсет большими мощными ядрами. Увеличенные ядра помогают повысить производительность смартфона до уровня ноутбуков нижнего ценового сегмента, а также играют ключевую роль в повышении игрового потенциала. Однако эти большие ядра не всегда равны, как мы видели на Snapdragon 855 в сравнении с Exynos 9820, и в ближайшие годы мы можем столкнуться с большим разбросом в производительности процессора.

Аналогично мы наблюдали, что сокращение до 7 нм улучшило компоновку и энергоэффективность флагманских чипсетов, и вскоре это начнет приносить пользу и чипсетам среднего уровня. Тем не менее, поскольку смартфоны стремятся достичь производительности ноутбуков, разработчикам микросхем необходимо будет уделять особенное внимание компоновке, производительности и аспектам энергопотребления при проектировании своих процессоров. Также остается вопросом, увидим ли мы разницу между чипсетами для телефонов и гибридных ноутбуков на чипсетах ARM в следующем году.

Кроме того, смартфоны не нуждаются в четырех сверхмощных ядрах, тем более что время работы от батареи является главной проблемой. Одно или два ядра для тяжелой работы, поддерживаемые ядрами средней и малой мощности для других задач, кажутся разумным выбором. 2 + 2 + 4 процессорных ядра для телефонов этого поколения, скорее всего, сохранятся до 2020 года. Хотя мы можем увидеть компоновку 4 + 4 в аналогах A77, предназначенных для ноутбуков и устройств, которые требуют высокой пиковой производительности и не так ограничены возможностями батареи.

Заключение. О чипсетах 2020 года в двух словах

Анонсы чипсетов, запланированные на конец этого года, и те, что состоятся в 2020 году, имеют несколько общих черт. Флагманские чипы будут изготовлены по технологии FinFET с размерностью 7 нм или 7 нм+, предлагая лишь незначительные улучшения энергоэффективности по сравнению с предыдущим шагом, связанным с уходом от 10 нм. Смартфоны превзойдут предыдущие показатели производительности процессоров и графики, в то же время переводя в область мейнстрима 5G и возможности машинного обучения.

Тем не менее, рынок высокопроизводительных чипсетов настроен на увеличение разнообразия. Будут расти различия между нестандартными процессорами и графикой, собственными процессорами машинного обучения, уникальными чипсетами 5G и множеством других функций, что еще сильнее увеличит разницу между чипсетами Exynos, Kirin и Snapdragon. Хотя это не обязательно будут изменения в производительности, которые потребители реально могут заметить. Чипсеты среднего уровня, скорее всего, будут развиваться столь же разнообразно. Что еще предстоит выяснить, так это то, как разработчики дорогих чипсетов смогут предоставить 5G покупателям устройств среднего уровня.