Technikwissen

Hintergrund: Smartphone-Prozessoren

Der Prozessor ist das Herz jedes Smartphones und kommt von Qualcomm, Intel, Nvidia oder auch Samsung. Was Käufer und Nutzer über dieses miniaturisierte Rechenzentrum noch wissen müssen.

Smartphone-Prozessoren

© Hersteller

Moderne Smartphone-Prozessoren sind "Systems on a Chip" - komplette Mini-Computer auf einem Stück Silizium.

Der "Motor" in einem Smartphone ist der Prozessor. Diese zentrale Recheneinheit (auf Englisch heißt sie "CPU" - Central Processing Unit) arbeitet alle Programmschritte und Rechenaufgaben der Software ab.

Sie liest und verarbeitet Daten von der E-Mail bis zum Videostream und besitzt spezialisierte Unterbaugruppen, die zum Beispiel für die schnelle Aufbereitung von Grafiken (Grafikprozessor), die effiziente Manipulation von Multimedia-Daten (DSP - Digitaler Signal-Prozessor) oder die blitzschnelle Verbesserung der vom Fotosensor eingefangenen Bilddaten (Kamera-Controller) ausgelegt sind.

Smartphone-Chips leisten immer mehr

Tatsächlich sind heute aktuelle Smartphone-Prozessoren schon fast eigenständige Computer, die nur noch wenig externes Zubehör wie Speicherchips, Kamerasensor und GPS-Antenne brauchen.

Auf den leistungsstärksten Vertretern ist sogar schon die Verwaltungselektronik für alle unterstützten Funkstandards untergebracht. Die "Controller" für LTE, UMTS bis hin zu DC-HSPA+, GSM mit GPRS und EDGE, WLAN bis zum brandneuen 11ac- Standard und Bluetooth 4.0 brauchen dann im Wesentlichen noch externe Antennen und ein wenig Anpassungselektronik - schon kann das System online gehen.

Diese Auslegung hilft den Entwicklern moderner Handys, Platz und Gewicht zu sparen, da mehrere sonst erforderliche Zusatzchips entfallen können.

Huawei

© Hersteller

Der chinesische Hightech-Anbieter hat mit der Firma Hisilicon eine eigene Tochterfirma, die Prozessoren fertigt. Allerdings nutzen auch Huawei-Handys nicht ausschließlich CPUs aus eigenem Hause.

Der Prozessor als Entscheidungshilfe beim Handykauf

Ein genauerer Blick ins Innenleben von Smartphone-Prozessoren kann bei der Suche nach dem richtigen Smartphone helfen. Taktfrequenz und Anzahl der Prozessorkerne sind dabei zwei wichtige Faktoren. So kann man schon vor dem Kauf abschätzen, ob bestimmte Einschränkungen für Sie relevant sind oder nicht.

Snapdragon, Tegra, Exynos: Neue CPU-Generation

Die Prozessorbestückung eines Smartphones gibt connect bei jedem Test an und führt sie auch in der Bestenliste. Was sich technisch jeweils dahinter verbirgt, finden Sie in der folgenden Bildergalerie, in der wir die aktuell wichtigsten Prozessoren vorstellen.

Bildergalerie

Intel Atom Z2460
Galerie
Snapdragon Tegra & Co.

Von Qualcomm über Intel, Nvidia, Texax Instruments und Huawei bis Samsung: Wir stellen die derzeit wichtigsten Prozessoren für Smartphones und…

Doch welche Rolle spielen die dort genannten technischen Daten? Im Android-Markt basieren fast alle relevanten Prozessoren auf der sogenannten ARM-Architektur. Das bedeutet, dass sie nach einem vom britischen Chiphersteller "Advanced RISC Machines Holding" entwickelten Standard arbeiten.

Das Kürzel RISC steht für "Reduced Instruction Set Computing" - vereinfacht gesagt unterstützen solche Chips weniger Befehle, die sie dafür schneller abarbeiten können. Auf allen Chips, die auf dem ARM-V7-Befehlssatz basieren, laufen dieselben Apps.

Im Umkehrschluss folgt daraus allerdings: Die derzeit noch zahlenmäßig geringen Android-Geräte mit einem Atom-Chip von Intel (der auf Intels eigener x64-Architektur basiert), brauchen speziell aufbereitete Software.

Deshalb können das Motorola RAZR i oder das Lenovo K800 nicht alle Apps aus den einschlägigen App-Stores nutzen - auch wenn das Angebot an x64-kompatiblen Android-Apps beständig wächst.

Die 10 besten Android-Handys im Test

Aufgeführt haben wir in der Überischt auch, mit welcher Herstellungstechnologie die jeweiligen Chips produziert werden. Diese Angabe in Nanometer sagt aus, wie "breit" die ins Silizium geätzten Leiterbahnen sind. Vereinfacht gesagt braucht ein Chip umso weniger Strom, je weniger Nanometer seine Strukturbreite beträgt.

Nvidia Tegra 4

© Hersteller

Die seit Kurzem verfügbare Generation "Tegra 4" bietet abermals mehr Leistung bei weniger Stromverbrauch als ihr Vorgänger. Diesen Weg beschreiten alle Chiphersteller bei ihrer Produktentwicklung.

Auch auf den Speicher kommt es an

Die sogenannten Caches sind Zwischenspeicher, auf die der Chip besonders schnell zugreifen kann. Hier lässt sich generell sagen: Je größer die Level-1- und Level-2-Caches, umso besser. Denn dann kann der Prozessor mehr Daten ohne Nachladen oder Auslagerung in den langsameren Arbeitsspeicher bearbeiten.

Interessant ist auch, welche Grafikeinheit im Prozessor enthalten ist. Sie läuft typischerweise mit geringerer Frequenz als die CPUKerne. Doch auch hier gilt vereinfacht: Je mehr Kerne und je mehr Megahertz, umso schneller manipuliert der Prozessor die Pixel. Apropos Speicher:

Wichtig für die Leistung eines Prozessors ist nicht zuletzt, wie schnell er auf den externen Arbeitsspeicher (also das RAM) im Smartphone zugreifen kann. Werden hier zwei Speicherkanäle unterstützt, finden die Zugriffe schon mal doppelt so schnell statt. Und 64-Bit-Architekturen können in einem Schritt mehr Dateninhalte bewegen als 32-Bit-Varianten.

Für die in der Tabelle angegeben maximale Speichertaktfrequenz gilt wieder: Je schneller, desto besser. Wichtig zum Verständnis: Die von uns angegebenen Frequenzen sowie Pixelzahlen und ähnliche Werte sind meist die vom jeweiligen Chip unterstützten Maximalwerte. Nicht jedes Smartphone reizt diese auch bis zum Anschlag aus.

Intel

© Hersteller

Bei Desktops und Notebooks ist die Firma Intel der Platzhirsch, bei Smartphones gilt sie eher als Newcomer. Den Stromsparchip "Atom" hat Intel für Handys optimiert. Doch er braucht eigens angepasste Apps.

Mehr Leistung verbraucht mehr Strom

Allerdings hat jeder Leistungszuwachs gerade bei Smartphone-Komponenten auch seine Nachteile. Zwar brillieren vier gleichzeitig betriebene Rechenkerne (Quad-Core) beim Abarbeiten mehrerer paralleler Aufgaben durch Höchstleistung, doch zehren so ausgestattete Prozessoren auch umso stärker am chronisch knappen Akkustrom.

Die Hersteller der Zentralchips erfinden deshalb ständig neue Tricks, wie sie den Energieverbrauch eindämmen und dennoch bei Bedarf möglichst hohe Leistung bieten können.

Der Chiphersteller Nvidia kombiniert zu diesem Zweck zum Beispiel einen klassischen Vierkernprozessor mit einem fünften, auf Stromsparbetrieb optimierten Kern. Letzterer ist aktiv, wenn das Telefon im Ruhezustand vor sich hindämmert und allenfalls auf ankommende Nachrichten oder das Aufwecken durch seinen Benutzer wartet.

Will der User jedoch aufwendige Spiele spielen oder Bilder umrechnen, schaltet der Chip auf seine vier Hochleistungskerne um.

Vier plus eins = Strom sparen

© Hersteller

In der Tegra-Serie von Nividia steht neben vier leistungsoptimierten Prozessorkernen ein fünfter "Battery Saver Core" bereit. Er übernimmt, wenn das Handy im Stromsparschlaf vor sich hin döst.

Einen ähnlichen Weg geht Samsung bei seiner neuesten Prozessorfamilie Exynos 5: Hier stehen sogar gleich zwei mal vier Kerne bereit - vier auf Leistung getrimmte Recheneinheiten, die auf der modernen und starken "Cortex A15"-Architektur basieren, und vier fürs Batteriesparen optimierte Kerne, welche die ältere, aber genügsamere "Cortex A7"-Architektur nutzen. Die in den USA verkaufte Variante des Samsung-Topmodells Galaxy S4 setzt auf diesen als "big.LITTLE" bezeichneten Aufbau - bislang so gut wie exklusiv.

Marktübersicht: Smartphones und Tablets mit LTE

In den hierzulande und im Rest Europas angebotenen S4-Varianten kommen Chips aus der Qualcomm-Serie Snapdragon 600/800 zum Einsatz. Sie können zwar auch Strom sparen, bewerkstelligen dies aber durch gezieltes Ein- und Ausschalten ihrer vier Kerne sowie durch Reduktion der Taktfrequenzen.

Texas Instruments wiederum verfolgt bei seinem "OMAP 4"-Chip eine ähnliche Strate gie wie Samsung und Nvidia, beschränkt sich dabei aber auf zwei mal zwei Kerne.

Mehr lesen

Wer ist die Nummer eins? -

Mehr zum Thema

Verschiedene Smartphones unter 100 Euro
Kauftipps

Unsere Kauftipps für kleine Budgets arbeiten mit Android oder Windows Phone und bieten erweiterbare Speicher.
Windows Phone
Windows Phone

Ende Oktober startete Microsoft Windows Phone 8. Wie steht die neue Plattform nach gut 100 Tagen da? Ein Fazit.
Samsung Apps
Tipp

Wie löscht man eine App vom Android-Handy, -Smartphone oder -Tablet? Wir zeigen, wie das bei Geräten verschiedener Hersteller funktioniert.
Honor 6+
Huawei Flaggschiff

Huawei wird morgen das Honor 7 vorstellen. Vermutlich kommt das neue Huawei-Flaggschiff in zwei Versionen. Fast alle technischen Daten wurden jetzt…
Honor 6 Plus
Smartphones

85,0%
Das Honor 6 Plus orientiert sich im Design am iPhone 5s. Doch kommt das Mittelklasse-Smartphone im Test auch technisch…
Alle Testberichte
Acer Switch Alpha 12
Detachable
75,4%
Das Acer Switch Alpha 12 ist das erste lüfterlose 2-in-1-Gerät mit Core-i-Prozessor. Im Test hinterlässt es einen…
Huawei P9 Plus
5,5-Zoll-Smartphone
88,0%
Huawei optimiert das P9 und heraus kommt ein echter Überflieger: Wir haben das Huawei P9 Plus getestet.
Samsung Galaxy A3 rosa
Testberichte
Alle Tests von Smartphones, Handys, Tablets, Navis, Notebooks und Ultrabooks, DECT-Telefonen und DSL-Routern in der Übersicht.