Power-Prozessor
Die 4. Snapdragon-Generation im Detail
2012 kommt die vierte Generation des Snapdragon-Prozessors. Bringt der Neue von Qualcomm einen Leistungsschub?
- Die 4. Snapdragon-Generation im Detail
- Hintergrund: Modul-Bauweise
Das neue Jahr begann in Teilen Asiens am 23. Januar, 2012 wird als "Jahr des Drachen" gefeiert. Auch im amerikanischen San Diego möchte eine Firma, dass 2012 Mobilfunkenthusiasten als Jahr des Drachen in Erinnerung bleibt. Denn 2012 bringt Qualcomm die vierte Baureihe seiner bewährten Snapdragon-Prozessoren auf den Markt, erste Entwicklungsmuster sind an die Smartphone-Hersteller ausgeliefert. Nachdem Anfang 2011 Nvidia mit Zweikern-CPUs und schnellen Grafikeinheiten für Aufmerksamkeit sorgte, führt Qualcomm jetzt als erster die 28-Nanometer-Prozesstechnik ein.
Auf die Breite eines menschlichen Haars passen nun mehr als 4000 der Transistoren genannten Schaltelemente, bisher waren es etwas mehr als die Hälfte. Durch kleinere Strukturen verringert sich der Energieverbrauch, sie ermöglichen zudem höhere Taktfrequenzen. Dazu kann bei gegebener, die Kosten bestimmender Chipfläche die Komplexität gesteigert werden, was die Entwickler in Funktionsumfang und Rechengeschwindigkeit umsetzen können - das macht Strukturverkleinerung so erstrebenswert. Die ersten Smartphones mit der S4 genannten vierten Snapdragon-Generation werden in der ersten Hälfte 2012 erwartet.Prozessor mit GeschichteEin Blick zurück: Als Toshiba Anfang 2009 das TG01 auf dem Mobile World Congress vorstellte, gerieten connect-Redakteure ins Schwärmen. Konnten andere Spitzengeräte seinerzeit mit Taktfrequenzen von maximal 550 MHz aufwarten, startete der erste Snapdragon im TG01 mit 1 Gigahertz durch, seine Rechenleistung lag sogar zweieinhalb bis fünfmal so hoch wie die der Konkurrenz. Das brachte das Windows-Mobile-Betriebssystem gehörig auf Trab, ein viel zu kleiner Akku verwehrte dem Toshiba mit Riesendisplay jedoch den großen Erfolg. Ganz anders erging es dem Snapdragon. Der Name entwickelte sich zum Markenzeichen schneller, fortschrittlicher Smartphones. Der seinerzeit verbaute Prozessor der ersten Baureihe S1 war ein QSD8250, der bis heute in Produktion ist. Wobei das Wort Prozessor für die Snapdragons zu kurz greift, korrekterweise müsste von SoC (System-on-a-Chip) gesprochen werden.System-on-a-Chip
Denn neben der Applikationsprozessor genannten zentralen Steuereinheit befinden sich auch viele andere Bestandteile eines Smartphones in den als Snapdragon firmierenden Chips. So integriert Qualcomm Baugruppen für den Mobilfunk, zur Datenübertragung an Speicher, Speicherkarten-Slot, Kamera, Display, Lautsprecher, Mikrofon und USB-Anschluss und vieles mehr auf seinen Snapdragon-Chips. Hier hat sich bei jedem Generationssprung einiges getan. So war die schnelle Mobilfunkvariante HSPA+ ab der zweiten Snapdragon-Generation S2 verfügbar. 3-D-Kameras unterstützt erst die mit zwei Prozessorkernen ausgestattete dritte Generation. Und in der vierten Generation mit zwei bis vier Kernen kommen Chips mit eingebautem Bluetooth und WLAN zum Einsatz. Auch ein sogenanntes World-Modem, das alle im Einsatz befindlichen Mobilfunkstandards einschließlich LTE unterstützen kann, wird es erstmals in der S4-Baureihe geben. Hierzu sind allein im Modem drei Prozessoren nötig, eine Baseband-CPU übernimmt die Kontrolle, während zwei Hexagon-DSP genannte Digital-Signal-Prozessoren (DSPs) für Kodierung und Dekodierung der Mobilfunkdatenströme zuständig sind. Ob ein Snapdragon-Smartphone nur für GSM und UMTS oder auch für amerikanische und asiatische CDMA2000 Netze geeignet ist, zeigt sich an der zweiten Stelle der Ziffer im Produktnamen. Eine 2 steht hier für GSM/UMTS, eine 6 zusätzlich für CDMA, das World-Modem wird sich in einer 9 widerspiegeln. Eine 0 und ein APQ im Namen kennzeichnen den Verzicht auf ein Mobilfunkmodem - solche Chips kommen in Tablets und neuerdings auch in Fernsehern zum Einsatz. Prozessor-Architektur
Das Design der in Smartphones eingesetzten Applikationsprozessoren kommt fast ausschließlich von der britische Firma ARM. Sie entwickelt, was Apple, Nvidia, Samsung und viele andere in Lizenz fertigen. Das immer gleiche Design führt zu überall gleichen Befehlssätzen. Ein Smartphone-Hersteller kann also mit vergleichsweise wenig Betriebssystemanpassung ein preiswertes Mobiltelefon mit dem Prozessor von Lieferant A und ein teures mit einem von Lieferant B herstellen. Für seinen ersten Snapdragon hat Qualcomm nun nicht das ARM-Prozessor-Design lizenziert, sondern nur den zugehörigen Befehlsatz. Zu diesem entwickelten die Amerikaner einen eigenen, unter dem Namen Scorpion firmierenden Rechenkern. Ein Beispiel für die Eigenarbeit ist die Einheit zur Berechnung komplexer Video- oder Audiodaten, wie sie etwa bei der MP3- oder Video-Wiedergabe nötig sind. Bei hierfür nötigen SIMD-Befehlen (Single Instruction, Multiple Data) kann der Scorpion doppelt so viele Datenbits gleichzeitig verarbeiten wie der Referenzprozessor von ARM. Viel Arbeit hat das Qualcomm-Designteam auch in die Energieverwaltung gesteckt, die es gestattet, unterschiedliche Prozessorteile mit an die jeweiligen Anforderungen angepasstem Takt arbeiten zu lassen und momentan unbenutzte Bereiche einfach abzuschalten. Dank solcher Maßnahmen soll der Scorpion-Kern unter Last gut 40 Prozent weniger Energie gebraucht haben als normale ARM-Implementierungen.
In der vierten Generation hat Qualcomm noch einmal zugelegt. Seine jetzt Krait genannten Rechenkerne warten etwa mit verbesserten Pipelines auf, in denen Befehle wie auf einem Fließband in Teilaufgaben unterteilt abgearbeitet werden. Zusammen mit einem deutlich verbesserten, zweikanaligen Speicherzugriff und weiteren Optimierungen soll sich die Rechenleistung um 60 Prozent erhöht haben. Hinzu kommt die Unterstützung von maximal vier Kernen, die zur Verbrauchsoptimierung mit unterschiedlichen Taktfrequenzen betrieben werden können. Neben den Krait-Kernen, auf denen Betriebssystem und installierte Apps laufen, befinden sich außerdem unter den Namen Venum und Hexagon diverse weitere, hochspezialisierte Prozessoren im System-on-a-Chip. Der aus Kundensicht vielleicht wichtigste ist der Grafikprozessor (GPU) Adreno. Er soll in der stärksten Variante Adreno 320 laut Qualcomm rund 15 Mal die Performance seines Vorgängers Adreno 200 (S1) bieten. Der erhöhten Grafikleistung kommt besondere Bedeutung zu, eröffnet sie doch die Welt zum anspruchsvollen Gaming. Auch Microsoft hat das Potenzial der bisherigen Smartphone-Chips erkannt, das kommende Windows 8 unterstützt neben den CPUs von Intel und AMD erstmals Prozessoren mit ARM-Befehlssatz. Mit dem Snapdragon S4 kann Qualcomm so zur Alternative auf einfachen Mobilrechnern werden.Mehr InformationenBildgewaltig - Display-Technologien im Überblick
