CPU-Test: Smartphone-Prozessoren im Vergleich

Fast jeder kennt Displaygröße und Arbeitsspeicher sowie die Auflösung der Kamera im eigenen Handy, aber was wissen Sie eigentlich über den Prozessor Ihres Smartphones? Daber ist der Systemchip Dreh- und Angelpunkt, Antriebsmaschine, elektronisches Herz und Hirn eines jeden Smartphones und Tablets.

In den etwa ein Quadratzentimeter großen, schwarzen Bausteinen, Chips genannt, werkeln zum Teil über fünf Milliarden Transistoren. Von Jahr zu Jahr treiben Apple, HiSilicon (Huawei), Mediatek, Qualcomm und Samsung in ihren High-End-SoCs (System-on-a-Chip) die Rechenleistungen ihrer CPUs weiter nach oben. Ein Ende des Fortschritts? Bis auf Weiteres nicht abzusehen.

Miniaturisierung als Leistungs-Booster

Aber wie schaffen die Chipschmieden das? Indem sie die Packungsdichte der Transistoren erhöhen. Dazu müssen die Halbleiterstrukturen immer weiter verkleinert werden. State of the Art in der Chipfertigung ist derzeit das 10-Nanometer-(nm)-Verfahren. Doch die Miniaturisierung ebnet nicht nur den Weg zu höherer Rechenkapazität der Prozessoren. Sie gewährleistet auch, dass die für Mobilgeräte eminent wichtige Stromaufnahme – Stichwort Akku-Ausdauer – nicht überhandnimmt. 

Beispiel: Samsung berichtete, dass der Umstieg von der 14-nm-Technologie auf die 10-nm-Struktur im Prozessor Exynos 8895 des Galaxy S8 einen um 40 Prozent geringeren Energieverbrauch brachte. Acht oder gar zehn Prozessorkerne (CPU, Central Processing Unit) wie im hierzulande kaum bekannten Mediatek Helio X20 kümmern sich darum, dass selbst anspruchsvolle Aufgaben unverzüglich erledigt werden.

Zusätzliche Engines für Spezialaufgaben

Nebenbei meistern diese „One-Chip-Wonder“ weitere Herausforderungen: Zusätzliche Bildprozessoren (ISP, Image Signal Processor) müssen auf Rechenebene die Kameraaufnahmen in beeindruckende Fotos und Videos verwandeln. Die Aufbereitung der Inhalte für immer hochauflösendere Displays und eine flüssige, detaillierte Darstellung der 2-D- oder 3-D-Spielegrafiken fällt in den für mobile Gamer wichtigen Kompetenzbereich der GPU (Graphics Processing Unit). Auch sie ist wie das Mobilfunk-Modem fester Bestandteil der Universal-Chips. Gleiches gilt für weitere Finessen wie die „KI-Engines“, die unter anderem die Hauptkerne bei der Gesichts- und Spracherkennung entlasten und ihre Analysefähigkeiten und ihre Computerintelligenz dazu nutzen, dem Anwender auch komplexere Aufgaben abzunehmen. 

Der SoC gibt nicht nur bei der Rechen- und Grafikleistung den Takt vor. Er steckt auch die Rahmenbedingungen für die technische Ausstattung eines Smartphones ab. Das schließt die unterstützten Funkstandards und die maximalen Datenraten im Mobilfunk ein. Die Chips beeinflussen zudem die Auswahl des Displays, der Kamerasensoren und – über ihren Energiebedarf – sogar der Akkus. Inwiefern der Hardware-Mix dann passt und ob das (leistungs-)technische Potenzial des SoCs ausgereizt wird, liegt dann letzten Endes in den Händen des Smartphone-Herstellers.

Identische Prozessor-Basistechnologie

Jedes in der connect-Bestenliste vertretene Smartphone baut auf die RISC-Kernarchitektur und die Prozessor-Befehlssätze des britischen Unternehmens ARM. Mit der aktuellen achten Version (ARMv8) erfolgen Speicheradressierung und Datenverarbeitung mit 64 statt 32 Bit. Aus diesem Mikroprozessordesign leiten sich die diversen CPU-Varianten der ARM-Cortex-Reihe ab.

Aktuelle Kerne wie der Cortex-A73 oder dessen Nachfolger A75 sind auf höchste Leistungsausbeute getrimmt. Der in unteren Preisklassen weitverbreitete, leistungsschwächere A53 (Nachfolger A55) ist darauf ausgerichtet, die ihm zugeteilten Aufgaben möglichst energiesparend zu erledigen. Android-Smartphones setzen häufig auf einen Mix aus vier leistungsfähigeren, höher getakteten Kernen für rechenintensive Anwendungen und vier effiziente Cores. 

Neben Apple stecken auch Qualcomm und Samsung eigenes Entwicklungs-Know-how in ihre CPUs. Dabei modifizieren die Chipdesigner die originäre Cortex-A-Architektur mal mehr, mal weniger stark. Samsungs Mongoose-Kerne wie der M3 im Exynos 9810 und Qualcomms Kryo-CPUs erzielen beispielsweise mit gesteigerten Taktraten oder einer optimierten Speicheranbindung häufig bessere Benchmark-Ergebnisse als vergleichbare, „ungetunte“ Pendants.

Wichtig für Spielernaturen: die GPU

Bei den Grafikprozessoreinheiten ergibt sich ein ähnliches Bild: Qualcomm misst einer guten Spieleperformance seiner Systemchips meist eine hohe Bedeutung bei und vertraut mit der „Adreno“-Baureihe auf selbst entwickelte GPUs. Apple kocht mittlerweile eben falls mit Erfolg sein eigenes Grafik-Süppchen. HiSilicon, Mediatek und Samsung gehen einen anderen Weg: Sie übernehmen in der Regel die von ARM entworfenen Grafikeinheiten der „Mali“-Reihe.

Die Benchmark-Tests bei connect

Im Rahmen unserer Smartphone-Tests führen wir auch diverse Benchmark-Tests durch. Neben weiteren Kriterien werden deren Ergebnisse zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit und Stressresistenz der Testkandidaten herangezogen. Die hier durchgeführte umfassende Benchmark-Auswertung unserer Smartphone-Datenbank zielt darauf ab, das Leistungsniveau der derzeit relevanten, aktuellen Systemchips einzuordnen.

Einsame Spitze: Die aktuellen High-End-SoCs

Die Top-Chips der jüngsten Generation deklassieren derzeit die Mittelklasse-Vertreter. Wer (leistungs-)technisch und in der Connectivity – auch auf längere Sicht – nicht abgehängt werden möchte, kommt an einem Snapdragon 845, Exynos 9810 oder auch dem etwas schwächeren Kirin 970 kaum vorbei. Der Apple A11 rennt im Geekbench-Vergleich ohnehin vorneweg. Angesichts des durchgängig hohen Niveaus fallen die nominellen Unterschiede im alltäglichen Gebrauch kaum ins Gewicht. Vor diesem Hintergrund macht es wenig Sinn, ein Smartphone nach dem Systemchip auszuwählen. 

In der Mittel- und Standardklasse liegen die Benchmark-Werte enger zusammen. Wer sich die Zeit gerne mit Spielen vertreibt, ist mit den vergleichsweise leistungsstärkeren Qualcomm-Adreno-GPUs gut unterwegs. Und noch eines: Gerade in unteren Preissphären kommen immer mal wieder Neuheiten mit veraltetem Systemchip auf den Markt. Ein Kauf wäre da keine gute Idee. Maue Leistungsreserven und eine stockende Update-Versorgung der angestaubten Hardware strapazieren schon bald die Geduld des Nutzers. 

Für Systemchips gilt: Neuer ist besser. Und: Ein High-End-Chip allein macht noch lange kein gutes Smartphone. Umgekehrt gilt aber auch: Taugt der SoC nichts, kann es das zugehörige Smartphone nie weit bringen. Letztlich kommt es schlicht und einfach auf ein stimmiges Gesamtpaket und die praxisorientierte Performance an.

Benchmarkwerte ermitteln

Wer wissen möchte, wo sein Smartphone steht, kann mit Apps wie Geekbench 4 ganz einfach selbst Leistungsvergleiche anstellen.

In den connect-Tests liefert unter anderem auch die englischsprachige App "Geekbench 4" Anhaltspunkte zur Beurteilung der CPU-Leistung eines neuen Smartphones (iOS-Version: 1,09 €). 

So geht es ans Eingemachte: Nach der Installation startet ein Fingertipp auf „RUN CPU BENCHMARK“ den ersten Test, der eine Internetverbindung erfordert und mehrere Minuten dauern kann. Geekbench unterscheidet zwischen der Leistungsfähigkeit eines Kerns (Single Core) und bewertet zudem das Teamwork des gesamten Prozessorensembles (Multi Core). 

Beide Zahlen werden am Ende eines Testdurchlaufs im Display angezeigt. Chart-Listen unter https://browser.geekbench.com erleichtern die Einordnung der Ergebnisse. Wichtig: Vor dem Benchmarking sollten Apps im Hintergrund beendet werden. Und: Hat sich das Phone im Teststress stark erwärmt, kann in einem unmittelbar anschließenden Durchlauf die systeminterne, automatische Leistungsdrosselung die Werte verfälschen.

Auf den nächsten Seiten erfahren Sie Einzelheiten zu den Smartphone-Prozessoren der Top-, Mittel- und Standardklasse.