Während das Smartphone-Design in den letzten Jahren zu stagnieren scheint, gibt es auf der Verarbeitungsseite immer noch Fortschritte – auch wenn wir sie nicht immer bemerken. In diesem Artikel erklären wir die Gemeinsamkeiten und Unterschiede und worauf Ihr bei den Flaggschiff-SoCs achten solltet, die in den leistungsstärksten Smartphones 2024 verbaut sind.
Nachdem wir in einer früheren Version dieses Leitfadens die Chips von Qualcomm, MediaTek, Apple, Samsung und Huawei/HiSilicon gegenübergestellt haben, hat sich im Bereich der Smartphone-Komponenten einiges geändert, insbesondere der Einstieg von Google, das Aus und das Comeback für die Flaggschiff-Prozessoren von Huawei aufgrund von US-Sanktionen und der Rückzug von Samsung aus dem Premium-Bereich. Werfen wir zunächst einen Blick auf den Vergleich der technischen Daten der heutigen Konkurrenten.
Snapdragon vs. Dimensity vs. Exynos vs. Tensor vs. Apple: Specs im Vergleich
Ende 2023 ~ Anfang 2024 | Ende 2022 ~ Anfang 2023 | ||||||||
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Qualcomm Snapdragon 8 Gen 3 |
MediaTek Dimensity 9300 |
Samsung Exynos 2400 |
Google Tensor G3 |
Apple A17 Pro |
Qualcomm Snapdragon 8 Gen 2 |
MediaTek Dimensity 9200+ |
Apple A16 Bionic |
Google Tensor G2 |
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Prime-Kern | 1x Cortex-X4 @ 3,3 GHz | 4x Cortex-X4 @ 3,25 GHz | 1x Cortex-X4 @ 3,2 GHz | 1x Cortex-X3 @ 2,91 GHz | 2x Apple Custom @ 3,78 GHz | 1x Cortex-X3 @ 3,36 GHz | 1x Cortex-X3 @ 3,35 GHz | - | 2x Cortex-X1 @ 2,85 GHz |
Performance-Kern | 5x Cortex-A720 @ 3,2 GHz | 4x Cortex-A720 @ 2,0 GHz | 2x Cortex-A720 @ 2,9 GHz 3x Cortex-A720 @ 2,6 GHz |
4x Cortex-A715 @ 2,37 GHz | - | 2x Cortex-A715 @ 2,8 GHz 2x Cortex-A710 @ 2,8 GHz |
3x Cortex-A715 @ 3,0 GHz | 2x Everest @ 3,46 GHz | 2x Cortex-A78 @ 2,35 GHz |
Effizienz-Kern | 2x Cortex-A520 @ 2,3 GHz | - | 4x Cortex-A520 @ 1,95 GHz | 4x Cortex-A510 @ 1,7 GHz | 4x Apple Custom @ 2,11 GHz | 3x Cortex-A510 @ 2 GHz | 4x Cortex-A55 @ 2,0 GHz | 4x Sawtooth @ 2 GHz | 4x Cortex-A55 @ 1,8 GHz |
GPU-Kern | Adreno 750 | 12x Immortalis-G720 | AMD RDNA3 | ARM Mali-G715 | 6x Apple eigene | Adreno 740 | 11x Immortalis-G715 | 5x benutzerdefinierte GPU | 7x Mali-G710 |
5G-Modem | Snapdragon X75 (10/3.6 Gbps) |
MediaTek (7/3,5 Gbit/s) |
Exynos (10/3,67 Gbit/s) |
Exynos 5300i (10/3,67 Gbit/s) |
Extern (Snapdragon X70) |
Snapdragon X70 (10/3,6 Gbit/s) |
MediaTek T800 (7/3,5 Gbit/s) |
Extern (Snapdragon X65) |
Exynos 5300 (10/3,67 Gbit/s) |
WLAN | Wi-Fi 7 | Wi-Fi 7 | Wi-Fi 6E | Wi-Fi 7 | Wi-Fi 6E | Wi-Fi 7 | Wi-Fi 7 | Wi-Fi 6 | Wi-Fi 6E |
Bluetooth | 5.4 | 5.4 | 5.3 | 5.3 | 5.3 | 5.3 | 5.3 | 5.3 | 5.2 |
Prozessknoten | TSMC N4 | TSMC N4 | Samsung 4LPP+ | Samsung 4LPP | TSMC N3 | TSMC N4 | TSMC N4P | TSMC N4P | Samsung 5LPE |
Das Design mobiler System-on-Chip (SoC) ist in den letzten Jahren ziemlich stabil geblieben. Die meisten Chip-Hersteller verfolgen ein ähnliches Multi-Core-Design mit vielen spezialisierten Blöcken, die Verarbeitungsaufgaben von der zentralen Recheneinheit (CPU) abnehmen:
- Grafikverarbeitungseinheit (GPU): Sie ist für die Beschleunigung visueller Berechnungen zuständig, speziell für das 3D-Rendering.
- Bildsignalprozessor (ISP): Verarbeitet Daten, die von den Kamerasensoren erfasst werden.
- Digitaler Signalprozessor (DSP): Verarbeitet Daten, die von anderen Sensoren erfasst werden, und wird manchmal für die Medien- und/oder Kommunikationsverarbeitung eingesetzt.
- Neural Processing Unit (NPU) (auch bekannt als AI Accelerator, APU bei MediaTek): Spezialisiert auf Aufgaben der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens.
- Modem: Verantwortlich für die Unterstützung von Mobilfunknetzen (z. B. 4G/LTE, 5G Sub-6 GHz, 5G mmWave...).
Die CPU-Kerne werden in der Regel zwischen Effizienz- und Leistungskernen aufgeteilt, wobei erstere deutlich weniger Energie verbrauchen, aber nicht besonders schnell sind. Performantere Aufgaben werden bei Bedarf auf die Leistungskerne verlagert, wobei es bei Android-Chips eine dritte Stufe mit noch schnelleren CPUs gibt, die als "Prime Core" bezeichnet werden.
Fast 10 Jahre lang haben alle Smartphones der traditionellen Marken die gleiche CPU-Architektur verwendet: ARM. Aber nicht alle ARM-CPUs sind gleich. Apple zum Beispiel entwickelt seine eigenen Cores, die mit dem ARM-Befehlssatz kompatibel sind, während die Android-Anbieter Referenz-CPU-Kerne von ARM, die sogenannten Cortex-Kerne, übernehmen.
Angesichts des Erfolgs der Apple-eigenen Designs wird erwartet, dass sowohl Qualcomm als auch Samsung wieder eigene ARM-Designs anbieten werden, was an die Anfangszeit der Android-SoCs mit den Qualcomm Krait- und Samsung Mongoose-Kernen erinnert. Ab 2023 werden sich die ARM-Referenzkerne für Mobilprozessoren auf Cortex-X, Cortex A7xx und Cortex-A5xx als Haupt-, Leistungs- bzw. Effizienzkerne verteilen.
In den letzten drei Jahren gab es bei den Android-Flaggschiff-SoCs ein Hauptunterscheidungsmerkmal im Vergleich zu den Mittelklasse-Chips: Die Prime-Cores. Mit der Einführung des Snapdragon 7+ Gen 2 von Qualcomm wurde diese Unterscheidung jedoch überflüssig, aber dieser Chip verfügt im Vergleich zu den Flaggschiff-Chips des Unternehmens immer noch über eine etwas weniger leistungsfähige GPU, einen ISP und ein Modem.
Ein weiterer Bereich, in dem Apple die Oberhand hat, ist das Herstellungsverfahren, genauer gesagt, die Vorzugsbehandlung durch den weltweit fortschrittlichsten Chiphersteller, die Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC). Aufgrund der schieren Größe des Unternehmens, das Chips für Smartphones, Tablets und jetzt auch PCs herstellt, hat Apple Anspruch auf die neuesten Prozessknoten des taiwanesischen Unternehmens.
Neuere Prozesse bedeuten in der Regel eine höhere Transistordichte – die Möglichkeit, mehr Kerne, Cache und andere Strukturen unterzubringen oder einfach mehr Chips auf derselben Fläche unterzubringen – höhere Verarbeitungsfrequenzen und/oder einen geringeren Stromverbrauch.
Apple hat die ersten Consumer-Prozessoren auf dem 7-nm-Chip von TSMC hergestellt – technisch angekündigt nach dem Kirin-Chip von Huawei, der aber als erster in die Läden kommt – und auf dem 5-nm- sowie 3-nm-Chip, wobei letzterer für den aktuellen A17-Prozessor in den iPhone-15-Pro-Modellen verwendet wird.
MediaTek hat ebenfalls eine enge Partnerschaft mit TSMC, liegt aber in der Regel einen Prozessknoten hinter Apple zurück. In der Vergangenheit war das Unternehmen dafür bekannt, dass es keine energieeffizienten Prozessoren herstellte, aber das lag daran, dass es veraltete Fertigungsprozesse von TSMC und UMC, ebenfalls aus Taiwan, verwendete. Die Dimensity-Chips hingegen werden in modernen Prozessen hergestellt und sind daher beim Energieverbrauch wettbewerbsfähig.
Qualcomm wiederum verfolgt in der Regel eine Foundry-agnostische Strategie, bei der die Produktion je nach Verfügbarkeit gebucht wird. Der Snapdragon 888/888+ und der Snapdragon 8 Gen 1 wurden zum Beispiel von Samsung Foundry hergestellt, aber ihr Nachfolger, der Snapdragon 8+ Gen 1, verwendet den N4-Prozess von TSMC, was zu einem geringeren Stromverbrauch und einer geringeren Wärmeabgabe führt.
Samsungs hauseigene Chips werden offensichtlich von Samsung Foundry hergestellt, das in den letzten Jahren nicht mit den TSMC-Knoten der gleichen "Nanometer"-Generation konkurrieren konnte. Die Südkoreaner sind jedoch optimistisch, dass ihr Prozess der 3-nm-Klasse eine 45-prozentige Verbesserung des Stromverbrauchs bieten wird, was bei Mobiltelefonen eine willkommene Entwicklung wäre.
Da die Tensor-Mobilfunkchips auf den Produkten von Samsung LSI basieren, werden auch die Prozessoren von Samsung Foundry gefertigt, wobei Gerüchte über einen zukünftigen Wechsel zu TSMC die Runde machen. Tensor-Chips unterscheiden sich von Exynos-SoCs in der Regel durch unterschiedliche CPU- und GPU-Cluster und vor allem durch Googles hauseigene Tensor NPU.
In den letzten zwei Jahren schlossen sich die mobilen Prozessoren dem Trend bei den PC-GPUs an, Raytracing (RT) und andere Rendering-Funktionen moderner GeForce- und Radeon-Grafikkarten zu übernehmen. Obwohl wir nicht erwarten, dass wir in absehbarer Zeit Desktop-Grafik auf mobilen Geräten sehen werden, gab es einige interessante Entwicklungen, die mit diesem Trend einhergingen.
Die erste war der Einstieg von AMD in den Bereich der mobilen SoCs mit seinen Radeon-Grafik-Prozessoren auf dem Samsung Exynos 2200, der die gleiche RDNA2-Architektur nutzt – wenn auch mit viel weniger Kernen – als die neuesten PlayStation- und Xbox-Konsolen. Samsungs Rückzug aus dem Bereich der mobilen Flaggschiff-SoCs bedeutete jedoch, dass es erst zwei Jahre später einen Nachfolger gab : Der Exynos 2400-Chip, der in den Galaxy-S24-Modellen zum Einsatz kommt, verfügt über eine RDNA3-GPU.
Die Adreno-GPUs von Qualcomm gehen ihren eigenen Weg und es gibt nur wenige öffentlich zugängliche Details zu den Spezifikationen. Die neuesten Generationen unterstützen neben anderen fortschrittlichen Funktionen auch Raytracing, sodass sie auch in anderen Snapdragon-Chips für Windows-Laptops eingesetzt werden können.
MediaTek verwendet in seiner Dimensity-Reihe meist die Referenz-GPUs von ARM, wobei die neueren Dimensity 9200/9200+ von der RT-fähigen Immortalis-G715 GPU angetrieben werden. In der Vergangenheit verfügte die Helio-SoC-Familie über deutlich weniger ARM Mali-GPU-Kerne als ihre Exynos- und Kirin-Konkurrenten, was zu einer geringeren Leistung führte. Das ändert sich mit den Flaggschiff-Modellen der Dimensity-Reihe dank einer hochwertigeren Positionierung und fortschrittlicher TSMC-Knoten.
Google passt nicht ganz zu den anderen SoC-Marken im Android-Bereich und geht bei den GPUs genauso wie bei den CPU-Kernen einen anderen Weg. Der Tensor G2 verfügt über relativ wenige sieben GPU-Kerne einer älteren Generation und ist daher nicht mit den gleichen Funktionen kompatibel wie seine Konkurrenten, die das gleiche Rezept für den G3-Prozessor von 2023 verwenden.
Apple gibt nicht viel über seine hauseigenen GPU-Designs preis, die viel mit den PowerVR-Videoprozessoren der alten Schule gemeinsam haben. Die iPhone-GPUs sind jedoch sehr leistungsfähig, da sie ihr Kerndesign mit den größeren Apple M-Chips teilen, die in Mac-PCs verwendet werden.
Da künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) dank Stable Diffusion und ChatGPT noch stärker im Rampenlicht stehen als in den vergangenen Jahren, ist zu erwarten, dass die Bedeutung von KI-spezifischen Kernen nur noch zunehmen wird. In dieser Hinsicht werden die Flaggschiff-Mobilchips dank dedizierter Kerne wie der Neural Engine von Apple, dem Hexagon von Qualcomm, der APU von MediaTek und der TPU von Google immer leistungsfähiger für ML-Aufgaben.
Leider sind die von den Herstellern angegebenen Zahlen nicht vergleichbar: Apple gibt für seinen A16 Bionic-Chip 16 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde (TOPS) an, während Qualcomms Zahlen früher die Rechenleistung von DSP, CPU und GPU einschlossen, bis das Unternehmen die Angabe der TOPS-Zahlen für seine Snapdragon-Chips einstellte.
Unabhängig davon werden die Unternehmen weiterhin mit KI-Funktionen auf den Chips werben und kühne Behauptungen über Leistungsverbesserungen aufstellen, während die Betriebssysteme und Apps versuchen, bei der Unterstützung aufzuholen.
Flaggschiff-Prozessoren werden in den nächsten Jahren weiter auf dem Vormarsch sein, vor allem mit der Rückkehr der Custom Designs von Qualcomm und Samsung und der KI im Rampenlicht. Es bleibt jedoch abzuwarten, ob die Softwareunterstützung mithalten kann, denn es dauert in der Regel sehr lange, bis diese Fortschritte die Mainstream-Prozessoren erreichen.
Außerdem bedeuten mehr dedizierte Kerne in der Regel, dass mehr Transistoren verwendet werden, was ohne weitere Fortschritte bei den Herstellungsverfahren nicht immer wirtschaftlich ist. Gerüchte, dass zukünftige Chip-Generationen teurer werden, halten sich hartnäckig, auch wenn es sich dabei um Informationen handelt, die zwischen Chip- und Handyherstellern geheim gehalten werden.
Andererseits waren frühere Vorhersagen, wonach Qualcomm ein Monopol auf die Flaggschiff-SoCs für Android haben würde, falsch, denn die Konkurrenz kommt nicht nur von Samsung, sondern auch von MediaTek und dem Newcomer Google. Die Wettbewerbslandschaft ist weit entfernt von derjenigen vor 10 Jahren, aber es gibt immer noch Konkurrenz, auf die man sich freuen kann.