19 февраля 2019

Берёзки NEWS №60. Эволюционный тупик?

Когда наши смартфоны станут быстрее? Ищем ответ.

Рекламная компания Vivo, упор на скорость работы смартфона

Часто бывает так, что на коробке с новым смартфоном красуется обещание, которое не выполняется на практике. Наибольшее разочарование вызывает непонимание того, что производитель имеет в виду, говоря о «быстром» смартфоне. Что значит «быстрый» смартфон? Для простого пользователя это молниеносная реакция смартфона на прикосновение к экрану, будь то запуск приложения или листание сайта. А вот производитель, похоже, опирается на результаты синтетических тестов и собственную совесть. Несоответствие ожиданий и реальности часто происходит в момент вывода на рынок нового чипсета, который на поверку оказывается не так уж и хорош. На ум приходят неудачные решения от Qualcomm, Samsung и HiSilicon. Борясь за первенство в большом соревновании за кошелек покупателя, производители железа втыкают свои шпоры глубоко в бока разработчиков, и на свет появляются чипсеты, про которые хочется сказать «сделано из-под палки» или «на скорую руку». Самый громкий такой случай, который сразу приходит на ум, произошел с чипсетом Snapdragon 810, прекрасно работавшим первые несколько минут, а потом уходившим в перегрев и глубокое отрицание необходимости работы. В случае топовых чипсетов Samsung жалобы формировали не только те, кому не хватало производительности в сложных играх, но и специалисты, удивленные искусственным ограничением вывода изображения на экран в играх и сложных приложениях до 30 кадров в секунду. До недавнего времени чипсеты HiSilicon непонятным образом отказывались запускать самые простые приложения.

Догадайтесь, где стоит Snapdragon 810. Фото tweakers.net

Все производители чипсетов для смартфонов покупают лицензию у компании ARM, после чего в их распоряжение поступают вся доступная документация, информационная поддержка и право на производство и продажу. На следующем этапе происходит проектирование чипсета, а затем и платформы. Производитель подбирает количество ядер и технологический процесс их изготовления, рисует и изготавливает трафарет, который чуть позже воплощается в прототип. Надо понимать, что в компании ARM не изготавливают опытные партии, во многом их работа носит исключительно теоретический характер. Вспомним одно из первых воплощений архитектуры ARM big. LITTLE – чипсет Qualcomm Snapdragon 615 (MSM8939), который был очень странным. Два кластера по четыре ядра Cortex A-53 должны были быстро переключаться между собой в зависимости от нагрузки, решая вопросы энергосбережения без потери производительности, но что-то пошло не так, и все смартфоны на базе этого чипсета грелись и высаживали аккумулятор буквально на глазах. Для 2014 года это была абсолютно новая технология, не обкатанная и досконально не изученная самими разработчиками. К слову, каждое новое поколение Cortex отличается не столько переходом на новый уровень производительности, сколько дополнительной оснасткой, интегрированной в чипсет. В случае А-53 такими интегрированными модулями стали LTE и Wi-Fi 802.11ac, и это было довольно радикальное изменение конструкции. Все говорит за то, что теоретические расчеты по энергопотреблению, произведенные инженерами ARM, в реальных условиях оказались сильно занижены. К реальным условиям следует отнести устаревший и «горячий» техпроцесс 28 нм.

На следующем этапе развития мы наблюдали продолжение тенденции. Так, в чипсет Snapdragon 650 внедрили более быстрые модули Wi-Fi и LTE (с поддержкой двух SIM-карт), сигнальный процессор и новый видеочип, а контроллер оперативной памяти стал поддерживать RAM LPDDR3 с частотой 933 МГц против 800 МГц в 615-м. При всем этом техпроцесс оставался прежним – 28 нм, и чипсет грелся, несмотря на удаление из конструкции двух ядер, которых стало шесть против восьми. Техническое описание чипсета – тип Cortex – стало маркетинговой фишкой, с помощью которой продавец смартфона мог доказывать преимущество нового продукта над старым, на практике же это не говорило ни о чем. Довольно показательным является сравнение производительности Cortex A-15 (Krait ™ 400) в Snapdragon 800 и Cortex A-72 в Snapdragon 650. Несмотря на значительный разрыв в номере версии (72 против 15), в тестах для одного ядра 650-й оказался слабее на 3%. Технология радикально не менялась, а объективное ускорение работы смартфонов было вызвано появлением и доступностью более быстрой оперативной памяти, новых флеш-накопителей и передачей видеочипам дополнительных функций. При этом все управление работой чипсета, разгоном и парковкой ядер, выбором режима электропитания и уходом в сон осуществлялось на уровне программного обеспечения. Производитель называл такое ПО красивым названием и демонстрировал как достижение, один из примеров – это CorePilot от MediaTek. Но при управлении аппаратными средствами с помощью софта всегда существует возможность сбоя и некорректной работы. А рекламировали это так:

Осенью прошлого года был анонсирован чипсет HiSilicon Kirin 980, использующийся в Honor View 20, Huawei Mate 20 и 20 Pro. Ранее вошло в привычку понимание того, что рост чистой вычислительной производительности при переходе на более деликатный техпроцесс составлял около 10-15%, несмотря на обещания чипмейкеров о превосходстве новинок в 30-40%. Так было при переходе с 28 нм на 16 и с 16 на 10 нм. Этот рост вполне объяснялся увеличением пропускной способности оперативной памяти (переход с DDR3 на DDR4) и поднятием тактовой частоты процессора. Но в этот раз рост составил реальные 29% по сравнению с ближайшим преследователем – Snapdragon 845. И объяснение этому может быть только одно – использование новой архитектуры Cortex A-76 и, возможно, неспособность современных тестов поставить в одинаковые условия старые и новые чипсеты. Отличительной особенностью новой архитектуры Cortex A-76 является использование технологии DynamIQ.

Типичная маркетинговая картинка, в случае Cortex A-76 оказавшаяся почти правдой

DynamIQ – это технология аппаратного управления энергопотреблением вычислительных ядер и, своего рода, аппаратный диспетчер задач. Среди отличительных особенностей (согласно ARM) – замедление вычислительного ядра до минимальных значений без полного отключения и мгновенный запуск при обращении внешнего API. ARM создали новую архитектуру очень гибкой, и, видимо, любители покопаться в спецификациях обретут новый ориентир для оценки чипсетов разных производителей – размер L3 Cache для ARM, который в А-76 может варьироваться от 512 КБ до 4 МБ. Похоже, что и новый чипсет от Qualcomm c литерой 855 будет представлять собой вариант Cortex A-76 c многочисленными доработками. Хотя производитель и не признается, что именно скрывается под обозначением Kryo 485 в SDM855, но сама схема вычислительных ядер 1+3+4 была бы невозможна при использовании архитектуры Cortex A-75.

Эволюция ARM big.LITTLE, выразившаяся в общем доступе к памяти процессоров всех ядер сразу. Исключение из цикла обязательного обращения к RAM ускорило «переключение» кластеров

И, вместе с тем, изменения, которые новые чипсеты премиум-класса приносят в нашу жизнь, никак не сказываются на самочувствии подавляющего большинства людей. Эти чипсеты слишком дороги и мало кому по карману, а вхождение новых технологий в средний и бюджетный ценовые сегменты длится годами. На массовый рынок программного обеспечения они не влияют по этим же причинам.  Производительности старого доброго 4-ядерного чипсета Cortex A-53 хватит для решения большинства задач, если в смартфоне нормальный объем оперативной памяти и не самая низкая скорость чтения/записи внутреннего накопителя.

Вместо послесловия

Все, что происходило с момента появления архитектуры Cortex, можно назвать оптимизацией и количественным улучшением. Одно ядро было заменено десятью, а к мощности видеопроцессора предъявлялись требования исходя из разрешения экрана, которое уже достигло логического предела. Нет никакого смысла усложнять выводимую на экран картинку новыми мелкими элементами, пользователь их не увидит. При этом проблема параллельных вычислений до сих пор осталась не решенной, об этом много пишут и говорят на конференциях, а значит, производительность одного ядра по-прежнему является важнейшим параметром. Все прошлогодние рассказы про AI (ИИ) на поверку оказались все той же оптимизацией расчетов, а иногда имели в виду часть чипсета, которую можно запрограммировать для решения специфических задач. Масштабирование ARM-ядер в Cortex A-76 достигло вершин, выйдя на нечетные схемы и использование общей процессорной памяти всеми ядрами. Само по себе дальнейшее развитие архитектуры ARM не может совершить по-настоящему качественного рывка производительности в наших смартфонах, и, что самое неприятное, не очень понятно, зачем этот рывок производить.

Зачем?!

Как считаете, друзья, что может простимулировать дальнейшее развитие мобильных чипсетов?

Читайте также