#Smartfóny
15 min.
16.8.2014

Vyznajte sa v smartfónoch – integrované grafiky a prehľad procesorov

Téma

Minulý týždeň sme spustili nový seriál o hardvéri smartfónov, začali sme článkom o procesoroch. Dnes budeme v tejto téme pokračovať integrovanými grafikami a prehľadom ponuky procesorov jednotlivých výrobcov.

Žiaľ hneď na úvod musíme priznať, že túto oblasť sa nám nepodarí spehľadniť ani natoľko ako ARM procesory. Ale poďme po poriadku. O grafických kartách počítačov sme povedali, že ide vlastne o samostatné počítače integrované v počítačoch. V mobiloch samozrejme nenájdete dedikované grafické karty, ale „len“ čipy integrované v mobile. Ako pamäť slúži systémová RAM-ka, takže v slabších prístrojoch môže po čase zvyšovania náročnosti softvéru a vzniku nedostatku RAM dochádzať aj k rapídnemu poklesu grafického výkonu, minimálne teda v hrách. Aj mobilné grafiky sú tvorené predovšetkým grafickým procesorom, resp. niekoľkými grafickými procesormi. Problém je v tom, že každý výrobca chápe tieto pojmy inak. Niekto za grafický procesor/grafické jadro chápe celý grafický čip, niekto zas každú jednu skupinu tranzistorov. V praxi táto nezrozumiteľná veta chcela povedať to, že ešte viac platí paradox spomínaný pri ARM procesoroch. Aj desaťjadrová grafika môže byť slabšia ako jednojadrová. Jadrá totiž nemajú porovnateľnú veľkosť, na rozdiel od procesorov neexistuje ich unifikované názvoslovie a rovnaké grafiky navyše existujú vďaka diferencovaným taktovacím frekvenciám, rozdielom vo výkonoch zapojených pamätí a ďalším podmienkam v podstatne vzdialených výkonnostných stupňoch. Názvoslovie grafík je tiež dosť často (zámerne?) mätúce, rozdiely v číselných názvoch nezodpovedajú výkonnostným odstupom. A to sme ešte nehovorili, že niektoré grafiky výrobcovia môžu škálovať, teda skladať do zhlukov niekoľko takýchto čipov. Keď však niekto „zabudne“ dopísať informáciu o znásobení jadier, tiež to pravde veľmi nepomôže… Čo s tým teda urobíme? Teória nám asi nepomôže, môžeme sa oprieť iba o naše obmedzené skúsenosti s testovaním smartfónov v grafických benchmarkoch, najmä v programe 3DMark Ice Storm.

Rozlíšenie displeja a snímkovacia frekvencia

Skôr než sa pozrieme na jednotlivé čipy, spomeňme ešte jednu veličinu, ktorá je nezávislá od GPU, ale pre jeho výkon je kľúčová. Hráči PC hier dobre vedia, že keď ich grafika nezvláda modernú hru na plné detaily a vo vysokom rozlíšení, treba z jedného či z druhého ubrať. V tomto sa smartfóny podobajú skôr herným konzolám, pretože rozlíšenie ich displejov (ktoré je najvyššie zo všetkých oblastí elektroniky a nie vždy je to výhoda) nemožno nastaviť a úroveň detailov umožňujú upravovať iba niektoré top-end hry. Full HD rozlíšenie pritom znamená pre grafiku 2,25-krát vyššiu záťaž ako HD a teda aj polovičný výkon. Keby sme porovnali Full HD a najnižšie bežné WVGA rozlíšenie (800 x 480 px), to už je rozdiel 5,4-násobný. Teda to, či si na novom smartfóne zahráte aj náročné hry, závisí v podstatnej miere od rozlíšenia displeja. A čo presne znamená, že si zahráte? V prípade núdze alebo skutočne silnej túžby vyskúšať určitú hru sa dá prežiť aj so snímkovacou frekvenciou 15-25 FPS (obrázkov za sekundu), ale to napokon nie je ani zdravé. Za minimálnu hranicu plynulosti sa všeobecne považuje 30 FPS. Ideálne je dosahovať 50-60 FPS, kedy vás fascinuje nádherná plynulosť hry. V porovnaní so zaužívanými 30 FPS sa dvojnásobok zdá až „neprirodzene“ pekný, hoci, samozrejme, iba vzhľadom na to, čo sme zvyknutí vidieť na obrazovkách. Reálny svet má FPS neobmedzené, ak to tak vôbec môžeme povedať. Nad 60 FPS však už údajne ľudské oko nedokáže pocítiť rozdiel, teda rozumný limit existuje aj tu, nielen pri maximálnej jemnosti displeja. A teraz už k spomínaným grafikám výrobcov.

Adreno

Grafické jadrá jednotlivých výrobcov

Začnime Qualcommom, ktorý opäť používa vlastné jadrá a udržal si asi najviac poriadku. Grafiky označuje napr. Adreno 320, pričom stovka označuje generáciu, desiatky a jednotky výkonnostné zaradenie čipu. Napríklad Adreno 305 je slabšie ako Adreno 320, ale zasa Adreno 302 je slabšie ako Adreno 225, pretože porovnávame low-end aktuálnej s high-endom predchádzajúcej generácie a pokrok je predsa len obmedzený. Adreno 305 je rozumný základ, ktorý pri HD rozlíšení znamená podporu pre bežné hranie aj tých náročnejších hier. Adreno 302 je podľa všetkého jeho nižšie taktovaná verzia vhodná pre nižšie rozlíšenia. V niektorých lacnejších smartfónoch môžete nájsť aj staršie čipy Adreno 200, 203 a podobne, tie už neodporúčame. S grafikou Adreno 320 máte naozaj vysoký grafický výkon schopný utiahnuť HD hry v 60 FPS a Full HD pri bežnej plynulosti. Vylepšené Adreno 330 ide ešte o desiatky percent vyššie, a to dokonca existuje jeho vyššie taktovaná verzia v novších Snapdragonoch 801. S týmito grafikami už zvládnete všetko.

Poďme k výrobcovi ARM, ten totiž navrhuje okrem procesorových aj grafické jadrá a označuje ich napr. Mali-T628 MP6, čo by v tomto prípade označovalo grafiku so šiestimi jadrami (MP6) typu Mali-T628. Žiaľ, ARM si grafiky čísluje, ako sa mu zachce a najväčší problém je samozrejme s (ne)označením viacjadrových čipov. Rozumnú hodnotu podá Mali-450, rad T600 obsahuje výkonné grafiky, zvlášť vo viacjadrovej konfigurácii. Ďalšia generácia Mali-T7xx zvýši výkon ešte podstatne nahor, lebo náročnejšie hry a najmä (čoraz častejšie úplne zbytočne) vysoko jemné displeje po ňom vytvárajú dopyt. Ešte o čosi väčší chaos má v číslach výrobca Imagination Technologies, ktorý dodáva grafiky značky PowerVR. Neporiadok pramení najmä z možnosti kombinácie 1 až 16 jadier toho istého druhu, čo výrobcovia zariadení takmer vždy zabudnú označiť prídomkom MPx. Staršie čipy po PowerVR SGX544 ešte z roku 2010 neodporúčame, nie sú totiž stavané na súčasné HD rozlíšenia a je pri nich možné aj občasné trhanie v rozhraní OS Android, na hry radšej ani nemyslime. Novšie jadrá s označením PowerVR G6xxx podajú nadštandardný výkon, od radu G6400 vysoko nadštandardný. Keďže väčšina prístrojov, ktoré sa nám dostanú do rúk, obsahuje procesor od Qualcommu alebo nejaký MediaTek so starou grafikou PowerVR, bližšie sa k ostatným grafikám vyjadriť nedokážeme. Poďme sa však pozrieť na prehľad aktuálnych procesorov a grafík dostupných na trhu.

Intel Atom

Z procesorov Intelu v aktuálnych koncových zariadeniach na trhu nájdete predovšetkým dvojjadrá Atom Z2560 (1,8 GHz) a Z2580 (2 GHz) postavené na 32 nm architektúre, ktoré patria k nižšej strednej triede. Výhodu majú v zdvojených niektorých súčastiach jadier, ktoré zvyšujú výkon a kvôli nim sa procesory javia systému ako štvorjadrové. Zaujímavejšie bude prichádzajúce 22 nm 2,1 GHz dvojjadro Atom Z34xx, ktoré by malo približne vyrovnať výkon minuloročnej ARM špičky. 2,3 GHz štvorjadro Atom Z35xx už by mohlo konkurenciu aj prekonať – minimálne ak budú nové 20 nm procesory meškať. Po grafickej stránke sú na tom Atomy priemerne – staršie dostatočne, novšie však tiež neprekvapia. Väčšia „sranda“ začne, keď Intel využije svoju výhodu dostupných 14 nm výrobných procesov, čo sa môže stať už koncom roka.

MediaTek

Výrobca MediaTek sa v aktuálnej generácii MT65xx sústredí predovšetkým na využívanie jadier Cortex-A7 a 28 nm technológie, aktuálne od dvojjadrovej cez typickú štvorjadrovú konfiguráciu až po osemjadro. Frekvencie väčšinou netrhajú rekordy, zvyčajne preto ide o bežné čipy výkonovo pod priemerom. Osemjadro sa radí k vyššej strednej triede. MediaTek však zanedbáva grafickú časť a tak sa vám môže ľahko stať, že v dobre vyzerajúcom štvorjadrovom procesore dostanete štyri roky starú grafiku PowerVR SGX544, ktorá pri súčasných (minimálne HD) displejoch nestačí ani na základné 3D hry. V budúcej generácii MT67xx sa ráta s vyššími jadrami Cortex-A17 (resp. Cortex-A53), konfiguráciou big.LITTLE a lepšími grafikami PowerVR G6xxx – aj keď ťažko povedať, kde bude vtedy konkurencia.

Nvidia

Nvidia Tegra

Nvidia má zaujímavé čipy radu Tegra, žiaľ sa ich výrobcovi nedarí presadiť obchodne (možno sú príliš drahé, možno majú vysokú spotrebu). Tegra 4 disponuje štvoricou výkonných Cortex-A15 jadier (s piatym úsporným) a hlavne až 72 grafických jadier (ktoré grafiku vystrelia na špičku). Celkovo patrí k poriadnemu nadpriemeru. Chystá sa však čip Tegra K1, ktorá šialený grafický výkon ešte zvýši pomocou 192 jadier (údajne na hrozivo vysokej frekvencii 950 MHz) architektúry Kepler známej z PC, pridá mu podporu pokročilých grafických technológií tiež zo stolných PC, procesor zrýchli z 1,9 GHz na 2,3 GHz (príde aj verzia s 2,5 GHz jadrami vlastnej architektúry Denver) a konkurenciu zrejme doženie, po grafickej stránke takmer iste s prehľadom prekoná. Na zachovanom 28 nm procese sa to zdá byť nemožným pokrokom, zrejme teda opäť pôjde o čip s vyššou spotrebou vhodnou pre tablety, aj keď nad dostupnosťou zas visí veľký otáznik.

Qualcomm Snapdragon

Qualcomm má ponuku poriadne rozsiahlu, popíšme aspoň jej najpodstatnejšiu časť. Čipy pre nižšiu triedu smartfónov zastrešuje rad Snapdragon 200, postavený na 2-4 28 nm jadrách Cortex-A7 a základnej grafike Adreno 302, dnom ponuky je 45 nm štvorica maličkých Cortex-A5-tiek so slabou grafikou Adreno 203. Zaujímavejšie sú Snapdragony 400 obhospodarujúce (nižšiu) strednú triedu. Staršie modely majú dve 28 nm jadrá výkonnej architektúry Krait 200 alebo Krait 300 s vyšším taktom až 1,7 GHz, vďaka čomu podávajú dobré výkony, čo sa dá povedať aj o grafike Adreno 305. Snapdragony 400, ktoré budeme vídať tento rok, stavajú na štvorici jadier Cortex-A7 s taktom 1,2, 1,4 alebo 1,6 GHz, výkon môžeme označiť ako zlatú strednú cestu. Označenie grafiky zostáva, aj keď to nemusí znamenať úplne rovnaký výkon. Neskôr príde jemne vylepšený Snapdragon 410 s 1,4 GHz jadrami Cortex-A53 a grafikou Adreno 306. Pre vyššiu strednú triedu má Qualcomm čipy Snapdragon 600. Staršie opäť stavajú na 28 nm jadrách Krait 300, majú ich však štyri s frekvenciou do 1,9 GHz, z čoho je zjavný viac než dvojnásobný a tým vysoko nadpriemerný výkon. Veľkú rezervu do budúcna má aj grafika Adreno 320, štyrikrát silnejšia ako Adreno 305. Nástupcami budú 28 nm čipy Snadragon 610 postavené na štyroch 1,8 GHz jadrách Cortex-A53, 615-tka pridá ešte ďalšie štyri rovnaké jadrá, no podtaktované na 1 GHz. Otázne je, či rad 610 a 615 vôbec prekoná „staré dobré“ 600-vky, mierne pochybnosti máme aj o grafike Adreno 405, o ktorej výrobca mlčí.

Čo sa týka high-endu, určite poznáte rad Snapdragon 800, ktorý vychádza z 600-viek. Vďaka vylepšenej architektúre Krait 400, taktom až 2,3 GHz a o polovicu silnejšej grafike Adreno 330 ste ho pred istým časom mohli nájsť v takmer každej vlajkovej lodi výrobcov smartfónov. Teraz už má niekoľko nástupcov. 801-tka zrýchľuje procesor na 2,45 GHz (a grafiku o 30 %), 805-ka prinesie prekopanú architektúru Krait 450 na 2,7 GHz a ešte rýchlejšiu grafiku Adreno 420. S 20 nm procesom (rok 2015) príde aj koniec vlastnej architektúry Qualcommu, Snapdragony 808 a 810 už budú stavať na big.LITTLE kombinácii Cortex-A53 a A57 (nižší model 4+2 jadrá, vyšší 4+4), grafiky ešte budú z vlastnej dielne (Adreno 418, resp. 430). To už ale informácie začínajú byť mierne hmlisté.

RockChip

Ponuka čínskeho výrobcu začína na 28 nm Cortex-A9 štvorjadre menom RK31xx (do 1,6 GHz) s grafikou Mali-400MP4 (4 jadrá), čo znie pomerne dobre, i keď konkurencii rovnakých parametrov sa zrejme nevyrovná. Zaujímavé, že prídomok „T“ u jeho čipov znamená paradoxne podtaktovanú verziu. V ponuke je aj max. 1,5 GHz Cortex-A9 dvojjadro s archaickou grafikou PowerVR SGX540, tiež na 28 nm procese. Budúcnosť je ešte trochu hmlistá, počíta sa s 28 nm procesom, jadrami Cortex-A12 alebo A17 (do 1,8 GHz), výkonnými grafikami Mali-T624 či dokonca Mali-T760, to hovoríme o rade RK32xx. Hlavnou zbraňou RockChipu je cena.

Samsung

Samsung Exynos

Čipy tohto výrobcu sme ešte donedávna vídavali na Slovensku pomerne zriedka (nachádzali sa skôr v zahraničných verziách jeho vlajkových lodí), tento rok sa situácia mení. Starší phablet Galaxy Note II má Exynos 4412, čo je 1,6 GHz Cortex-A9 štvorjadro s grafikou Mali-400MP4 postavené na 32 nm procese. Google Nexus 10 či Chromebooky Samsung majú nadpriemerné 32 nm Cortex-A15 dvojjadro (1,7 GHz) s grafikou Mail-T604MP4, novšie čipy sa už spoliehajú na konfiguráciu big.LITTLE – väčšie Cortex-A15-tky kombinujú s menšími Cortex-A7-čkami. Exynos Octa 5420 ich má 4+4 (1,6 a 1,2 GHz), pričom pridáva grafiku PowerVR SGX544MP3, odtiaľto už hovoríme o 28 nm čipoch. Novší Exynos Octa 5420 pekne zrýchľuje (1,9 a 1,3 GHz, grafika Mali-T628MP6), ešte novšie osemjadro 5422 takty ženie až na 2,1/1,5 GHz a zvyšuje aj frekvenciu rovnakej grafiky. Okrem toho poznáme aj prvé mobilné šesťjadro (2x A15 na 1,7 GHz, 4x A7 na 1,3 GHz) s grafikou Mali-T624, ktoré nájdeme v tohtoročných prístrojoch strednej triedy Samsungu. Štvorjadrá Exynos sú priemerné, šesťjadro nadpriemerné a osemjadrá a radia ku špičke.