Qualcomm Snapdragon — популярные процессоры для смартфонов. Каждый год их ряды пополняются различными моделями, но движущей силой среди решений компании всегда являлся флагманский чип. Сегодня это место занимает Snapdragon 8 Elite, который заметно отличается от прошлых топов Qualcomm. Какие ключевые изменения он получил, и почему они так важны?

Qualcomm — старожил рынка чипов для мобильных устройств. Ее первые решения использовались в кнопочных телефонах, а ранние процессоры обосновались в смартфонах уже в 2006 году — тогда эти гаджеты работали на операционных системах Symbian и Windows Mobile.

Появление Android в конце 2008 года поспособствовало увеличению популярности продукции компании. Первый смартфон HTC Dream на новой ОС дебютировал именно с чипом от Qualcomm. Затем его инициативу подхватили и многие модели от других производителей. А через год появляются смартфоны на новом чипе, который положил начало знаменитой линейке — Qualcomm Snapdragon QSD8250.

К сегодняшнему дню линейка Snapdragon насчитывает десятки различных моделей, а ее топовые решения по праву носят звание самых производительных и оптимизированных систем на чипе (SoC) для ОС Android.

В октябре 2024 года был представлен очередной топ серии Snapdragon 8, получивший непривычную приставку «Elite». Таким образом Qualcomm решила дистанцировать новую модель от своих прежних разработок. И неспроста — его внутреннее устройство заметно отличается от последних поколений флагманских SoC компании.

Возвращение к истокам

Когда появились первые модели Snapdragon, на рынке мобильных SoC у Qualcomm было несколько конкурентов. Но уже тогда именно ее решения чаще всего становились выбором производителей смартфонов, особенно — для флагманских моделей. Не в последнюю очередь благодаря тому, что Qualcomm не использовала готовые ядра ARM Cortex, а разрабатывала их сама.

Первым таким ядром стало Scorpion. Имеющее общие элементы с Cortex-A8 и представленное практически одновременно с ним, Scorpion было заметно быстрее: часто оно показывало результаты, сравнимые с более новым Cortex-A9.

В 2012 году компания представила следующее ядро собственной разработки под названием Krait. Оно было основой для ее чипов вплоть до 2015 года, когда появился Snapdragon 810. Это дебютный 64-битный SoC Qualcomm, который стал ее первым за много лет решением на базе стандартных ядер ARM Cortex.

Годом спустя был выпущен Snapdragon 820, в котором были использованы ядра Kryo — так компания назвала немного доработанные ей ядра ARM Cortex. В отличие от Scorpion и Krait, улучшения в Kryo достаточно поверхностные. Поэтому в большинстве сценариев эти ядра не имеют весомых преимуществ перед стандартными ARM Cortex, на которых они основаны.

Такой подход для ядер сохранялся и по сей день, включая флагман прошлого поколения Snapdragon 8 Gen 3. А в Snapdragon Elite компания впервые за десять лет вновь использовала собственное ядро — Oryon.

Ядро Oryon

Qualcomm является лидером на рынке чипов для Android-устройств. Однако ядра компании Apple, которые она разрабатывает для своих SoC самостоятельно, уже много лет заметно превосходят стандартные решения ARM и современные Kryo. Благодаря их высокой производительности, с 2020 года SoC Apple используются не только в ее собственных смартфонах и планшетах, но и в компьютерах серии Mac.

Qualcomm пыталась опередить Apple на этом рынке, еще в 2019 представив SoC линеек 8cx и 7c — специальные версии Snapdragon, предназначенные для ноутбуков и планшетов на ОС Windows. Однако их производительность при работе с данной системой оставляла желать лучшего. Последние чипы этих серий были выпущены в 2021 году, так и не став популярными.

Но у компании уже был готов дальнейший план действий. В том же году она приобрела стартап NUVIA, который занимался разработкой нового ARM-ядра Phoenix для серверов. Главными фигурами в нем были опытные инженеры, которые ранее работали в Apple над архитектурой чипов Apple Silicon. Ключевой особенностью Phoenix была высокая производительность на ватт. В 2020 году NUVIA заявляла, что по этому параметру оно превосходит все существующие ядра процессоров.

После объединения с Qualcomm это ядро было немного доработано для использования в потребительских устройствах, получив название Oryon. Первыми продуктами на его основе стали процессоры линейки Snapdragon X. Они были представлены в конце 2023 года, позиционируясь в качестве замены линейкам 8cx/7c для ноутбуков и производительных планшетов на ОС Windows.

В отличие от стандартных ядер ARM, которые делятся на «малые» и «большие», ядро Oryon разрабатывалось с учетом как максимальной производительности, так и высокой энергоэффективности. Линейка чипов Snapdragon X получила от 8 до 12 таких ядер.

Вычислительная часть

Не став долго тянуть с чипом для смартфонов, в октябре 2024 года Qualcomm представила Snapdragon 8 Elite. Он производится по техпроцессу TSMC N3E (3 нм), и имеет два варианта: с семью и восемью ядрами Oryon.

Ядра делятся на два кластера. В кластере Prime находятся два главных ядра, которые могут достигать частоты 4,32 ГГц. В кластере Performance — остальные, работающие на 3,53 ГГц. Для смартфонов Samsung используется разогнанная восьмиядерная версия Snapdragon 8 Elite for Galaxy. У нее пиковые частоты cтаршего кластера чуть выше — до 4,47 ГГц.

Одним из ключевых отличий от других SoC здесь является система кэширования. Обычно используется классический подход: маленький L1 и небольшой L2 для каждого ядра, и большой общий L3 для всех ядер. Здесь у ядер старшего кластера довольно вместительный кэш L1I объемом 192 Кб для инструкций, и вдвое меньший L1D для данных.

У младшего кластера объемы кэшей чуть меньше — 128 и 64 Кб, соответственно. На каждый из кластеров выделено 12 Мб общего L2. Таким образом, даже при нагрузке одного ядра в кластере оно может использовать весь объем этого большого кэша для своей работы. Аналогичный подход был использован и в серии Snapdragon X — с той разницей, что там все кластеры состоят из четырех ядер.

После L2 cледует кэш L3 объемом 8 Мб. Он общий для всех ядер. Таким образом, объем кэшей двух последних уровней составляет внушительные 32 Мб — это самое высокое значение среди мобильных SoC.

Ядро Oryon имеет восьмиполосный декодер — как, к примеру, самое современное Intel Lion Cove или Apple Everest. У топовых ядер ARM Cortex X4/X925 декодер имеет 10 полос, но работать на схожих с Oryon частотах они не могут.

Вычислительный конвейер Oryon состоит из 14 исполнительных портов. Среди них шесть целочисленных арифметико-логических устройств (ALU) и четыре блока для вычислений с плавающей запятой, каждый из которых имеет собственный блок для работы со 128-битными инструкциями NEON. Компанию им составляют четыре блока загрузки/выгрузки данных.

Главное отличие от стандартных ядер ARM — множественные аппаратные доработки ядер, служащие для повышения производительности кода x86. Это значит, что Oryon теряет заметно меньше производительности при выполнении x86-приложений, в том числе — запуске ОС Windows и игр для нее через эмулятор.

Из-за высокой тактовой частоты Oryon в Snapdragon 8 Elite гораздо быстрее, чем Cortex-X4 в Snapdragon 8 Gen 3: рост однопоточной производительности от поколения к поколению достиг практически полуторакратного. По этому параметру Qualcomm наконец приблизилась к современным SoC Apple A — если верить бенчмарку GeekBench 6, преимущество чипа A18 Pro над 8 Elite составляет всего несколько процентов.

Многопоток тоже не подвел. В нем детище Qualcomm опережает все существующие чипы: как топ от Apple, так и конкурирующий Dimensity 9400 от Mediatek.

Подсистема памяти

За связь с ОЗУ у Snapdragon 8 Elite отвечает блок управления памятью. Он поддерживает аппаратный обход таблиц, который может использоваться для быстрого запроса данных из оперативной памяти в случае промаха кэша. На каждое ядро поддерживается 16 одновременных вызовов обхода.

В качестве оперативной памяти используется LPDDR5X-10667 — самый быстрый стандарт мобильной ОЗУ на сегодняшний день. Для связи с ней контроллер памяти оснащен четырьмя 16-битными каналами доступа. Таким образом, пропускная способность ОЗУ достигает 85,3 Гбит/c. Рост по сравнению с предыдущим поколением небольшой — около 11 %. Предельный объем памяти, поддерживаемый SoC, сохранился на уровне 24 Гб.

В качестве постоянной памяти используется быстрая UFS 4.0. В этом плане изменений по сравнению со Snapdragon 8 Gen 3 и 8 Gen 2 нет.

Графический процессор

В Snapdragon 8 Elite используется графическая архитектура Qualcomm восьмого поколения. В отличие от предшественницы, она имеет слайсовое строение. При нем вычислительная часть ГП поделена на несколько равнозначных фрагментов. В нашем случае это графика Adreno 830, в которой таких фрагмента три. Все они имеют доступ к быстрой графической памяти объемом 12 Мб, служащей кэшем между ГП и ОЗУ. Управляет работой слайсов командный процессор.

В одном слайсе два блока SIMD Shader Processor (SP). Каждый из них состоит из двух микроконвейеров (micro shader pipe texture pipe, μSPTP), которые имеют общий кэш инструкций.

μSPTP — самый маленький вычислительный блок Adreno, аналогично мультипроцессорам SM в ГП NVIDIA и вычислительным блокам CU в ГП AMD. Но, в отличие от «старших» братьев, здесь универсальные шейдерные процессоры устроены по-другому. Они имеют отдельные блоки для двух видов графических вычислений — FP32 (полная точность) и FP16 (половинная точность). При этом блоки FP32 тоже могут переключаться в режим FP16 по мере необходимости.

В одном μSPTP находится 128 блоков FP32 и 256 блоков FP16. Помимо этого, в его состав входят четыре текстурных модуля (TMU), блок трассировки лучей, 16 блоков работы со сложными инструкциями (EFU — аналог SFU у ГП NVIDIA), регистровый файл объемом 192 Кб и небольшой текстурный кэш.

Пара μSPTP, объединенная в SIMD Shader Processor, соединена с 8 блоками растеризации (ROP). Таким образом, Adreno 830 имеет в своем составе 1536 шейдерных блоков FP32, 48 ROP и 96 TMU. Графика работает на частоте до 1100 МГц, достигая пиковой производительности в 3,38 терафлопс (у Snapdragon 8 Elite for Galaxy — 1200 МГц и 3,68 терафлопс, соответственно).

В Snapdragon 8 Gen 3 использовался Adreno 750, который имел чуть меньшую частоту, но при этом схож с новым ГП по основным характеристикам. Однако Qualcomm утверждает, что благодаря переработанной графической архитектуре Adreno 830 на 40 % быстрее в растеризации, и на 35 % — при использовании трассировки лучей.

Дополнительный плюс — сниженное энергопотребление. Слайсовая архитектура позволяет полностью отключать фрагменты ГП, когда в них нет нужды. При запуске игр с относительно несложной графикой часть нового Adreno остается неактивной, позволяя заметно продлить время работы от батареи в играх — по заверениям Qualcomm, до двух с половиной часов. Приводятся и другие цифры: при снижении производительности до уровня Adreno 750 новый ГП потребляет на 40 % меньше энергии.

Нейронный процессор

Не обошлось без улучшений самого «модного» сегодня блока — нейронного процессора. В отличие от компьютерных процессоров, где он только появляется, в мобильных чипах NPU является неотъемлемым решением уже много лет. У SoC Qualcomm эту роль выполняет Hexagon — вычислительный блок, совмещающий функции нейронного и цифрового сигнального процессора (DSP).

В новом чипе он получил очередные усовершенствования. По сравнению с Hexagon в Snapdragon 8 Gen 3, было увеличено количество вычислительных блоков: скалярных — с шести до восьми, векторных — с четырех до шести. Тензорная часть тоже ускорилась, но значения в цифрах не приводятся. Qualcomm указывает лишь то, что поддерживаются вычисления в форматах INT4, INT8, INT16 и FP16 (как и у 8 Gen 3).

Благодаря произведенным улучшениям производительность NPU возросла на 45 %, что позволяет использовать более широкие возможности локального искусственного интеллекта на устройстве. При этом производительность была увеличена не в ущерб энергопотреблению: в нем новый нейронный блок экономичнее предшественника на те же 45 %.

Hexagon связан с блоком Spectra. Это процессор обработки изображений (ISP), который состоит из трех блоков. В этом поколении производительность Spectra увеличилась до 4300 Мп/c. За счет этого блок умеет обрабатывать картинку с частотой 30 кадр/c сразу с трех 48 Мп сенсоров одновременно. У Snapdragon 8 Gen 3 в сравнимых условиях поддерживались сенсоры на 36 Мп.

Благодаря новому ISP Snapdragon 8 Elite может работать с модулями камер, которые обладают сумасшедшим разрешением 320 Мп, тогда как предшественник поддерживал только 200 Мп сенсоры. При этом часть конвейера Spectra была заметно переработана, позволяя обрабатывать «сырую» RAW-информацию с датчиков в комбинации с вычислениями на NPU.

За счет такой связки алгоритмы искусственного интеллекта могут в реальном времени обрабатывать запись видео 4К с 60 кадр/c. Помимо фильтров и эффектов, вроде удаления ненужных объектов из кадра, это позволяет заметно улучшить видеосъемку в условиях плохого освещения.

Связь

Snapdragon 8 Elite получил новый модем X80. Изменений в пиковой скорости сетей 5G по сравнению с тремя прошлыми поколениями чипов Snapdragon 8 тут нет: поддерживается до 10 Гбит/c на прием и до 3,5 Гбит/c на отдачу. Но X80 должен приблизить теоретические значения к практике сильнее, чем прошлые поколения. Он имеет шесть антенн, с которых может производиться агрегация сигнала, тогда как у более ранних решений их только четыре.

Главная фишка X80 — встроенная поддержка спутниковой связи в узкополосных диапазонах (NB-NTN). Теперь для ее реализации производителям смартфонов не нужно будет использовать сторонние чипы.

Улучшить стабильность соединения должна «ИИ-система» третьего поколения — это тензорный ускоритель, встроенный прямо в модем. Он более точно определяет, к каким станциям лучше подключаться и как перераспределять потоки данных, чтобы добиться максимальной скорости и минимизировать задержки.

За беспроводные сети отвечает комплекс FastConnect 7900. Как и в прошлом поколении, им поддерживается Wi-Fi 7 со скоростью до 5,8 Гбит/c. Ключевых отличий тут несколько. Первое — использование ИИ-функций для улучшения соединения, аналогично таковым для мобильной сети. Второе — новый Bluetooth 6.0, который уменьшает задержки при передаче звука и дополнительно экономит энергию. Третье — поддержка технологии Ultra Wideband (UWB), позволяющая избавиться еще от одного лишнего чипа в смартфоне.

Итоги

Теория хорошо, но практика — лучше. Сравним основные характеристики и производительность Snapdragon 8 Elite с предшествующими топовыми чипами Qualcomm, чтобы понять, насколько велика разница между поколениями.

* в скобках результатов бенчмарков указан процентный прирост по сравнению с предыдущим поколением SoC.

Как можно видеть по результатам бенчмарков, Snapdragon 8 Elite совершил существенный рывок по скорости однопоточных вычислений — тех самых, что являются ключевым фактором для повышения производительности при работе с основной массой программ и игр. В этом плане новая SoC Qualcomm практически перестала уступать своим конкурентам из стана Apple A. Скорость многопоточных вычислений и встроенной графики тоже заметно увеличилась. Но схожий прирост уже можно было видеть между прошлыми поколениями Snapdragon 8.

Сегодня новый чип Qualcomm используется в большинстве флагманских Android-смартфонов. В их числе серия Samsung Galaxy S25, Xiaomi 15, Honor Magic 7, Realme GT 7 Pro, OnePlus 13 и Ace 5 Pro, ASUS Rog Phone 8 и ZenFone 12 Ultra, Vivo iQOO 13, а также многие другие.

Главная движущая сила Snapdragon 8 Elite — ядра Oryon. В будущем Qualcomm планирует оснастить ими более широкий ассортимент своих систем на чипе, что позволит заметно повысить комфорт их использования. Но на данный момент Oryon требует слишком много транзисторного бюджета, чтобы проникнуть в чипы даже субфлагманского класса. Поэтому ожидаемая в ближайшие месяцы SoC Snapdragon 8s Elite, несмотря на свое название, получит лишь очередные ядра Kryo на основе современных ARM Cortex.