Smartphones: O que diferencia um chip avançado de outro intermediário? (Parte 1)

Por Pedro Cipoli RSS | em 12.05.2016 às 01h18 - atualizado em 13.05.2016 às 01h06

Chips smartphones

Há pouco tempo, a segmentação de chips para smartphones era bastante simples. Bastava olhar a quantidade de núcleos, quantidade de memória RAM e clock para saber se o componente seria utilizado em um smartphone básico, intermediário ou avançado. Atualmente, porém, a coisa ficou muito mais complexa, com chips dual-core de alto desempenho, quad-cores assíncronos e octa-cores sendo usado até mesmo nos modelos mais básicos.

Por que isso acontece? O que faz um chip ser potente ou não atualmente? Fabricantes adoram inflar as fichas técnicas de seus chips para chamar a atenção do consumidor. Recentemente exploramos a arquitetura interna do Helio X20, que tem nada menos do que 10 núcleos divididos em 3 clusters, mas perde para o Snapdragon 820 da Qualcomm mesmo contando com 6 núcleos a mais e clocks maiores. 

A geração seguinte, que também prevê 10 núcleos e clocks maiores, pode ultrapassar a geração atual de chips, mas provavelmente chegará atrasada, quando Qualcomm, Apple e Samsung já terão sua próxima geração pronta, e provavelmente serão mais potentes que o Helio X30, mostrando que encher o smartphone com núcleos extras não é certeza de garantir um desempenho maior.

Dividimos esse artigo em 5 tópicos: Quantidade de núcleos, arquitetura e modificações, Quantidade e qualidade da memória RAM, A importância da GPU, Litografia como forma de segmentação e Extras. Vamos dedicar a primeira parte do tema explorando a parte de CPU, ponto mais propagandeado pela empresa, e começar a entender como fabricantes segmentos seus aparelhos através dos chips.

Quantidade de núcleos, arquitetura e modificações de fabricantes

Ainda que chips de oito núcleos tenham alcançado segmentos mais básicos, isso chega a ser quase completamente irrelevante para o desempenho final, sendo apenas um dos pontos relacionados à velocidade. É claro que adicionar mais núcleos acaba melhorando a performance final, inclusive inflando resultados em benchmarks, mas assumir de forma automática que um chip é rápido pela quantidade de núcleos deixará muitos usuários despontados ao usar os modelos mais básicos. 

Chips smartphones10 núcleos e clocks altos, receita para bater o Snapdragon 820 e Apple A9, certo? Não?

Um dos pontos mais fáceis para identificar se um chip de vários núcleos é mais básico é olhar o clock de operação. No caso do MediaTek MT6753, presente no LG K10, por exemplo, são 8 núcleos, mas com frequência máxima de 1,3 GHz, o que significa que ele não sofrerá tanto no multitarefa, mas terá problemas para oferecer um bom desempenho em apps que utilizam poucos núcleos. É a famosa "eficiência single-core" que apps de benchmark como o GeekBench apontam.

Há um outro ponto também: o ganho de se adicionar mais núcleos é cada vez menor, cada vez menos incremental. Dobrar a quantidade de núcleos não fará o mesmo com o desempenho principalmente por dois motivos. O primeiro é que distribuir tarefas causa uma queda de eficiência, mesmo com apps otimizados para tal. O segundo é que raros são os apps que conseguem paralelizar as threads, e algumas não permitem a distribuição de carga entre todos eles.

Chips smartphonesCom apenas dois núcleos, o Apple A9 bate muitos modelos octa-core com seus núcleos Twister

Ainda falando do MediaTek MT6753, seus oito núcleos são baseados no Cortex-A53, um dos modelos de 64 bits mais básicos da ARM. Como foi criado para poupar energia, estando presente nos clusters mais simples de diversos chips, ser eficiente não é o seu foco, algo reservado para modelos como o Cortex-A57 e Cortex-A72, que conseguem realizar mais operações quando colocados na mesma frequência de operação.

Já reparou que praticamente não existem (se é que existem) smartphones que usem somente arquiteturas de alto desempenho? Modelos que usassem somente o Cortex-A57 ou o Cortex-A72 ou mesmo o futuro Artemis, certamente ofereceriam um desempenho considerável nos smartphones atuais, mas a bateria iria durar muito menos. Muitos modelos hexa-core, por exemplo, usam 4 núcleos Cortex-A53 pareados com apenas 2 núcleos Cortex-A72 para alto desempenho (caso do Snapdragon 808), mostrando como ele é tecnicamente superior ao Cortex-A53.

Chips smartphonesA Qualcomm usa mais núcleos nos seus chips básicos do que nos tops de linha, e mesmo assim consegue segmentar bem seus SoCs. Como isso acontece?

Implementações homogêneas com muitos núcleos acabam usando somente arquiteturas mais básicas, e é por isso que muitos fabricantes acabam usando núcleos heterogêneos para resolver essa limitação, já que usar núcleos poderosos e em grande quantidade penaliza a bateria sem oferecer um desempenho correspondente. Vários núcleos básicos são o contrário da estratégia utilizada pela Apple (núcleos Twister) e pela Qualcomm (núcleos Kryo) em seus modelos recentes, que priorizam núcleos fortes em grande quantidade.

Ambas desenvolvem seus próprios núcleos, focando no poder individual de cada um deles. Por contarem com distribuições e quantidade de cache diferentes (geralmente maiores), modelos como o Apple A9 e o Snapdragon 820 usam mais transistores, sendo projetados para oferecer um desempenho maior por clock do que os concorrentes, mesmo contando com clocks menores. Eles estão se tornando mais comuns atualmente, com cada vez mais empresas desenhando seus próprios chips, mas exigem um forte investimento em pesquisa e desenvolvimento, o que acaba desencorajando fabricantes menores.

Chips smartphonesA Qualcomm errou feio em 2015 com o Snapdragon 810 de oito núcleos, voltando a usar somente 4 no Snapdragon 820.

Aliás, não é porque uma empresa projeta seus chips que ela cria seus próprios núcleos. Modelos como o HiSilicon Kirin 955 da Huawei e o MediaTek Helio X25 apenas montam seus chips usando designs "crus" da ARM, por vezes adicionando uma ou outra tecnologia proprietária, como é o caso do CorePilot da MediaTek, que permite o funcionamento assíncrono dos núcleos e que eles sejam desativados quando não há demanda por desempenho, algo que os modelos Intel Atom, por exemplo, presente no Z3880 do Zenfone 2, não possuem.

Ou seja, o dimensionamento da parte de CPU é muito mais complexo do que parece à primeira vista. Mesmo que um chip traga os Cortex mais poderosos da ARM e vários núcleos, como o Snapdragon 652 que pode equipar o LG G5 SE que virá para o Brasil (4x Cortex A72 + 4x Cortex A53), ele ainda é um intermediário. Já parou para considerar por que ele pertence à série 600 da Qualcomm enquanto o Snapdragon 808, com menos núcleos e pontuações menores em benchmarks, pertence à série 800?

A área reservada para a CPU é, literalmente, apenas uma fração do SoC, então mesmo que o Snapdragon 652 ganhe do Snapdragon 808, chip criado para modelos mais avançados (ainda que tenha já um ano de idade), presente em modelos como o LG G4 e o Moto X Style, ele não deixa de ser um intermediário. Todo o resto conta, e vamos entender isso em detalhes na parte 2 deste artigo.

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