Por dentro do Hélio X20, chip de 10 núcleos da MediaTek
Por Pedro Cipoli | 09 de Abril de 2016 às 18h00
Anunciar um SoC de 10 núcleos certamente chama a atenção. Se há um segmento de mercado que evolui com uma velocidade surpreendente, é o de smartphones, resultado de melhorias em diversos segmentos. Com exceção da bateria, que pouco evoluiu desde os primeiros smartphones, comparar um modelo atual, mesmo básico, com outro de 5 anos atrás é ver claramente como cada componentes evoluiu monstruosamente até aqui. Basta considera que, exatamente há anos, o modelo mais atual da Apple era o iPhone 4, que trazia a revolucionária tela Retina, ainda usando um chip com apenas um núcleos e 512 MB de memória RAM.
Depois de 5 anos, smartphones com 4 GB de memória RAM já se tornaram normais (até mesmo 6 GB), telas com densidade de pixels acima de 400 PPPQ são comuns no segmento intermediário, câmeras tem qualidade suficiente para tirar fotos de altíssima qualidade e chips de 8 núcleos se tornaram comuns. Agora o Helio X20 quer dar o passo seguinte, trazendo nada menos do que 10 núcleos de CPU, uma estratégia diferente da utilizada por outras empresas, como a Qualcomm, que voltou a usar 4 núcleos no seu chip top de linha (Snapdragon 820), e a Apple mantém 2 (super) núcleos desde o iPhone 4s, anunciado em 2011, mas conseguindo aumentar consideravelmente o desempenho de seus produtos mesmo assim.
Por que usar 10 núcleos?
Imagine que você dirija um carro com somente 2 marchas (um carro para lá de bizarro, diga-se de passagem). A primeira marcha seria utilizada em cidades, com velocidade reduzida, e a segunda para a estrada. Para fins de exemplo, digamos que a primeira consiga chegar até 65 km/h, e a segunda entre 55 km/h e 120 km/h, a velocidade máxima do carro. Isso deixa uma faixa de transição de 10 km/h para trocar entre as marchas, certo? Consegue imaginar como um carro desse se comportaria no dia a dia? As trocas de marchas seriam constantes, o que não chega a ser um problema para um carro, mas é certamente ruim para um smartphone.
10 núcleos, 3 clusters, 2 tipos de núcleos
As arquiteturas big.LITTLE atuais usam dois conjuntos: um de alto desempenho e outro de economia de energia. Um possível (e comum) problema é o estágio intermediário, quando o chip começa a trocar entre um estágio e outro com frequência, quando a exigência de desempenho é média. Essa troca frequente gasta mais energia do que deveria, e tira o principal benefício do big.LITTLE, que é tentar maximizar tanto desempenho quanto economia de energia. A estratégia da MediaTek faz bastante sentido aqui, introduzindo um cluster intermediário. No exemplo do carro, é como se fosse uma terceira marcha, que funciona entre 35 km/h e 70 km/h.
No exemplo da terceira marcha, ela corresponderia ao retângulo laranja que liga a linha verde à linha vermelha.
Essa abordagem tri-cluster parte de um princípio correto: até o momento, não existe um núcleo Cortex que seja, ao mesmo tempo, focado em desempenho e consuma pouca energia. Então, há quatro núcleos de economia de energia, quatro núcleos de desempenho intermediário e dois focados em alto desempenho. Os oito primeiros núcleos são baseados no Cortex-A53 da ARM, diferenciando-se pelo clock (1,4 GHz e 2,0 GHz, respectivamente), enquanto os dois núcleos de alto desempenho são baseados no Cortex-A72, o mais veloz projetado pela ARM até o momento, rodando a 2,5 GHz.
Então, faz sentido?
Faz, mas com algumas ressalvas. A ideia, em si, é excelente, já que parte do pressuposto que dois clusters não levam em consideração o uso comum de um smartphone. No dia a dia, navegamos no Facebook, alternamos entre apps com uma certa frequência, usamos apps como o 9gag e o Imgur, que exigem uma atualização rápida de textos, GIFs e até mesmo alguns vídeos. São cargas de trabalho insuficientes para o cluster de alto desempenho e que consumiriam muita energia do cluster de alto desempenho. Ou seja, um cluster intermediário faz todo o sentido aqui, a marcha necessária e suficiente para esse tipo de consumo.
Medindo o Helio X20 em diversos apps, o terceiro cluster chega a representar até 30% menos consumo.
A forma como a MediatTek resolve esse problema é, porém, inusitada, e levanta algumas questões. Dos modelos Cortex que suportam 64 bits (35, 53, 57, 72), o Cortex-A53 é, realmente, o núcleo mais apropriado para uma carga de trabalho intermediária. Mas, na ponta de economia de energia, por que não usar o Cortex-A35? Em especial quando a tela está desligada, com atualizações de apps em background, onde realmente não é necessário. Ou quando estamos lendo algum texto. Então, já que o foco é usar o "a ferramenta certa para o trabalho certo", por que usar o Cortex-A53 também nos núcleos de economia de energia? E por que 4 deles? Basta considerar que o cluster de economia de energia tem, sozinho, o mesmo poder de fogo de um Moto G de terceira geração, e é raro ver usuários reclamando de falta de desempenho.
Naturalmente, quanto mais núcleos, melhor o resultado multitarefa. No caso do Helio X20, o teste single-core roda em cima do Cortex-A72, o núcleos mais poderoso.
Apesar dessas observações, a MediaTek diz que o Helio X20 consome até 60% menos energia no consumo de mídia e 30% de forma geral, se comparado ao Helio X10. Vale lembrar que o X10 tem uma configuração completamente diferente do X20, usando 8 núcleos Cortex-A53 com mesmo clock. Provavelmente, além de uma distribuição mais equilibrada, isso se deve à litografia menos (20 nanômetros vs 28 nanômetros do Helio X10). Em números, o Helio X20 chega a alcançar 140% do desempenho do Helio X10 consumindo 40% menos energia, ambos em relação à GPU. Ainda assim não chega a alcançar o nível de desempenho dos modelos mais atuais, como Snapdragon 820, Apple A9 e Exynos 8890.
O resto do chip
Em benchmarks, o Helio X20 não é capaz de bater os principais chips do mercado, ficando atrás do Apple A9, Exynos 8890 e o Snapdragon 820. Na verdade, ele fica em um patamar intermediário entre a geração anterior desses chips (Apple A8, Exynos 7420 e Snapdragon 810) e a geração atual, com foco em economia de energia. Isso faz com que ele continue sendo uma opção excelente para smartphones avançados, já que é difícil ver ele não conseguindo rodar algum app ou jogo. E por que isso acontece? A MediaTek tem o histórico de focar excessivamente em poder de CPU, quesito que mais chama a atenção do usuário, não focando tanto em usar as tecnologias mais modernas no resto do SoC.
Resumo das melhorias do Helio X20 em comparação ao Helio X10.
A GPU, por exemplo, nem identificada é no próprio site da empresa. Aparece simplesmente "ARM Mali GPU", e ainda que se trate, provavelmente, de uma Mali-T880, a mesma do Exynos 8890, deve utilizar bem menos núcleos do que o chip da Samsung (dodecacore, ou 12 núcleos). Deve utilizar, no máximo, 6 núcleos (ainda que provavelmente utilize somente 4), lembrando que a Mali-T880 suporta até 16 núcleos. Outro ponto é a memória RAM, restrita ao padrão LPDDR3 dual-channel rodando a 1833 MHz e quantidade máxima de 4 GB, enquanto os três chips que mencionamos acima já migraram para o LPDDR4.
Na prática, são 11 núcleos, com um 11º responsável por tarefas que exigem pouquíssimo desempenho.
Na prática, são 11 núcleos, já que há um Cortex-M4 de baixíssimo consumo energético dedicado a decodificação de áudio MP3, processar sinais e melhoramento de reconhecimento de áudio. No departamento de conectividade, o Helio X20 conta com Wifi padrão 802.11ac (até 280 Mbps), GPS, A-GPS, GLONASS e BeiDou, decodificação de vídeos em 4K a 30 frames por segundo (H.265) com 10 bits de cor, sensores de 32 megapixels, tela Full HD (até 120 Hz) ou Quad-HD (até 60 Hz) e padrão 4G LTE categoria 6 (300 Mbps down/ 50 Mbps up)
Conclusão
Um chip como o Helio X20 certamente causa bastante interesse, uma das primeiras tentativas de sair do arroz com feijão de simplesmente aumentar o clock. Como dissemos, a motivação por trás dele é bastante interessante, já que se prop~es e resolver um "problema" inerente à arquitetura big.LITTLE (em outras palavras, adicionar uma terceira marcha). De qualquer forma, se era objetivo da MediaTek concorrer com chips recentes no quesito desempenho ou não, ele está certamente um patamar abaixo. Mas, lembramos que é difícil ver uma configuração dessas apanhar em algum app ou jogo mais atual. Pelo menos em 1080p.
"Resumão" do desempenho do Helio X20, posicionado entre Snapdragon 810, Exynos 7420 e Apple A8 e Snapdragon 820, Exynos 8890 e Apple A9. Ou seja, um chip entre duas gerações.
Dizemos isso pela constante desatenção da MediaTek com a GPU de seus chips. Não raro, chips com configurações Cthulhu chamam a atenção do usuário quando postas em uma ficha técnica. Mas, corresponder à realidade em aplicações reais é uma história completamente diferente. E, ao que tudo indica, a próxima geração de chips da MediaTek não parecem dar tanta atenção à GPU, que contribuiria muito mais à experiência de uso usuário.
Fontes: WCCFtech 12 e 3, MediaTek Helio X20, PhoneArena