Smartphones: O que diferencia um chip avançado de outro intermediário? (Parte 3)
Por Pedro Cipoli | 13 de Maio de 2016 às 19h58
Nas duas primeiras partes deste artigo, vimos que as especificações dos chips de smartphones tem pouco ou nada a ver com o segmento onde ele está encaixado. De um lado, temos o MediaTek MT 6753, presente em modelos como o LG K10 e o Lenovo Vibe A7010, com chamativos oito núcleos rodando a 1,3 GHz, ainda que sejam voltados para aparelhos que transitam entre o segmento básico e o intermediário. Do outro, temos o Apple A9, com apenas dois núcleos rodando a 1,84 GHz, equipando os mais poderosos iPhones no portfólio da Apple até o momento (iPhone 6s e 6s Plus).
- Smartphones: O que diferencia um chip avançado de outro intermediário? (Parte 1)
- Smartphones: O que diferencia um chip avançado de outro intermediário? (Parte 2)
Uma ficha técnica chamativa pode não ser tão impressionante quanto parece, e ainda hoje temos fabricantes anunciando configurações que parecem poderosíssimas e que não correspondem em desempenho para o usuário. Ou mesmo em benchmarks. Cada fabricante tem a sua estratégia para oferecer a melhor experiência possível, usando estratégias de equilíbrio entre os componentes ou focando em um componente individual (CPU, GPU, RAM) e, como acontece com computadores, o componente mais lento sempre limitará todos os outros.
Então está na hora de entender por que fabricantes simplesmente não utilizam o que há de melhor por aí, instalando sempre os componentes mais rápidos para alcançar o melhor resultado possível. Além das motivações mercadológicas, temos também algumas limitações técnicas.
Litografia e formas de segmentação
Assim como acontece com processadores de computador, o processo de fabricação afeta diretamente a segmentação de um modelo. Basicamente, a litografia se refere ao tamanho dos transistores, que variam de 14 a 28 nanômetros nos SoCs mais atuais, mas modelos com 32 nanômetros ainda são relativamente comuns. Já o processo de fabricação é a técnica utilizada para montar o chip e organizar os transistores. Tomemos por referência o Apple A9, por exemplo, que é fabricado por duas empresas, resultando em quatro chips diferentes para os iPhones de 2015, já que a Apple precisava atender à demanda antes do lançamento:
- iPhone 6s (Samsung): N71AP
- iPhone 6s (TSMC): N71mAP
- iPhone 6s Plus (Samsung): N66AP
- iPhone 6s Plus (TSMC): N766mAP
No caso da TSMC, o chip usa uma litografia de 16 nanômetros e processo de fabricação FinFET, enquanto a Samsung usa uma litografia de 14 nanômetros e processo de fabricação FinFET LPE. Pode parecer uma mudança pequena, mas resulta em uma diferença no tamanho dos chips (104,5 mm² e 96 mm², respectivamente), no consumo de energia e também no desempenho final. Isso para uma diferença pequena, que mais parece apenas um detalhe, mas é significativa, além de ser suficiente para os fabricantes tirarem proveito.
O maior exemplo disso é, provavelmente, o LG G5 SE, que tem como problema maior não somente o desempenho inferior, algo inaceitável em um modelo que pretende ser enxergado como um top de linha, pelos efeitos secundários. A versão internacional vem com o Snapdragon 820, que usa um processo de fabricação de 14 nanômetros FinFET, enquanto o Snapdragon 652, que equipará a versão brasileira, usa uma litografia de 28 nanômetros HPm. Basicamente, os transistores têm o dobro de tamanho.
Isso impacta em diversas coisas. Em primeiro lugar, permite o uso de menos transistores, o que significa uma frequência de operação menor, assim como a capacidade de efetuar menores operações por ciclo de clock, algo que não é compensado pelos 4 Cortex A72. Em segundo lugar, transistores maiores consomem mais energia e dissipam mais calor, além de usar uma área que poderia ser reservada para a GPU, não "cabendo" uma Adreno 530, mas sim uma Adreno 510, que é mais básica.
Transistores maiores significam menos transistores para uma mesma área, o que acaba limitando o clock dos núcleos, além de não oferecer uma contrapartida de diminuir o consumo de energia.
Esses são apenas alguns dos fatores. Agora, por que utilizá-lo? Não se trata de um chip ruim, mas está longe de ter toda a "glória" do Snapdragon 820, mas sai muito mais barato para a LG. Como o processo de 28 nanômetros já está disponível faz tempo, ele é muito mais simples de fabricar, mesmo se tratando de um chip novo. No caso, tanto a Qualcomm quanto a LG economizam. A primeira, por gastar menos fabricando-o. A segunda, por adquiri-lo por um preço menor. Mesmo com essas especificações, ele seria muito mais caro se usasse o processo de 14 nanômetros, que ainda é relativamente novo e caro.
Temos, então, a primeira ralação mercadológica: processos de fabricação mais antigos, e menos eficientes, que resultam em clocks menores e um consumo maior de energia. Caso do MT6753 que mencionamos acima, que ainda usa um processo de 28 nanômetros, com núcleos relativamente simples (Cortex-A53) e GPUs limitadas (Mali T720 tri-core) por não ter espaço para compensar o maior espaço utilizado por transistores maiores.
O lenovo Vibe A7010 vem com 8 núcleos baseados no Cortex A53 rodando a 1,3 GHz, tentando chamar a atenção pelo paralelismo, mas com uma baixíssima eficiência single-core se comparado aos chips tops de linha, já que não há núcleos dedicados ao desempenho.
Já temos informações para responder à pergunta do primeiro parágrafo, com uma resposta tanto técnica quanto mercadológica. Técnica pois usar os melhores componentes do mercado, com GPUs colossais e núcleos de alta eficiência em grande quantidade, exige uma quantidade enorme de transistores. Mais transistores significa maior área do chip, mesmo usando uma litografia de 14 nanômetros, um consumo muito maior de energia e muito mais calor dissipado, o que é péssimo para smartphones. Ou seja, não há meios de usar tantos componentes poderosos simultaneamente.
Temos também duas motivações mercadológicas. A primeira delas é que um chip desses seria impossivelmente caro de produzir, inviabilizando patamares razoáveis de preço para os smartphones onde ele seria instalado. Mesmo porque, não há motivo para fazer isso, e esse é o segundo motivo. Um iPhone 6s 3 ou 4 vezes mais rápido do que o modelo atual agregaria o que na experiência de uso, já que o Apple A9 é capaz de rodar qualquer app ou jogo? Vale mais a pena atender à demanda de desempenho atual por um valor razoável do que superdimensionar um chip caro e de alto consumo energético para um desempenho que não será utilizado.
Extras e diferenciais
Com exceção dos fabricantes que projetam seus próprios núcleos, como Apple (Twister), Samsung (Mongoose), e Qualcomm (Kryo), é bastante difícil uma empresa se destacar somente com a configuração. Afinal, independentemente da escolha do modelo Córtex A, coprocesssadores Córtex M e GPU (ARM Mali e IT PowerVR, principalmente), seria bem difícil apresentar um produto superior tomando como base somente as tecnologias de outras empresas.
É aqui que entram as tecnologias exclusivas de certos fabricantes, projetadas para funcionar somente em seus chips. Os núcleos projetados pela ARM são bastante crus, o que abre uma boa margem de modificações para quem monta os os chips, que podem criar suas próprias implementações para se diferenciarem da multidão. Entre esses recursos, podemos citar o processamento assíncrono, com cores diferentes trabalhando em frequências diferentes, presentes em somente alguns modelos.
O esquema acima mostra como a área dedicada à CPU e GPU mal chega a ocupar 1/4 da área total do chip, com a parte de conectividade e subsistemas de multimídia ocupando quase metade dessa área total.
Quando a Qualcomm ainda trabalhava com o Krait de 32 bits (até o Snapdragon 805), o chip ajustava a frequência de cada um dos núcleos conforme a demanda, o que exige um controle de tensão individual para cada um deles. Na pressa de fazer a transição para os 8 núcleos, adotou-se o big.LITTLE sem processamento assíncrono, um dos motivos de ele consumir tanta energia e dissipar tanto calor, já que trabalhava com frequências altas e não era tão "inteligente" como o Krait, logo que mudou com o Kryo.
Em relação à organização e tipos de núcleo, o Snapdragon 810 não chegava a ser tão diferente do Exynos 7420, que não só pontuava mais, como esquentava menos, mostrando como otimizações internas interferem na qualidade de um chip. E não depende muito de segmento de chips, nesse caso. O exemplo disso é o CorePilot da MediaTek, presente no K10 e no Vibe A7010, que de certa forma "compensa" a litografia de 28 nanômetros, que não só permite o coprocessamento assíncrono, como permite desligar núcleos individuais conforme demanda. Permite ativar os oito núcleos a 1,3 GHz, assim como apenas um único núcleo rodando a 300 MHz.
Clocks muito altos com núcleos muito poderosos exigem um cluster dedicado à economia de energia, já que a autonomia de bateria seria severamente diminuída se não fosse o caso.
Além das tecnologias ligadas a desempenho e economia de energia, alguns fabricantes dão um passo adiante e criam tecnologias para melhorar a vida do usuário e a capacidade do smartphone. É o caso do Spectra ISP do Snapdragon 820, talvez a maior perda em relação ao Snapdragon 652, tecnologia criada para melhorar a qualidade de fotos e vídeos em qualquer câmera onde ele será instalado, assim como o Hexagon 680. Ou seja, uma combinação de software e hardware criada especificamente para tornar a imagem das câmeras ainda melhores, não reservando essa função somente para o sensor da câmera.
Cada fabricante cria suas próprias tecnologias com nomes diferentes, muitas vezes tendo a mesma função, mas nomes diferentes. É o caso do QuickCharge (Qualcomm), Pump Express (MediaTek), VOOC FastCharge (OPPO), BoostMaster (ASUS), Adaptative Fast Charging (Samsung) e assim por diante. Independentemente do nome, acredite: se um smartphone ou chip trouxerem algo diferente de outros fabricantes, algo que realmente agregue valor ao aparelho e à experiência de uso do usuário, isso estará escrito em letras garrafais nas campanhas de marketing.
Conclusões
Muitos têm a ideia de que SoCs de smartphones são equivalentes a CPU dos PCs de mesa, trazendo basicamente os núcleos de processamento e a placa de vídeo integrada. Como vimos nesse artigo, eles são muito mais complexos do que basicamente um monte de núcleos, e, como gostamos de lembrar, a área reservada à CPU ocupa menos de um quatro da área total do chip, e por isso todos os outros quesitos são tão importantes quanto para o dia a dia.
Dizer que um processador tem 8 ou 10 núcleos é bonito na ficha técnica, mas e o resto? Isso se traduz em desempenho real ou só foi feito para pontuar bonito em benchmarks? Ou multitarefa funciona sem engasgos? Jogos de última geração rodam sem problemas? E a bateria? A autonomia de bateria é penalizada pelo foco excessivo em CPU? O chip traz tecnologias exclusivas? Usa um processo de fabricação de última geração? Consegue processar fotos de alta qualidade com velocidade? Todas essas respostas devem ser "sim" para chips de alto desempenho.
Vale lembrar que o chip inclui praticamente todos os componentes relacionados ao desempenho e capacidades do smartphone. A exceção fica para os chips de memória RAM e para a memória interna. O dimensionamento desses dois componentes não exige modificações no interior do SoC, desde que suportados pelo chipset.
Por algum motivo, fabricantes ainda focam demais em CPU e se esquecem da GPU, que é tão o mais importante do que ter um poder de fogo monstruoso de processador. Muitos criticam o "dual-corezinho" Apple A9, enquanto alguns fabricantes Android já migraram para modelos (pelo menos) octa-core mesmo em segmentos mais básicos. Sem motivo, já que a Apple conseguiu alcançar um desempenho single-core ainda sem concorrentes, projetando dois núcleos poderosíssimos e capazes para qualquer tarefa do dia a dia, além de trazer uma das GPUs móveis mais poderosas do mercado. Já viu alguém com um iPhone recente reclamando de desempenho ou de travamentos?
A conclusão aqui é: quando um fabricante mostrar uma ficha técnica com um foco em apenas uma área do chip, pesquise o que o restante dele é capaz de fazer pelo smartphone. E, principalmente, quando uma fabricante disser que um chip inferior "não atrapalha na experiência de uso de um smartphone", garantindo a mesma experiência "apesar disso", tenha em mente que ela está economizando e sabendo que isso não é verdade, tentando enganar o consumidor com argumentos que são fáceis de encontrar. E provar.