artykuły

Rzecz o procesorach ARM, ich pojedynku z procesorami x86 oraz ich przyszłości

Anatomia ARM

82 6 sierpnia 2016, 09:00 Mieszko Krzykowski, Mateusz Brzostek

Smartfonowe układy graficzne

W artykule omawiającym procesory ARM nie można pominąć ich niemalże nieodłącznych towarzyszy, czyli układów graficznych. Choć czipy ARM to nie tylko smartfony, tablety i konsole, to jednak większość z nich ma zintegrowany jakiś GPU i dobrze jest wiedzieć, który z nich jest w tej chwili najlepszy i jak mobilne układy graficzne rozwijały się w kilku ostatnich latach.

W tej chwili na graficznym polu bitwy pozostało czterech głównych graczy, choć zdecydowaną większość rynku kontroluje dwóch z nich: Qualcomm i ARM. Powody takiego stanu rzeczy są dość oczywiste. Każdy Snapdragon projektowany przez Qualcomma ma zintegrowany jakiś układ graficzny należący do rodziny Adreno, ARM zaś oferuje licencję na układy Mali każdemu nabywcy licencji na architekturę ARM – i to po bardzo okazyjnej cenie. To pozostawia bardzo niewiele miejsca jakiejkolwiek konkurencji. Dlatego niegdyś często spotykane i chwalone układy graficzne PowerVR można znaleźć niemal tylko w czipach Apple (i czasem w jakimś Atomie lub MediaTeku).

A Nvidia? Nvidia nie może powtórzyć rynkowego sukcesu Tegry 2 i 3. Z tego powodu strategia firmy trochę się zmieniła i nowsze Tegry (a więc również ich układy graficzne) częściej znajdują chętnych w branży motoryzacyjnej niż na rynku smartfonów i tabletów. 

Która z tych firm oferuje najszybsze produkty? To bardzo trudne pytanie, gdyż bardzo dużo zależy od implementacji. O ile w przypadku układów graficznych Qualcomma sytuacja jest dość jasna, o tyle w przypadku ARM, PowerVR i Nvidii trzeba wziąć pod uwagę kilka istotnych czynników.

  • Specyfikacja architektury ARM Mali-T880 zakłada istnienie konfiguracji składających się z 16 klastrów obliczeniowych, a najmocniejsza istniejąca implementacja (Exynos 8890 z Galaxy S7) ma ich tylko 12.
  • Specyfikacja architektury serii 7XT zakłada istnienie 16-klastrowych konfiguracji, a najmocniejsza jej implementacja (Apple A9X z iPada Pro) ma ich tylko 12.
  • Tegra X1 montowana w konsoli Shield TV zużywa 10–15 W, czyli ponad dwa razy więcej niż A9X z iPada Pro.

Zacznijmy więc od najłatwiejszego tematu. Jeśli chcesz kupić smartfon z najwydajniejszym układem graficznym, to powinien to być sprzęt ze Snapdragonem 820. Jego przewaga nad 12-rdzeniową wersją Mali-T880 i 6-rdzeniową odmianą PowerVR 7XT nie jest jednak duża. To bardzo interesujące, że trzy konkurencyjne i zupełnie inne architektury mają tak zbliżoną wydajność.

Jeszcze ciekawszy materiał do analizy zapewnia porównanie wyników Tegry X1 i najmocniejszej istniejącej implementacji architektury PowerVR 7XT. (Ciekawszy ze względu na pewien sentymentalny powrót do pojedynków GeForce kontra Kyro ;)). Wynika z niego, że Imagination Technologies na razie ma pewną przewagę nad Nvidią. Oczywiście, jeszcze musimy poczekać na pierwszy 16-nanometrowy SoC „zielonych” i pierwszy układ graficzny tej klasy oparty na nowej architekturze Pascal (GPU Tegry X1 jest zbudowany w architekturze Maxwell), ale osiągnąć współczynnik zużycia energii do wydajności, który zapewniały układy PowerVR, nie będzie łatwo. Tegra X1 z Shield TV wygląda pod tym względem naprawdę kiepsko, a odmiana tego czipu montowana w tablecie Google Pixel C jest o mniej więcej 1/3 wolniejsza. A przecież w tym roku powinniśmy już zobaczyć pierwsze implementacje najnowszej architektury Imaginations Technologies. Należy się więc spodziewać, że GPU nowej generacji iPadów nadal będą miały bezpieczną przewagę w wydajności nad ich ARM-ową konkurencją.

Apple iPad Pro

Pozostał nam jeszcze jeden temat do omówienia: degradacja wydajności. Powyższy zestaw wykresów przedstawia maksymalne możliwości poszczególnych układów graficznych, ale maksymalny w przypadku większości współczesnych smartfonów i tabletów wcale nie oznacza typowy. Urządzenia tych rozmiarów mają bardzo ograniczone możliwości odprowadzania ciepła, a więc montowane w nich procesory mają ograniczony budżet energetyczny. Niestety, od dłuższego czasu mało kto bierze go poważnie pod uwagę, przez co układy graficzne najwydajniejszych smartfonów muszą być spowalniane, żeby obudowy naszych gadżetów nie nagrzewały się nadmiernie. Jak bardzo? Nawet o kilkadziesiąt procent.

Na zakończenie mała ciekawostka. Ostatnie miejsce we wszystkich testach zajmuje Adreno 306 z popularnego Snapdragona 410. Układ ten jest średnio o kilkanaście procent szybszy od GPU Samsunga Galaxy S III. Polecamy małą gimnastykę umysłową i policzenie, ile razy wzrosła wydajność mobilnych układów graficznych w ciągu ostatnich 4 lat :)

8