Smartphone-cpus
Die verschiedenen Handy-prozessoren und ihre Einsatzgebiete
Die wenigsten Nutzer wissen, welcher Prozessor in ihrem Smartphone steckt und welche Leistung er erbringt. Dabei ist die CPU des Smartphones mindestens genauso wichtig wie das Gegenstück im PC oder Notebook – und da kennen die Nutzer meist das genaue Modell.
Mit diesem Artikel lernen Sie die verschiedenen Smartphone-cpus und deren Einsatzgebiete kennen. So können Sie aktuelle und zukünftige Geräte besser einschätzen.
Herstellerangaben: Was die einzelnen Werte bedeuten
Wenn Sie sich die Beschreibung eines aktuellen Smartphones wie des Samsung S10 betrachten, finden Sie für den Prozessor mehrere Informationen: Hersteller, Prozessortyp, Anzahl der Prozessorkerne sowie die Cpu-taktrate. Das Spitzenmodell aus Südkorea besitzt etwa den hauseigenen Prozessor Exynos 9820 mit acht Kernen und einer Taktrate von 2,7 GHZ.
Ein Prozessorkern ist eine Einheit mit Rechenund Steuerwerk, die um weitere Komponenten wie den Cache-speicher und die Memory Management Unit (MMU) ergänzt wird. Sind in einer CPU mehrere Kerne vorhanden, werden diese übereinandergestapelt. Bei zwei Kernen spricht man von Dualcore, bei einem Stapel mit vier Kernen entsprechend von einem Quadcore. Die aktuellen Modelle besitzen acht Kerne und werden auch Octacore genannt.
Die Taktrate gibt in diesem Zusammenhang an, mit welcher Frequenz die Kerne die Aufgaben
abarbeiten. Acht Kerne können, eine entsprechende Steuerung durch das Betriebssystem oder die App vorausgesetzt, bis zu acht Arbeitsschritte gleichzeitig abarbeiten. Die Hertz-anzahl des Prozessors gibt an, wie lange eine Taktperiode ist, also die Zeit, die benötigt wird, um einen Arbeitsschritt auszuführen. Bei einem Gigahertz beträgt die Taktperiode eine Nanosekunde, bei acht Kernen können dies dann bei optimaler Parallelisierung acht Befehle je Nanosekunde sein.
Die Taktrate der Smartphone-prozessoren bewegt sich bei aktuellen Spitzenmodellen zwischen zwei und drei Gigahertz. Eine höhere Taktrate wird derzeit aus zwei wesentlichen Gründen nicht umgesetzt: Zum einen ist der Stromverbrauch zu hoch und senkt damit die Akkulaufzeit. Nicht weniger wichtig ist aber auch die Temperaturentwicklung, die bei höherer Taktrate auch entsprechend steigt. Dies kann im schlimmsten Fall zu Beschädigungen des Smartphones führen.
„Die verbaute CPU und die dazugehörigen Benchmarkwerte sagen viel über die Leistung eines Mobilgeräts aus. Aber eben nicht alles.“
Die Hersteller mischen auch die Taktfrequenzen der Kerne: höhere Taktraten für rechenintensivere Aufgaben, niedrigere für einfachere Jobs. Durch diesen Mix erzielen sie ein optimales Ergebnis, sparen jedoch zusätzlich wertvolle Akkuleistung ein.
Mehr als eine CPU: Architektur des Systems-on-a-chip
Die drei führenden Hersteller Huawei, Samsung und Qualcomm stellen jedoch nicht nur reine Prozessoren her, sondern ein sogenanntes Ein-chip-system oder System-on-a-chip (SOC). Dieses beinhaltet neben der CPU einen Grafikprozessor (GPU – Graphics Processing Unit), ein Lte-modem, einen Multimedia-prozessor, einen Signalprozessor, Sicherheitsfunktionen, einen Beschleuniger für künstliche Intelligenz (KI) und oftmals noch Komponenten, die die Bluetooth- und Wlan-funktionen beisteuern. Qualcomm spricht deswegen auch von einer mobilen Plattform, das Datenblatt seines schnellsten 855+-SOC ist daher auch eine Din-a4-seite lang (http:// bit.ly/332esy6) und listet alle verbauten Komponente auf.
Neben der CPU, welche die zentralen Rechenoperationen des Smartphones durchführt, besitzen moderne Socs als weiteren wichtigen Prozessor eine GPU. Diese unterstützt die CPU bei der performanten Darstellung von hochauflösenden Bildern und Animationen. Aufgrund der immer größeren Auflösungen, die von Smartphones und Tablets unterstützt werden, stößt die CPU bei dieser Aufgabe an ihre Grenzen. Daher kommt hier die GPU zum Einsatz, was zu einer Entlastung der CPU und damit in der Regel auch zu einem geringeren Energieverbrauch führt. Die GPU berechnet darüber hinaus noch 3D-daten für die Bildausgabe und stellt diese mittels Controller auf dem Smartphone- oder Tabletdisplay dar. Die Einsatzzwecke sind somit vor allem Spiele, Augmented-reality- und Virtualreality-anwendungen.
In den aktuellen Socs sind neben CPU und GPU auch oftmals noch Prozessoren für Kianwendungen
enthalten. Die Apps, die heute auf einem Smartphone zum Einsatz kommen und sich KI bedienen, benötigen immer eine Internetverbindung und eine entsprechende Cloudanwendung im Hintergrund. Dies beginnt bei der Sprach- und Bilderkennung, geht über persönliche Assistenten wie Alexa und Google Assistant bis hin zu Sicherheitsfunktionen.
Eine einheitliche Namensgebung hat sich im Bereich der Ki-prozessoren noch nicht durchgesetzt. Huawei nennt diese beispielsweise NPU (Neural Processing Unit). Sie soll im Bereich der Bild- und Spracherkennung bis zu 20-mal schneller sein als CPU und GPU. Anwendungsbereiche sind bereits heute die Erkennung von Objekten mittels Kamera, etwa Google Lens, aber auch beim Einsatz von Motivprogrammen und die daraus abgeleitete optimierte Bildeinstellung. In Apples aktuellem mobilen Prozessor A13 Bionic kommt ein Ki-prozes
sor zum Einsatz, der beispielsweise Funktionen von Face-id übernimmt, um das Gesicht des Besitzers zuverlässiger zu erkennen.
Die Anwendungsmöglichkeiten sind bei allen Herstellern heute allerdings noch sehr eingeschränkt.
Arm-architektur: Die Mutter aller Prozessoren
Trotz der Vielfalt der Prozessortypen bauen alle aktuellen Smartphones auf einer gemeinsamen Kernarchitektur auf und verwenden alle die gleichen Befehlssätze: Das britische Unternehmen ARM entwickelt das Design der Mikroprozessoren und vergibt anschließend die Lizenzen zur Fertigung, beispielsweise an Samsung, Huawei, Qualcomm oder auch Apple.
ARM ist es über die letzten Jahre gelungen, ein kompaktes Design zu entwickeln, das durch niedrigen Stromverbrauch bei hoher Leistung überzeugt. Dadurch können Smartphones immer leistungsstärker werden, während die Größe des Akkus schrumpft und die Laufzeit trotz allem in etwa gleich bleibt.
Die achte Version von ARM – ARMV8 – ist seit 2011 im Einsatz. Diese brachte als wichtigste Neuerung den Wechsel von 32 auf 64 Bit. Damit ist es möglich, doppelt so viele Bit in der gleichen Zeit zu verarbeiten. Zu jeder Architektur gibt es bei ARM noch verschiedene Designs für unterschiedliche Einsatzszenarien. Beispielsweise kommt Cortex A vor allem in Smartphones und Tablets zum Einsatz. ARM beschreibt dieses Design auf seiner Website als „höchste Performance bei optimaler Leistung“.
Antutu: Leistungsmessung mittels Benchmark
Die Anzahl der Kerne sowie die Taktfrequenz der CPU sind zwar wichtige Leistungsparameter eines Smartphones, sagen am Ende jedoch nur wenig darüber aus, wie schnell das Smartphone bestimmte Aufgaben tatsächlich abarbeitet. Denn darauf nehmen noch eine Reihe weiterer Komponenten Einfluss. Die Gesamtleistung können Sie am zuverlässigsten über einen Benchmark ermitteln, etwa dem Antutubenchmark (www.antutu.com). Die Software wurde in China entwickelt und steht für Android und IOS zur Verfügung. Der Benchmark beinhaltet eine Reihe von Tests, mit denen die Leistung der CPU, der GPU, des Speichers und des Betriebssystems getestet wird. Dies geht von der Darstellung von 3D-szenen über den lesenden und schreibenden Zugriff auf den Speicher bis hin zu Testalgorithmen, welche die Leistungsfähigkeit des Prozessors beleuchten. Antutu gibt Ihnen für jeden Teilbereich eine Punktzahl und am Ende ein Gesamtergebnis aus. Dieses können Sie mit den anderen Anwendern des Benchmarks teilen und dadurch zu einer aussagekräftigen Benchmark-datenbank beitragen. Sie sehen in dieser aber
nicht nur die Werte anderer baugleicher Smartphones, sondern haben eine solide Grundlage, um Ihr Smartphone auch mit anderen Geräten zu vergleichen.
Aus den bereitgestellten Messwerten generiert der Benchmark-anbieter eine monatliche Statistik und präsentiert die schnellsten Android-smartphones und ein Ranking
der verschiedenen iphone-modelle. Leider sind die beiden Testreihen untereinander nicht kompatibel. Aus diesem Grund sind die Testwerte, die mit einem iphone erzielt werden, auch nicht mit den Ergebnissen aus den Android-erhebungen vergleichbar.
Vergleich: Die Prozessoren der Top-smartphones
Soviel zu den theoretischen Grundlagen der Smartphone-cpus. Auf den nächsten Seiten werfen wir einen Blick auf die aktuelle Smartphone-landschaft und schauen uns die eingesetzten Prozessoren genauer an. Als Referenz-smartphones haben wir das iphone 11 Pro, das Samsung Galaxy S10, das Huawei P30 Pro und das Oneplus 7T Pro ausgewählt und in der Tabelle dazu die wichtigsten Daten des jeweiligen SOC gegenübergestellt.
Bei den Top-smartphones ist ein Octacoreprozessor unter Android inzwischen Standard.
Der Chipsatz unterscheidet sich bei den drei Herstellern jedoch grundsätzlich: Samsung verbaut die selbst entwickelte Plattform Exynos 9820, bei Huawei kommt der Hisilicon Kirin 980 ebenfalls aus dem eigenen Haus. Oneplus hingegen verwendet einen zugekauften Chipsatz von Qualcomm, erzielt damit aber den mit Abstand besten Wert im Antutu-v8-benchmark.
Bei allem untersuchten Smartphones kommt eine Kombination aus unterschiedlichen Kernen zum Einsatz. Die Kerne mit der höheren Taktung wie der Cortex A76 oder der Kryo 485 mit 2,96 GHZ sind für die rechenintensiven Aufgaben vorgesehen. Die Cortex-a55-kerne oder der Kryo 485 mit 1,78 GHZ sind energieeffizienter und für leichtere Operationen zuständig.
Außen vor ist das iphone 11 Pro mit seinem A13-bionic-chipsatz. Der Benchmark lässt sich nicht mit den Android-geräten vergleichen. Nimmt man allerdings nur die
Apple-geräte als Vergleichsbasis, liegt es mit dem aktuellen Antutu-benchmark für IOS vom Oktober 2019 (http://bit. ly/2o6de56) auf dem vierten Platz hinter den beiden ipad-pro-3-modellen und dem iphone 11 Pro Max.
Die Prozessoren der Top-geräte haben noch etwas gemeinsam: Sie besitzen einen Ki-prozessor, der bei der Erkennung von Bildern, Texten und Gesichtern die anderen Prozessoren unterstützt.
Diese Prozessoren finden Sie in Mittelklasse-smartphones
Im Vergleich der Mittelklasse-smartphones haben wir uns vier Geräte aus der Preiskategorie bis 450 Euro ausgesucht. Dabei haben wir zum einen Vorjahresmodelle wie das Samsung Galaxy S9 und das LG G7 Thinq, aber auch aktuelle Geräte wie das Honor 20 Pro und das Xiaomi Mi 9T Pro berücksichtigt.
Wie Sie in den Benchmark-werten sehen, gibt es an dieser Stelle bereits ein starkes Gefälle zwischen den aktuellen Modellen
aus dem Jahr 2019 und den beiden Vorjahresmodellen. Die Unterschiede betragen hier über 100.000 Punkte.
Der Chipsatz, welcher in den Mittelklassesmartphones zum Einsatz kommt, ist teilweise identisch zu dem der Top-smartphones, etwa der Snapdragon 855 oder der Kirin 980. Auch diese Prozessoren besitzen durchgängig acht Kerne, allerdings sind die Kerne im direkten Vergleich zu den Topsmartphones in der Regel leistungsschwächer. Dies ist auch eine der Erklärungen für den niedrigeren Benchmark-wert. Eine klare Ausnahme stellt an dieser Stelle das Xiaomi Mi 9T Pro dar: Seine Leistungswerte können mit denen von Top-smartphones mithalten, das verwendete SOC ist technisch nahezu identisch mit dem im Oneplus 7T Pro einsetzten Chip.
Es gibt aber natürlich noch weitere Faktoren, welche den Benchmark beeinflussen – dies wird an den rund 50.000 Punkten Unterschied klar, die zwischen dem Xiaomi und dem Oneplus-smartphone liegen. Dafür bezahlen Sie für das Oneplus auch rund
750 Euro, während das Xiaomi Mi 9T Pro rund 300 Euro günstiger ist.
Was KI betrifft, so gibt es auch bei den Mittelklasse-smartphones eine flächendeckende Durchdringung innerhalb des SOC. Dies gilt sowohl für die Top-smartphones aus 2018, aber auch für die Mittelklassesmartphones aus 2019.
Antutu v7: So schneiden Einstiegs-prozessoren ab
In der letzten Rubrik werfen wir noch einen Blick auf die Prozessoren, die in den Einsteiger-smartphones zum Einsatz kommen. Dies sind nach unserer Definition Geräte bis 300 Euro. In die Auswahl aufgenommen haben wir für den Vergleich das Motorola G8 Plus, das Samsung Galaxy A50, das Huawei P30 Lite und das Xiaomi Mi 8.
Für die Einstiegs-smartphones haben wir den Antutu-v7-benchmark als Grundlage für die Bewertung genommen, da nicht für alle Geräte Messwerte des aktuellen v8
Benchmarks zur Verfügung standen. Dies liegt mit daran, dass der neue Benchmark erst seit Herbst 2019 auf dem Markt ist. Die Hersteller der Socs sind auch hier wieder bunt gemischt: Während Samsung und Huawei auf die hauseigenen Lösungen setzen, vertrauen die anderen beiden auf einen Qualcomm Snapdragon. Im Falle von Motorola ein SDM 655, bei Xiaomi der deutlich leistungsstärkere SDM 845.
Anhand der Messwerte zeigt sich auch in diesem Bereich bei drei der vier Smartphones eine Leistungsdichte mit Messwerten rund um 140.000 Punkten. Lediglich das Xiaomi-smartphone fällt an dieser Stelle mit einer mehr als doppelt so hohen Punktzahl komplett aus dem Rahmen.
Auch in der unteren Preisklasse sind die Ki-prozessoren inzwischen fester Bestandteil der Plattform. An dieser Stelle wird in den Spezifikationen vorrangig auf eine bessere Qualität der Kamerabilder als Anwendungszweck verwiesen.
Welche CPU ist in Ihrem Smartphone verbaut?
Nachdem Sie nun fast alles über die CPUS in den Smartphones wissen, haben wir sicherlich auch Ihre Neugierde geweckt. Falls Sie herausfinden möchten, was in Ihrem Smartphone so alles drinsteckt und wie es im Vergleich zu Konkurrenzprodukten abschneidet, empfehlen wir Ihnen die Antutuapp für Android (http://bit.ly/2kmona0) oder IOS (https://apple.co/2qb3g2d). Sie misst nicht nur, wie leistungsstark Ihr Smartphone oder Tablet ist, sondern gibt
Ihnen auch eine detaillierte Übersicht, welches SOC und welche Komponenten in Ihrem Gerät stecken.
Und so geht’s: Nachdem Sie die App heruntergeladen und installiert haben, landen Sie erst einmal auf dem Startbildschirm. Beginnen Sie die Messung über die „Start Testing“-schaltfläche, und legen Sie danach Ihr Smartphone erst einmal für eine Weile zur Seite. Die App durchläuft alle möglichen Tests zur Leistungsfähigkeit von GPU, CPU, dem Speicher und der Benutzeroberfläche. Am Ende erhalten Sie eine Gesamtpunktzahl und können somit im ersten Schritt Ihr Smartphone mit den Werten für die hier vorgestellten Modelle vergleichen.
Die App generiert allerdings noch deutlich mehr Informationen: Über die Schaltfläche „Mein Gerät“gelangen Sie zu den technischen Werten Ihres Smartphones oder Tablets, darunter auch die verbaute CPU und die GPU (Renderer). Am Ende können Sie Ihr Ergebnis noch mit den Messungen der anderen Nutzer vergleichen.
Fazit: Leistung ist nicht alles
Smartphone-cpus zeigen deutliche Leistungsunterschiede. So erzielt ein Durchschnittsgerät im Einsteigerbereich 150.000 Punkte im Benchmark, während ein Spitzenmodell rund 450.000 Punkte erzielt. Dafür kostet es auch rund dreimal so viel. Da stellt sich natürlich die Frage, ob Sie so viel Leistung benötigen. Wenn Sie nicht gerade intensiv 3D-lastige Spiele spielen, werden Sie voraussichtlich nur selten an die Leistungsgrenzen Ihres Smartphones gelangen.
Allerdings ist die Leistung nicht das einzige Kriterium, welches einen Preisunterschied rechtfertigt. Auch die Qualität der sonstigen Komponenten wie Kamera und Display sowie die Verarbeitungsqualität spielen eine wichtige Rolle.
Von daher können Sie durchaus vor dem Kauf eines neuen Smartphones einen Blick auf den dazugehörigen Antutu-benchmark werfen. Doch Sie sollten das Ergebnis nicht zum alleinigen Kaufkriterium machen.