Семейство систем на чипе Samsung Exynos: южнокорейский гигант
| | | |

Семейство систем на чипе Samsung Exynos: южнокорейский гигант

Современные Android-смартфоны оснащаются системами на чипе разных производителей. Лидируют по распространенности Qualcomm и Mediatek, в бюджетных моделях часто встречаются Unisoc, а чипы Hisilicon уже практически канули в лету. Но есть на рынке еще один крупный игрок, который может позволить себе разрабатывать собственные SoC. Это — южнокорейский технологический гигант Samsung с линейкой систем на чипе Exynos….

Современные Android-смартфоны оснащаются системами на чипе разных производителей. Лидируют по распространенности Qualcomm и Mediatek, в бюджетных моделях часто встречаются Unisoc, а чипы Hisilicon уже практически канули в лету. Но есть на рынке еще один крупный игрок, который может позволить себе разрабатывать собственные SoC. Это — южнокорейский технологический гигант Samsung с линейкой систем на чипе Exynos.

История появления

Компания Samsung наверняка не нуждается в представлении, вот уже более полувека она разрабатывает и производит высокотехнологичные устройства, известные во всем мире. Спектр разнообразной электронной продукции производства южнокорейского гиганта очень широк. Не обошел он стороной и системы на чипе для мобильных устройств.

Мобильные процессоры компании увидели свет задолго до появления на рынке смартфонов на Android. В 2000 году был выпущен один из первых чипов Samsung, использовавшийся в сторонних продуктах — S3C44B0. Процессор имел одно ядро архитектуры ARM7 на частоте до 66 МГц и производился по техпроцессу 0.25 мкм (250 нм). Самым известным устройством на нем стала первая модель линейки T-Mobile Sidekick, также известная как Danger Hiptop. Этот «дедушка» современных смартфонов с монохромным экраном 240 на 160 точек разрешения уже два десятка лет назад мог использоваться для выхода в интернет благодаря поддержке GPRS и встроенной QWERTY-клавиатуре — и все благодаря чипу Samsung.

Более поздние чипы серии S3C24xx получили гораздо большее распространение из-за экспансии коммуникаторов на операционной системе Windows Mobile в середине 2000-х. Эти модели процессоров объединяло использование ядра на базе архитектуры ARM9 с частотой от 200 до 500 Мгц и 32-64 Мб ОЗУ. Использовался 180- и 130-нм техпроцесс. Ярким примером устройств с ними может служить некогда популярная линейка коммуникаторов HP iPAQ модельного ряда RZ.

В 2006 году Apple обратилась к Samsung для создания системы на чипе для своего первого смартфона. Samsung выполнила заказ, и сердцем дебютировавшего в начале 2007 года iPhone стал чип, который по внутренней маркировке производителя обозначался как S3C6400 или S5L8900. SoC обладала ядром на базе архитектуры ARM11, получившим частоту 412 МГц, и производилась по 90-нм техпроцессу. В одном корпусе с ядром ЦП находилось 128 Мб eDRAM памяти, использовавшегося в качестве оперативной. Впервые для мобильных чипов Samsung был интегрирован графический ускоритель, им стал PowerVR MBX Lite. Данный процессор использовался и во второй модели «яблочного» телефона — iPhone 3G.

Для разработки процессора следующего iPhone 3GS Apple вновь обратилась к Samsung. В состав нового чипа S5PC100 вошло модернизированное ядро архитектуры Cortex-A8 на частоте в 600 МГц, графический ускоритель и 256 Мб памяти LPDDR2. Следующий чип для iPhone 4 Apple решила разрабатывать самостоятельно, а южнокорейской компании лишь доверила его производство.

Используя накопившийся опыт, в 2010 году Samsung разработала преемника S5PC100 для собственных устройств — чип S5PC110. Он обладал модернизированным ядром архитектуры Cortex-A8 под кодовым названием «Hummingbird». Первоначально его именем назывался и сам мобильный процессор. Система работала на частоте 1 ГГц и оснащалась графическим ускорителем PowerVR SGX540. В оснащение также входило 512 Мб двухканальной памяти LPDDR2. Именно этот SoC получил первенец флагманской линейки смартфонов компании — знаменитый Galaxy S. Позже чип переименовали в Exynos 3 3110, положив начало знаменитой линейке процессоров Exynos. Все последующие системы на чипе компании гордо носят это название изначально.

Обозначение моделей

В первые годы в состав линейки систем на чипе входили только флагманские модели, устанавливаемые в смартфоны серии Galaxy S и Galaxy Note. Позже семейство пополнилось и бюджетными моделями, предназначенными для недорогих смартфонов.

Первый Exynos причислен компанией к третьему поколению собственных чипов. Именно поэтому он носит полное название Exynos 3 Single 3110, где 3 — поколение, Single — количество ядер, а 3110 — порядковый номер модели, первая цифра которого также указывает на поколение. Для современных моделей обычно указывается только порядковый номер модели, который до 9-го поколения процессоров включительно сохранял старый четырехзначный вид.

В 10-м поколении процессоров нумерацию изменили, включив в него 800 и 900 серию чипов, младшая из которых содержит в себе бюджетные модели. Начиная с этого поколения, убрали и старые упоминания количества ядер в названии, использовавшиеся ранее: Dual, Quad, Hexa и Octa. Последние 11-е и 12-е поколения чипов входят в линейки Exynos 1000 и 2000.

Процессоры Exynos не имеют огромного количества разных SoC в каждом поколении, как у Qualcomm или Mediatek. Обычно каждый год выпускается одна флагманская модель и пара-тройка чипов для более бюджетных устройств. Основное применение системы на чипе компании находят в собственных моделях смартфонов Samsung — как во флагманских линейках Galaxy S и Flip, так и в спектре смартфонов среднего и бюджетного ценовых сегментов Galaxy A, M и F. Помимо этого, Samsung поставляет собственные процессоры и некоторым китайским производителям смартфонов: чипы Exynos достаточно распространены в моделях Vivo, иногда встречаются у Motorola и Meizu.

Центральные процессоры

Первый Exynos оснащался доработанным ядром Cortex A8, которое показывало более высокую производительность по сравнению с эталонным решением ARM. Но уже со следующего поколения компания стала применять стандартные ядра ARM, ограничиваясь лишь доведением их до более высоких частот благодаря оптимизации проектирования и производства чипов. Для Samsung это не составляет труда, ведь производственные мощности у нее свои.

С 2016 по 2020 годы Samsung оснащала флагманские чипы несколькими производительными ядрами Mongoose на базе ядер ARM, доработанных собственными силами. Эти ядра обозначаются буквой M и цифрой, соответствующей поколению ядра. Последним поколением Mongoose стало ядро M5, применявшееся в Exynos 990. В процессорах компании ядра Mongoose занимали иерархию высокопроизводительных. В первых моделях четыре таких ядра комбинировались исключительно с энергоэффективными A53/A55. Позже количество ядер Mongoose сократили до двух, заменив убранную пару на стандартные производительные ядра Cortex A75/A76.

Начиная с 2021 года, на замену Mongoose в флагманах серии стали использоваться стандартные высокопроизводительные ядра ARM серии Cortex-X. У флагмана 2021 года Exynos 2100 одно ядро X1 сочетается с тремя A78 и четырьмя A55. В новейшем Exynos 2200, нашедшем применение во флагманских смартфонах компании 2022 года, установлено более новое и производительное ядро X2. Это первый процессор компании, построенный на девятой версии архитектуры ARM против восьмой у предшественников. Помимо X2, он включается в себя три производительных ядра A710 и четыре энергосберегающих A510.

Прочие процессоры компании предназначены для смартфонов среднего и низкого ценового сегмента. Из последних моделей можно выделить Exynos 1280 и 1080. Они построены на современных производительных ядрах A78 в комбинации с энергосберегающими A55. У первой модели быстрых ядер два, энергосберегающих — шесть. Вторая модель, несмотря на меньший числовой индекс, производительнее: ядер обоих типов у нее по четыре. Причем среди производительных выделено одно Prime-ядро, способное работать на частоте выше других ядер того же кластера.

Предшествующее поколение процессоров этого ценового сегмента имеет два более старых ядра A77 вкупе с теми же шестью A55. Это модели Exynos 880 и 980. Особняком стоит бюджетный Exynos 850, производительных ядер он не имеет, все восемь ядер в его составе — энергосберегающие A55.

Достаточно старые, но все еще актуальные бюджетные модели Exynos 7884, 7885 и 7904 построены по той же схеме с помощью ядер A73 и A53 и отличаются между собой только частотами. К их одногодкам относятся и несколько моделей серии 96xx — аналогичные ядра в них поделены на два квартета, за счет чего производительность этих процессоров выше.

Графические процессоры

Как уже упоминалось, в первых системах на чипах для смартфонов Apple и собственного первенца Samsung Exynos использовалась графика PowerVR. Но уже со второй модели в своих SoC Samsung перешла на использование детища ARM — графических процессоров Mali. Абсолютно все последующие системы на чипе компании, за исключением самого нового на сегодняшний день Exynos 2200, используют ГП Mali разных поколений и конфигураций. Графика Mali достаточно гибко масштабируется благодаря возможности использовать разное количество графических ядер.

Самые бюджетные модели SoC оснащены графикой архитектуры Bifrost. К ее первому поколению относится графика Mali G71 с двумя ядрами, применяемая в Exynos 7884, 7885 и 7904. Графика Mali G52 ультрабюджетного Exynos 850 с одним графическим ядром, а также Mali G72 процессоров Exynos серии 9600 относится ко второму поколению архитектуры, обладающему чуть более высокой производительностью. К тому же ядер ГП в последней серии три. Схожая Mali G72 установлена и в некогда топовый Exynos 9810, обладающий рекордным количеством графических блоков среди всех процессоров семейства — 18.

Однако на производительность графики Mali влияет не только количество ядер, но и архитектура вкупе с тактовой частотой. В преемниках Exynos 9810 — моделях 9820 и 9825 — ядер графики осталось всего 12, но при этом скорость работы увеличилась благодаря более высокой частоте ГП и третьему поколению графической архитектуры Bifrost, которая принесла значительное повышение производительности на ядро. Такой же графикой обладают еще достаточно актуальные бюджетные модели Exynos 880 и 980. Правда количество ядер ГП в них уменьшено до пяти.

В следующем флагмане Exynos 990 впервые среди чипов линейки было установлено графическое ядро первого поколения следующей архитектуры — Valhall. Графика в этой модели носит название Mali G77 и обладает чуть меньшим количеством ядер — 11. Но за счет новой архитектуры и более высоких частот она немного обходит предшественника по производительности.

Флагманский SoC Exynos 2100 получил графику второго поколения архитектуры Valhall. Обновленная Mali G78 принесла незначительное увеличение производительности на такт по сравнению с предшественником, но в новом чипе получила больше ядер — 14. Помимо Exynos 2100, такую графику получил и чип уровнем ниже — Exynos 1080. Хотя ядер здесь только 10, эта модель стала самой производительной системой на чипе Exynos из тех, что не относятся к флагманам. Современный бюджетный чип Exynos 1280 обладает четырьмя ядрами Mali G68, основанного на той же графической архитектуре.

Последний в линейке флагманских чипов Exynos 2200 перешел на использование новой графики, разработанной Samsung совместно с AMD. Она получила название Xclipse 920 и основана на графической архитектуре AMD RDNA 2 — той самой, которая используется в видеокартах серии RX6000, а также игровых приставках PS5 и Xbox Series X/S.

Новый ГП содержит 6 вычислительных блоков и обладает поддержкой всех актуальных на данный момент технологий графики, в число которых входит трассировка лучей, переменное затенение и полная поддержка последних версий API Vulkan и DirectX.

Оперативная и постоянная память

Одним из направлений деятельности компании Samsung является производство оперативной памяти и твердотельных накопителей. Поэтому нет ничего удивительного в том, что собственные процессоры компании одними из первых комплектуются новыми поколениями оперативной и постоянной памяти. В 2015 году именно смартфон Galaxy S6 на SoC Exynos 7420 стал первым мобильным устройством с памятью типа LPDDR4 и скоростным накопителем стандарта UFS 2.0. В целом, экспансия замены памяти eMMC на более быструю UFS в смартфонах началась именно с флагманских смартфонов Samsung.

Последние три поколения топовых SoC компании — Exynos 990, 2100 и 2200 — оснащаются оперативной памятью последнего поколения LPDDR5. В качестве накопителя у Exynos 990 используется память типа UFS 3.0, а у процессоров 2000 серии — самая быстрая на данный момент UFS 3.1. Кроме флагманских SoC, таким же «джентльменским набором» обладает еще один процессор — Exynos 1080. В пару к LPDDR5 им также поддерживается и более медленная LPDDR4X.

Помимо этого, оперативную память LPDDR4X использует большинство актуальных SoC Exynos: некогда флагманские 9810, 9820 и 9825, свежие «середнячки» 1080 и 1280, актуальные «бюджетки» 850, 880 и 980, а также устаревшие процессоры среднего класса серии 9600 и Exynos 7904. Шина памяти у всех вышеперечисленных SoC 64-битная, за исключением моделей с порядковыми номерами 850 и 7904 — они ограничены 32-битным соединением.

У достаточно старых бюджетных решений Exynos 7884 и 7885 аналогичная шина в связке с более медленной памятью — LPDDR4. Впрочем, и быстрым хранилищем они похвастать не могут — поддерживается только устаревшая память типа eMMC 5.1. Несмотря на то, что бюджетный Exynos 850 более свеж, такой тип памяти является пределом и его возможностей.

Зато «середнячки» поддерживают более быструю память UFS версии 2.1 — ее можно встретить у Exynos 980, 880 и серии 9600. Она же используется у немного устаревшего флагманского 9810, а вот его последователи 9820 и 9825 поддерживают память UFS 3.0. Самый новый процессор бюджетного класса Exynos 1280 наделять поддержкой третьей версии быстрой памяти не стали, ограничив его немного обновленной UFS 2.2.

Производительность

Линейка систем на чипе Exynos от Samsung не так широка, как продукция Qualcomm и Mediatek, однако флагманские чипы в качестве ответа конкурентам в ней появляются ежегодно. При этом между чипами среднего и бюджетного сегмента определенно есть пробелы, но и в этих ценовых категориях редкие Exynos достаточно конкурентоспособны. В таблице ниже приводится сравнение всех актуальных моделей линейки систем на чипе компании Samsung за последние четыре года.

 

Модель SoC ExynosТехпроцессЦентральный процессор (конфигурация ядер)Графический процессорОперативная и постоянная памятиСреднее количество баллов в Antutu 9Cредний результат в Geekbench 5 (single/multi)Аналог по производительности среди SoC QualcommПримеры смартфонов
788414 нм2x A73+ 6x A53Mali G71 MP2LPDDR4@32 bit + eMMC 5.1~ 130-140K~ 248/904Snapdragon

630/632

Galaxy A10/A20/ /M10s
788514 нм2x A73+ 6x A53Mali G71 MP2LPDDR4@32 bit + eMMC 5.1~ 160-170K~ 320/1045Snapdragon

460

Galaxy A7 (2018)/A8 (2018)/A8+ (2018)
790414 нм2x A73+ 6x A53Mali G71 MP2LPDDR4X@32 bit + eMMC 5.1~ 160-170K~ 320/1045Snapdragon

460

Galaxy A30/ /A40/M20/M30
9609

9610

9611

10 нм4x A73+ 4x A53Mali G72 MP3LPDDR4X@64 bit + UFS 2.1~ 230-240K~ 342/1200Snapdragon

662/665

Galaxy A50/ /A51/M21/M30s/M31

Motorola One Vision/Action

8508 нм8x A55Mali G52 MP1LPDDR4X@32 bit + eMMC 5.1~ 140-150K~ 161/952Snapdragon

460

Galaxy A04s/A12/A13/A21s/M12/M13/F12/А13
8808 нм2x A77+ 6x A55Mali G76 MP5LPDDR4X@64 bit + UFS 2.1~ 300-310K~ 661/1827Snapdragon

678/680

Vivo Y51s/Y70s/Y70t
9808 нм2x A77+ 6x A55Mali G76 MP5LPDDR4X@64 bit + UFS 2.1~ 340-350K~ 699/1870Snapdragon 720G/730/730G /732GGalaxy A51 5G/A71 5G

Vivo X30/X30 Pro/S6 5G

10805 нмPrime A78 + 3x A78 + 4x A55Mali G78 MP10LPDDR4X/LPDDR5@64 bit + UFS 3.1~ 700-710K~ 840/2938Snapdragon

865+/870

Vivo X60/X60s/X60 Pro/X70 Pro/X70t/S15e
12805 нм2x A78 + 6x A55Mali G68 MP4LPDDR4X@64 bit + UFS 2.2~ 420-430K~ 743/1884Snapdragon

695

Galaxy A33 5G/A53 5G/M33
981010 нм4x M3 + 2x A55Mali G72 MP18LPDDR4X@64 bit + UFS 2.1~ 410-420K~ 679/2001Snapdragon

845

Galaxy S9/S9+/Note 9/Note 10 Lite
98208 нм2x M4 + 2x A75 + 4x A55Mali G76 MP12LPDDR4X@64 bit + UFS 3.0~ 510-520K~ 815/2292Snapdragon

855

Серия смартфонов Galaxy S10
98257 нм2x M4 + 2x A75 + 4x A55Mali G76 MP12LPDDR4X@64 bit + UFS 3.0~ 540-550K~ 845/2384Snapdragon 855+/860Galaxy Note 10/Note 10+/M62/F62
9907 нм2x M5 + 2x A76 + 4x A55Mali G77 MP11LPDDR5@64 bit + UFS 3.0~ 600-610K~ 932/2704Snapdragon

865

Серии смартфонов Galaxy S20 и Note 20, Galaxy Z Flip 5G
21005 нмPrime X1 + 3x A78 + 4x A55Mali G78 MP14LPDDR5@64 bit + UFS 3.1~ 760-770K~ 1078/3601Snapdragon

888

Серия смартфонов Galaxy S21
22004 нмPrime X2 + 3x A710 + 4x A510Xclipse 920 (6 CU)LPDDR5@64 bit + UFS 3.1~ 940-950K~ 1144/3623Snapdragon

8 Gen 1

Серия смартфонов Galaxy S22

По количеству чипов, установленных в смартфонах, модели южнокорейского гиганта занимают всего лишь пятое место после Qualcomm, Mediatek, Apple и Unisoc. Но при этом гаджеты с SoC Exynos достаточно распространены благодаря их использованию в популярных сериях смартфонов Samsung Galaxy S, A, M и F.

В сравнении с лидером рынка Qualcomm, чипы Samsung для устройств аналогичных ценовых сегментов часто обладают немного меньшей графической производительностью. При этом они остаются примерно на уровне по мощности центрального процессора, но энергоэффективность у них ниже.

Несмотря на некоторые недостатки, топовые процессоры Exynos одними из первых получают в свое распоряжение новые технологии и часто идут ноздря в ноздрю с самыми мощными SoC на рынке. На протяжении всей истории Android-смартфонов именно Exynos является первым и бессменным конкурентом топов Qualcomm Snapdragon, начиная с далекого 2010 года и заканчивая сегодняшними днями.

Похожие записи