Das Gehirn hinter dem Snapdragon 835

Jeder letzte Quadratmillimeter im Inneren eines Smartphones ist mit der Elektronik vollgestopft, die es zum Laufen bringt. Die Kernkomponenten – der Prozessor, der Speicher, der Grafikchip, das Mobilfunkmodem – sind jedoch auf einem einzigen Chip untergebracht, der nicht größer als eine normale Briefmarke ist.

Es ist eine beeindruckende Ingenieursleistung, das Ergebnis langjähriger Arbeit und Planung. Wie kommt das alles zusammen? Wir haben seltenen Zugang zum Entwicklerteam hinter der Qualcomm® Snapdragon™ 835 Mobile Platform – dem leistungsstärksten System-on-a-Chip (SoC) für Smartphones auf dem Markt – erhalten, um das herauszufinden.

Jahrelange Planung

Da Unternehmen wie Samsung alle paar Monate große neue Smartphones auf den Markt bringen, könnte man meinen, dass die darin enthaltenen Komponenten schnell vom Reißbrett in die Produktion übergehen würden. Tatsächlich wird ein SoC wie der Snapdragon 835 viele Jahre im Voraus geplant – lange bevor selbst die Handyhersteller die erste Ahnung davon haben, wie ihre Smartphones aussehen werden.

„Was normalerweise passiert … ist, dass Sie Subsysteme des Chips wie Modem, Grafik, Video, Speicher usw. haben und damit viele Jahre im Voraus beginnen“, sagte uns Keith Kressin, Senior Vice President of Product Management bei Qualcomm . „Wenn Sie sich den Anforderungen des Marktes nähern, verwenden Sie diese verschiedenen Kerne entweder oder modifizieren sie leicht und integrieren sie zusammen, um einen Chip herzustellen.“

„In weniger als einem Jahr kann man nichts machen“, fügte Kressin hinzu. „Selbst wenn Sie die Subsysteme bereits entwickelt haben, um sie alle zusammenzubauen und zu integrieren und die Software zu erstellen, dauert es mehr als ein Jahr. Es dauert also mehrere Jahre, bis Sie mit der Planung dieser Chips beginnen.“

Die Liste der Unternehmen, die Qualcomm konsultieren und mit denen zusammenarbeiten muss, um auch nur eines dieser winzigen Systems-on-a-Chip zu produzieren, ist erschreckend. Da sind natürlich die Smartphone-Hersteller, die normalerweise 18 Monate im Voraus darüber nachdenken, was sie in ihre Handys einbauen werden, und die Mobilfunknetze. Dann gibt es die Fertigungspartner, die die Chips tatsächlich herstellen, die Batteriehersteller, die Unternehmen, die die Bildschirme und alle anderen Teile in einem Mobiltelefon herstellen. Und nicht zu vergessen die riesige Liste internationaler Regulierungsbehörden, die entscheiden, welche Teile des Funkspektrums das Modem des Telefons verwenden darf oder wie viel Wärme das Gerät abgeben darf.

„Das ist schon ein Riesenaufwand“, sagte Kressin. „Wenn wir das nicht hätten, wäre es sehr schwierig, Mobiltelefone weltweit zu versenden.“

Interne Debatten

Dann gibt es Teams innerhalb von Qualcomm, die eng und im Wettbewerb miteinander arbeiten müssen. Jeder dieser verschiedenen Teile des SoC hat ein engagiertes Engineering-Team, und sie alle wetteifern darum, ihren Teil so gut wie möglich zu machen. Aber wenn Sie nur eine begrenzte Menge an Batterieleistung zum Arbeiten haben und strenge Grenzen für die Größe des Chips selbst haben, muss jemand entscheiden, welchem ​​Teil des SoC Priorität eingeräumt wird.

„Jeder Technologie-Produktmanager möchte, dass alles das Beste ist – die beste Grafik, das beste Video, die niedrigste Latenz, die beste Leistung, was auch immer“, sagte Kressin. „Aber Sie müssen praktische Kompromisse eingehen. Das ist die Aufgabe des Planungsleiters und des Projektmanagers, mit unseren Hauptingenieuren zusammenzuarbeiten, um diese Kompromisse während der Entwicklung des Chips einzugehen.“

Nicht, dass dem Snapdragon 835 viel Kompromisse im Weg stehen würden. Die CPU hat acht Kerne, doppelt so viele wie die Vorgängergeneration; es kann 4K-Videos mit fehlerfreien 60 fps wiedergeben; seine Quick Charge 4-Technologie kann fünf Stunden Akkulaufzeit in fünf Minuten Ladezeit wiederherstellen; und das 4G-Modem ist jetzt in der Lage, Daten mit 1 Gbit/s herunterzuladen – eine Geschwindigkeit, mit der selbst reine Glasfaser-Breitbandverbindungen nur schwer mithalten können. Und all dies in einem Paket, das kleiner ist als die vorherige Generation, obwohl Handys immer größer werden.

Den Strom im Zaum halten

Könnte es sich Qualcomm nicht leisten, größere und leistungsstärkere Chips herzustellen, da die Größe der Mobiltelefone weiter zunimmt? Nein. Erstens, weil Handy-Hersteller den zusätzlichen Platz selbst füllen wollen, und zweitens, weil größere Chips den Akku schneller entleeren und die Akkulaufzeit laut Kressin die „höchste Priorität“ für Verbraucher hat.

Die Verbraucher verlangen jedoch auch Funktionen wie Sprachassistenten, bei denen Mikrofone ständig laufen müssen, oder die Möglichkeit, ihr Smartphone in Virtual-Reality-Headsets zu verwenden. Wie balanciert Qualcomm die widersprüchlichen Forderungen nach mehr Leistung und besserer Akkulaufzeit aus? „Sie brauchen ein sehr feinkörniges Wärmemanagement“, sagte Kressin und erklärte, dass Qualcomm strenge Leistungsgrenzen für jede einzelne Komponente des SoC und für den Chip als Ganzes festlegt.

„Sie belasten den Chip thermisch, indem Sie Dateien über 4G übertragen, und Sie haben Wi-Fi und Bluetooth, und Sie spielen online ein Spiel, und Sie belasten die CPU und GPU, und es gibt eine Maschine Lernen im Hintergrund“, sagt Kressin.

„Wenn alle Systeme dynamisch ausgereizt werden, gibt es Drosselmechanismen, die dafür sorgen, dass der Chip nicht überhitzt. Die meisten mobilen Geräte sind keine aktive Kühlung. Es gibt also sehr strenge Leistungsparameter dafür, wie viel Wärme der Chip erzeugen kann und wie viel Wärme an die Oberfläche eines Geräts gelangen kann, das sich oft in Hautnähe befindet. Wir müssen sicherstellen, dass wir die ganze Zeit innerhalb dieses Rahmens bleiben.“

In die Zukunft blicken

Inzwischen wird natürlich schon an den SoCs gearbeitet, die 2020 und darüber hinaus in Smartphones stecken werden. Der 835 basiert auf einem 10-Nanometer-Prozess – ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter – und die Roadmap zeigt, dass der Prozess bis 2020 auf 5 Nanometer reduziert sein wird. Das bedeutet, dass wir noch schnellere Prozessoren erwarten können, die weniger Wärme erzeugen und weniger Strom verbrauchen.

„Als Chip-Typ sitzen wir hier und planen drei bis fünf Jahre“, sagte Kressin. „In diesem Zeitrahmen können wir durch das Schrumpfen des einzelnen Prozesses weiterhin Leistungsvorteile und physische Größenvorteile erzielen. Nach fünf Jahren ist es viel schwerer zu erkennen.“

Erfahren Sie, wie Qualcomm die Gigabit-LTE-Revolution vorantreibt.