Snapdragon 888: ¿Cómo consigue Qualcomm qué sea el SoC para Android más potente del mundo?
por Antonio Delgado Actualizado: 18/05/2021 13Introducción y especificaciones técnicas del Qualcomm Snadpragon 888
Anunciado oficialmente el 1 de diciembre del 2020, pero sin apenas dar detalles sobre sus especificaciones, Qualcomm nos prometía que su nuevo Snapdragon 888 es la plataforma para smartphones más potente de su historia. Hoy, en el segundo día de conferencias de Snapdragon Summit 2020, la compañía ha desvelado todos los detalles de su nuevo SoC de alto rendimiento junto a todas sus componentes, arquitectura y capacidades con las que quieren mantener su posición en el mercado de smartphones de gama alta.
El Snapdragon 888 , fabricado a 5 nanómetros por Samsung , está dotado de la nueva arquitectura de CPU Kryo 680, formada por 8 núcleos entre los que destaca el núcleo "Prime" basado en la arquitectura ARM Cortex-X,1 una evolución de Cortex-A78 pero orientada a ofrecer el máximo rendimiento. A este núcleo le acompañan 3 núcleos Cortex-A78 y cuatro A55 para tareas de menor consumo. Soporta memoria de hasta 16 GB LPDDR5 de hasta 3.200 MHz o bien LPDDR4X de 2.133 MHz.
La GPU es la nueva Adreno 660, una gráfica que soporta Vulkan 1.1, HDR, OpenGL, OpenCL y características propias de las gráficas de PC como los drivers actualizables o soporte para Variable Rate Shading o VRS. Se puede integrar en smartphones con pantallas 4 K a 60 Hz o QHD+ a 144 Hz, además de soportar pantallas externas 4K, HDR10+ y 10 bits.
El sistema de cámaras soportado por el nuevo ISP Spectra 580 pega un salto bastante interesante. Se trata del primer ISP triple de 14 bits, algo que le permite ofrecer hasta 21,7 Gigapixeles por segundo de procesamiento de imágenes para capturar fotografías de hasta 200 MP, con capacidades para gestionar tres cámaras de 28 MP capaces de sacar 30 capturas al mismo tiempo. No le falta captura de vídeo HDR10, 4K HDR, 4K a 120 FPS o incluso resolución 8K.
La aceleración mediante Inteligencia Artificial es un campo que se ha integrado en prácticamente todos los aspectos de la tecnología actual, y el Snapdragon ha implementado el nuevo DSP Hexagon 780, un hardware dedicado con aceleradores fusionados formados por aceleradores Tensor, extensiones Vector y acelerador escalar. Además, se complementa con un pequeño procesador de bajo consumo, el Qualcomm Sensing Hub, para aplicar inferencia de IA de manera permanente con un consumo mínimo, estando siempre encendido y sin necesidad de utilizar la potencia del chip para tareas básicas.
La conectividad 5G tampoco podía faltar, y el S888 hace uso del módem Snapdragon X60 con tecnologías como 6G mmWave, Sub-6 GHz, modo SA y nSA, Dynamic Spectrum Sharing, multi-SIM y mucho más, para conseguir velocidades de hasta 7,5 Gbps de descarga y 3 Gbps de subida. Esta conectividad se acompaña también de Bluetooth 5.2 integrado y del sistema FastConnect 6900 con conectividad WiFi 5, WiFi 6 y WiFi 6E para alcanzar hasta 3,6 Gbps de ancho de banda.
Además, se ha introducido también el Qualcomm Processor Security, un chip integrado en el propio SOC que permite una capa extra de seguridad con soporte para Hypervisor, lo que da lugar a que cada aplicación pueda tener una especie de "sistema operativo propio" aislando su ejecución del resto del sistema para evitar fallos de seguridad.
Arquitectura de CPU Kryo 680 con núcleo Prime Cortex X-1 para un 25% más de rendimiento
Una de las partes más importantes de un SoC como este, destinado a estar integrado en un gran número de smartphones de gama alta de varias compañías, es su CPU. En el Snapdragon 888, Qualcomm ha integrado su propia arquitectura Kryo 680, una adaptación de varios núcleos basados en distintas arquitecturas Cortex de AMD combinadas para conseguir el máximo rendimiento, pero también unos niveles de consumo bajos cuando sea necesario.
Para ello tenemos una distribución en clústers formados por distintas arquitecturas que, en este caso, se distribuyen en un núcleo denominado Prime, tres núcleos Performance, y cuatro núcleos Efficiency. Todo ello para conseguir un 25% más de rendimiento que la pasada generación al mismo tiempo que la eficiencia energética también mejora en ese mismo 25%.
Si vemos en detalle la distribución interna de la CPU del nuevo Snapdragon 888 podemos ver una representación esquemática del espacio que ocuparía cada clúster y su importancia en el rendimiento.
El Snapdragon 888 cuenta con un sistema de memoria L3 compartida entre todos los núcleos, con 4 MB en total, junto a 3 MB de caché del sistema, esas dos cachés se comparten entre los tres clústers.
Clúster de alto rendimiento con un núcleo Prime basado en ARM-Cortex X1
La parte encargada de ofrecer el máximo rendimiento y la más novedosa en este procesador es el clúster donde se integra el núcleo "Prime", un núcleo basado en la arquitectura ARM Cortex-X1 que es, a su vez, una variante del Cortex-A78 pero con una configuración donde lo principal es el rendimiento, dejando atrás preocupaciones sobre eficiencia o reducciones de consumo. Este núcleo soporta 5 instrucciones y 8 Mops por ciclo.
En la implementación de Qualcomm, el núcleo Prime basado en Cortex-X1 funciona a una velocidad máxima de 2,84 GHz y cuenta con una caché L2 de 1 MB. Su tarea será la de ofrecer el máximo rendimiento en aplicaciones o funciones que así lo exijan. Además, al ser un único núcleo de gran tamaño, las aplicaciones más orientadas a un único hilo/núcleo aprovecharán mejor el SoC.
Clúster Performance con 3 núcleos ARM Cortex-A78
El siguiente Clúster que acompaña al Prime es el formado por tres núcleso Performance basados en ARM Cortex-A78. Es la arquitectura base que integra el X1, pero con una mayor eficiencia energética, lo que le permite seguir siendo una de las arquitecturas con mayor rendimiento de los diseños de ARM, aunque sin llegar al nivel del X1 principal.
Cada uno de estos tres núcleos funciona a 2,4 GHz y cada uno cuenta con 512 KB de caché L2. Su función es la de ofrecer un alto rendimiento también en aplicaciones donde se aprovechen varios núcleos, o si se ejecutan varias a la vez.
Clúster Efficiency con 4 núcleos ARM Cortex-A55
Al ser un SoC pensado, sobre todo, para Smartphones, la eficiencia energética es algo prioritario, y de eso se encarga este clúster formado por cuatro núcleos Efficicency basados en la arquitectura ARM Cortex-A55. Estos núcleos, con una velocidad máxima de 1,8 GHz, cuentan con 128 KB de caché L2 cada uno.
Se encargarán del procesamiento de aplicaciones y tareas del sistema operativo que no requieran el máximo rendimiento y donde sea más prioritaria la eficiencia energética
GPU Adreno 660: Gaming a 144 FPS con VRS
El gaming en los smartphones es cada vez más importante, cada generación la potencia gráfica de los terminales se multiplica, y hoy en día ya contamos con móviles con pantallas por encima de los 90HZ y funciones claramente orientadas a juegos. De hecho, terminales como los ASUS ROG Phone y sus tres generaciones ya nos dejan ver que hay un segmento de jugadores que utiliza el móvil como plataforma principal o segundaria.
Pensando en este tipo de público y gamas, Qualcomm ha creado su plataforma Elite Gaming con distintas tecnologías pensadas para mejorar la experiencia de juego y calidad visual de los títulos con soporte para HDR de 10 bits, mejoras en color y otras novedades bastante llamativas como el soporte para drivers de GPU actualizables o el soporte para juegos a 144 FPS.
La Adreno 660 del Snapdragon 88 soporta gaming a 144 FPS
144 FPS en juegos es un objetivo bastante deseado en plataformas de juego convencionales como PCs o Consolas, algo que muchos no son capaces de conseguir y que ahora, por primera vez, Qualcomm promete que será posible en terminales con el Snapdragon 888.
La GPU Adreno 660 del Snapdragon 888 promete un 35% más de rendimiento que la pasada generación, algo que se suma al 25% más de rendimiento de la parte de la CPU y redunda en un aumento más que considerable en juegos, que suelen aprovechar ambos componentes.
Esto afecta también a la respuesta de pantalla, que gracias a la tecnología Game Quick Touch se consigue aumentar su responsividad en un 20%, mejorando la respuesta en juegos, aunque vayan a altas tasas de imágenes pòr segundo por encima de los 120 FPS
Tenemos soporte completo para la API gráfica Vulkan 1.1, soporte para juegos HDR con 10 bits de profundidad de color y gama de color Rec.2020, soporte para OpenGL ES 3.2, OpenCL 2.0, aceleración por hardware a la hora de reproducir H.265 y VP9 como nuevos codecs de vídeo, y, naturalmente, soporte para HDR10, HDR10+, DOlby Vision y HLG para vídeos HDR,
El Snapdragon 888 es el primer SoC que soporta Variable Rate Shading (VRS) en smartphones
Variable Rate Shading, o tasa de sombreo variable, es una tecnología que se ha implementado de manera reciente en las últimas tarjetas gráficas de PC y en las consolas de nueva generación y que ahora, por primera vez, llega también a los smartphones de la mano del Snapdragon 888 y la GPU Adreno 660.
Esta tecnología permite crear grupos de píxeles de manera dinámica para aplicar los shaders de forma variable a distintos elementos de una escena. De esta forma, en vez de tener que generar todos los sombreados para los millones de píxeles de una escena de un juego, se pueden generar por grupos y por zonas, por ejemplo combinando grupos de 2 o 4 píxeles para aplicar sombreados de manera conjunta, dividiendo entre 2 o entre 4 la carga de trabajo de la GPU en esa tarea.
Esto se puede aplicar a distintas zonas y objetos de la imagen, de esa manera, si tenemos un objeto cercano e importante para la escena del juego en primer plano, se le puede aplicar un shading pixel por pixel, mientras que a elementos que se encuentren alejados o aparezcan de manera secundaria, se les aplica un shading en grupos de 4 píxeles, a los elementos intermendios, por ejemplo, se le podría aplicar un shading en grupos de 2. De esta manera, la calidad gráfica de los elementos importantes seguiría al máximo nivel, mientras que las partes menos importantes o donde la vista no se fije, ya sea porque están lejos o porque se mueven a gran velocidad, requerirían mucha menos potencia de cálculo.
Con esta técnica se consigue aumentar el rendimiento del sistema en juegos, al mismo tiempo que la calidad gráfica real no se ve afectada.
Triple ISP Spectra 580 para captura avanzada de fotografía y vídeo
Atrás quedaron los tiempos donde los smartphones tenían una única cámara. Hoy en día lo habitual en terminales de gama alta y de gama media, incluso algunos económicos, es integrar distintos sensores fotográficos para dotarlos de mayores posibilidades, añadiendo Zoom, gran angular, etc. o también combinando la información de múltiples sensores fotográficos para mejorar la calidad de las fotografías y los vídeos.
Qualcomm quiere llevar eso a un nuevo nivel con el Snapdragon 888, el primer SoC del mercado que cuenta con un ISP (procesador de señales de imagen) triple, el Spectra 580.
Disponer de tres ISP no solo permite procesar la captura de 3 imágenes de 3 sensores simultáneamente, o también realizar captura de vídeos 4K usando 3 cámaras a la vez para tener 3 vídeos finales, pero también permite combinar su capacidad de proceso para conseguir funciones superiores como captura de vídeo 4K con HDR, 4K a 128 FPS, vídeo 8 K y mucho más.
Disponer del triple ISP Spectra 580 hace que el Snapdragon 888 alcance 2,7 Gigapíxeles por segundo de capacidad de proceso de imagen, un 35% más rápido que la generación anterior.
Con esta carta de presentación, se consiguen hitos tales como poder grabar tres vídeos a la vez a resolución 4K con HDR. Pudiendo realizar vídeos con distintas distancias focales, combinando con cámara frontal y demás elementos.
Eso se traslada también a las fotografías, ya que podemos realizar tres fotografías de 28 megapíxeles de manera simultánea.
Aunque esas funciones son llamativas, realmente la mayoría de usuarios suele utilizar los sistemas de múltiples cámaras para realizar tomas con una cámara a la vez, por eso es interesante la capacidad para realizar ráfagas de 120 fotografías en 1 segundo combinando el poder de los tres ISP
Naturalmente, no le falta soporte para capturar fotografías en HDR, pero HDR real en formato HEIF con 10 bits de colores, capaces de mostrar hasta mil millones de colores. Este hito es la primera vez que se consigue en un smartphone.
Además, gracias al triple ISP, se pueden combinar un gran número de fotografías de manera simultánea para captar distintas exposiciones y poder crear imágenes HDR con un mayor rango dinámico y más realistas.
El HDR también está presente en el vídeo, siendo la primera plataforma del mercado que permite realizar capturas de vídeo 4K HDR de 10 bits a tiempo real con aceleración computacional.
Todo ello, además, se puede combinar con inteligencia artificial para el enfoque automático, exposición y balance de blancos para conseguir las mejores fotografías sin intervención del usuarios. Se trata ya de la décima generación de los algoritmos de Qualcomm centrados en esta tarea.
DSP Hexagon 780 con Inteligencia Artificial
Cualquiera que siga mínimamente el mundo tecnológico, y aunque no lo haga de manera directa, habrá visto que lel concepto de "inteligencia artificial" se ha introducido en prácticamente todos los ámbitos, haciendo que los fabricantes de procesadores y SoCs hayan optimizado sus chips añadiendo aceleradores centrados en IA para acelerar el funcionamiento de los sistemas y añadir funciones que, de otra manera, requerirían de muchos recursos.
En el Snapdragon 888 se encarga de la inteligencia artificial, utilizando el motor Qualcomm AI Engine de sexta generación, tanto la CPU como la GPU, pero, sobre todo, el DSP Hexagon 780, un procesador rediseñado al completo para dar un gran salto en rendimiento de inteligencia artificial, con una aceleración hasta 1000x más rápida que pasados SoCs de la compañía.
Está formado por tres aceleradores principales, uno escalar, un Tensor Accelerator y las extensiones vectoriales, ahora con acceso a 16 veces más de memoria, que comparten entre los tres, permitiendo repartir cargas de trabajo comunes.
Los aceleradores escalares ahora mejoran el rendimiento en un 50% respecto de la generación previa, mientras que los Tensor Accelerators duplican su capacidad de procesamiento.
Todos ellos combinados en el hexagon 780 consiguen un 43% más de rendimiento en aceleración AI, con 3 veces más rendimiento por vatio que la generación anterior y soporte para nuevas instrucciones.
Sensing Hub de segunda generación, IA siempre encendida de bajo consumo.
Además del Hexagon 780, Qualcomm ha integrado un pequeño chip interno denominado Sensing Hub de segunda generación. Se trata de un componente de muy bajo consumo que permite que el smartphone pueda utilizar IA a nivel de inferencia siempre que esté encendido, incluso en reposo.
Esto permite que funciones rápidas como reconocimiento de actividad, encendido de pantalla, detección de movimiento del terminal, despertar el móvil con comandos de voz como "OK Google", o funciones más específicas como la detección de colisiones o de terremotos, se puedan realizar desde el Sensing Hub.
La aceleración de IA permitirá detectar estos eventos de manera más precisa sin sobrecargar al resto del chip, reduciendo aún más el consumo.
Además, estas tareas se liberan de utilizarse en el Hexagon 780, que necesitaría más energía y, por tanto, mayor consumo del móvil. En concreto, Qualcomm estima hasta un 80'% de reducción de carga, con 5 veces más rendimiento en Inteligencia artificial del Sensing Hub de segunda generación respecto de la primera.
Combinando tanto la CPU como la GPU Areno 660, el Hexagon 780 y el Sensing Hub, el Qualcomm Snapdragon 888, a través del motor de IA Qualcomm AI Engine es capaz de ofrecer un rendimiento bruto de 26 TOPS (trillones de operaciones por segundo, en sistema americano)
Conectividad 5G Universal y FastConnect 6900 con WiFi 6E
El 5G ha llegado para quedarse, y cualquier smartphone de gama alta o incluso media debe contar con soporte para esta tecnología si quiere competir en el mercado actual, y el Snapdragon 888, destinado a gran parte de la gama alta del próximo 2021 no podía quedarse sin ello.
El encargado será el Módem Snapdragon X60, la última versión de su línea de modems que, según la propia compañía, lo convierten en el módem más avanzado del mercado con 5G. Este sistema soporta todas las tecnologías actuales disponibles en la gran mayoría de países del mundo donde se ha implementado el 5G, consiguiendo velocidades de hasta 7,5 Gbps de descarga y hasta 3 Gbps de subida, velocidades por encima de muchos otros sistemas de conexión como WiFi.
El X60 soporta 5G mmWave con 800 MHz de ancho de banda y 2x2 MIMO para 8 carriers, o compatibilidad con sub-6 GHz (200 Mhz y 4x4 MIMO) y, naturalmente, los modos SA (Standalone) y nSA (Non-Standalone). Una novedad interesante, sobre todo para España, es que soporta carrier aggregation en sub-6 Ghz.
Soporta tecnologías de ahorro de energía como Qualcomm 5G PowerSave, o mejoras de señal como Signal Boost Adaptive, Smart Trasmit o Dynamic Spectrum Sharing, todo ello con compatibilidad Multi-SIM para 5G Global.
FastConnect 6900 incluye soporte para WiFI 6E a 6 GHz
El último estándar de conectividad WiFi, WiFi 6E, también tiene soporte en este Snapdragon 88 a través del chip externo FastConnect 6900. WiFi 6E es una evolución de WiFi 6 con el añadido del soporte para la banda de los 6 GHz, lo que le permite aumentar el ancho de banda y disponer de una banda muy poco saturada, al contrario que la de los 2,4 GHz y 5 GHz típicos de WiFi 6 e inferiores.
Con esta tecnología se consiguen velocidades de hasta 3,6 Gbps con latencias tan bajas que permitiría el uso de sistemas de realidad virtual sin cables.
El FastConnect 6900 soporta 4 streams de WiFi 6, con configuración 2x2 más 2x2 de manera simultánea, 4KQAM, además de contar con soporte para canales de 160 Mhz tanto en la banda de los 5 GHz como en la de los 6 GHz.
Además del soporte para WiFi, también se integra soporte específico para Audio Bluetooth, con aptX, LE Audio: Broadcast, sistemas de doble antena bluetooth y modulación avanzada.
Conclusión, un SoC destinado a gobernar la gama alta de smartphones
Por lo general, la gama 800 de SoCs de Qualcomm está muy presente en muchos de los buques insignia de la mayoría de fabricantes, y este Snapdragon 888 está creado para mantener esa posición. A día de hoy, pocos procesadores podrán hacerle sombra en el mercado de terminales con Android, ya que el potente X1 de Apple está limitado a dispositivos de la marca de la manzana.
El Snapdragon 888 ha introducido mejoras de arquitectura y funciones en prácticamente todos los aspectos importantes de un SoC, desde la propia CPU, con la inclusión del núcleo Prime basado en Cortex-X1 junto a los núcleos A78 y A55, hasta la Memoria, con soporte para LPDDR5, pasando por la GPU ADreno 660, pensada para dar un empujón al gaming en smartphones, con soporte para juegos HDR y tasas de FPS de 144 nunca antes vistas en un smartphone.
A nivel fotográfico, el triple ISP Spectra 580 se orienta al soporte de sistemas multicámara, permitiendo capturas de alta resolución de manera simultánea o incluso vídeos 4K a 120 FPS. Todo ello sin dejar atrás a la evolución de la inteligencia artificial en el nuevo Hexagon 780 y aderezado con soporte para las últimas tecnologías 5G y WiFi 6E.
Sin duda, una plataforma que veremos mucho durante el próximo 2021 en los terminales más potentes del mundo.
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