Qualcomm Snapdragon 820: Die neue High-End-CPU für Smartphones & Co. im Detail

Der Qualcomm Snapdragon 820 ist nicht nur schneller und energieeffizienter geworden, sondern bringt auch eine Reihe neuer Features mit – beispielsweise zum automatischen Sortieren von Fotos, zum Verbessern der Gesprächsqualität oder Erkennen von Malware. CNET hat den High-End-Mobilprozessor genau unter die Lupe genommen.

von Christian Schartel am 16. November 2015, 18:20 Uhr

In den letzten Monaten hatte Qualcomm bereits erste Information zu den einzelnen Komponenten seines neuen High-End-Prozessors wie der Grafikeinheit, dem Bildprozessor oder dem LTE-Modem veröffentlicht. In der letzten Woche hat das US-Unternehmen aus Kalifornien den Nachfolger des Snapdragon 810 nun offiziell vorgestellt. Wir hatten auf einem Event von Qualcomm die Möglichkeit, uns das neue SoC sowie einzelne neue Features des Mobil-Prozessors wie „Scene Detect“, „Antenna Boost“ oder „Smart Protect“ im Detail anzuschauen.

Neues Fertigungsverfahren

Der Snapdragon 820 ist der erste Qualcomm-Prozessor, der in Samsungs kosteneffizienterem 14-Nanometer-FinFET-Fertigungsverfahren der zweiten Generation (Low-Power-Plus) hergestellt wird, das eine höhere Prozessorleistung bei einem geringeren Energieverbrauch ermöglichen soll. Bei Apples A9-Chip, der ebenfalls zum Teil von Samsung gefertigt wird, kommt beispielsweise noch das etwas weniger effiziente Low-Power-Early-Verfahren zum Einsatz.

Vier Kryo-Kerne und Hexagon 680 DPS

Das Herzstück des Snapdragon 820 bilden die vier custom-designed „Kryo“-Rechenkerne, die laut Qualcomm für eine doppelte Leistung und in Verbindung mit der neuen Hexagon 680 DSP auch für eine doppelte Energieeffizienz im Vergleich zum Vorgänger Snapdragon 810 sorgen. Auf Grund der gesteigerten Energieeffizienz der neuen Kryo-Generation, konnte Qualcomm auf die zuvor verwendete Octa-Core-Architektur nach ARMs big.Little-Prinzip verzichten, bei der vier zusätzliche, für Low-Power-Aufgaben ausgelegte Kerne integriert sind. Die vier Kryo-Kerne takten mit bis zu 2,2 GHz, basieren auf 64-Bit und wurden für hohe Single-Core-Leistungen optimiert. Qualcomms Snapdragon 820 bietet zudem Unterstützung für Dual-Channel-LPDDR4-RAM mit 1866 MHz.

Adreno-530-GPU

Die neue Adreno-530-GPU des System-on-a-Chip (SoC) bringt einen Leistungszuwachs von 40 Prozent mit sich und bietet Unterstützung für die aktuellsten Grafik-APIs wie OpenGL ES 3.1 (inklusive Android Expansion Pack), RenderScript. OpenCL 2.0 und Vulkan. Dank neuer Rendering- und Kompressions-Verfahren verbraucht die GPU auch bis zu 40 Prozent weniger Energie. Auf dem Event hat Qualcomm mehrere Render-Demos vorgeführt, die die neuen Fähigkeiten der Adreno-530-GPU demonstrierten.

Dank einer neuen Video- und Displayprozessoreinheit kann der Snapdragon 820 4K-Ultra-HD-Displays oder externe UHD-Bildschirme ansteuern und Videos via HDMI 2.0 in 4K mit bis zu 60 Frames pro Sekunde wiedergeben. Ein Feature namens Qualcomm EcoPix sorgt in Verbindung mit AMOLED-oder LCD-Panels für einen um bis zu 30 Prozent gesenkten Stromverbrauch, indem es Gamma-Werte und Farben je nach Umgebungslicht anpasst. Qualcomm hat auch an der Farbdarstellung gefeilt und Software-Verfahren zu besseren Ablesbarkeit bei Sonnenlicht integriert.

Spectra ISP mit Scene Detect & Touch to Track

Qualcomms sogenannter „Spectra ISP“, bei dem es sich um einen neuen 14-Bit-Dual-Bildsignalprozessor handelt, sorgt im Snapdragon 820 für eine verbesserte Fotoqualität. Er soll auf Fotos für natürlichere Hauttöne sorgen und bis zu drei Kameras – zwei rückseitige und eine auf der Front – gleichzeitig unterstützten. Das Ganze funktioniert laut Hersteller mit einer Auflösung von bis zu 25 Megapixel bei 30 Frames pro Sekunde und verzögerungsfreiem Auslösen. Der Fotoqualität zuträglich sollen auch ein verbesserter flexibler Hybrid-Phasenautofokus und neue Multi-Sensor-Algorithmen sein.

Für bessere Ergebnisse bei schlechten Lichtbedingungen hat Qualcomm eine Software integriert, die je nach Bedarf einzelne Bereiche eines Bildes in Fotos oder Videos aufhellt und gleichzeitig das Rauschen in diesen reduziert. Das nachfolgende Vergleichsfoto demonstriert den Unterschied. Links ist das herkömmliche und rechts das Foto des neuen Bildsignalprozessors des Snapdragon 820 zu sehen.

Ein weiteres neues Feature nennt Qualcomm Touch-to-Track. Es soll Smartphone-Besitzer beim Drehen eines Videos unter die Arme greifen, indem es ausgewählte Objekte stets im Fokus hält und sozusagen während einer Aufnahme verfolgt.

Praktisch für die spätere Organisiation von ganzen Foto-Kollektionen ist das Feature Scene Detect, das auf der neuralen Processing-Engine „Zeroth“ basiert. Es analysiert Fotos und darauf abgebildete Objekte und weist den Aufnahmen entsprechende Attribute wie Autos, Straßen, Konzerte, Nachtleben oder Outdoor zu. Nutzer können dann eigene Bildkategorien definieren und die Software trainieren, Fotos automatisch in die Kategorien einzuordnen. Ein Vorteil der Lösung ist, dass alle Daten auf dem Gerät bleiben und nicht etwa in der Cloud verarbeitet werden müssen.

Qualcomm hat Scene Detect an Hand einiger Beispielbilder wie das eines Hambugers demonstriert. Nachdem man in der Foto-Galerie zwei entsprechende Aufnahmen markiert hatte, sortierte das Qualcomm-Feature alle ähnlichen Fotos automatisch in eine erstellte Kategorie. Qualcomm liefert bereits vorgefertigte Kategorien wie Landschaften, Sport oder Tiere und Pflanzen mit, Hersteller die die API in ihre Software integrieren, können aber natürlich weitere hinzufügen – genauso wie jeder Nutzer selbst.

Lautsprecherverstärker und Immersive 3D-SurroundSound

Qualcomm hat in den Snapdragon 820 einen neuen Lautsprecherverstärker integriert, der durch Anpassungen in Echtzeit für einen lauteren und klareren Sound sorgt, aber gleichzeitig den Lautsprecher vor einer Beschädigung durch Übersteuern schützt.

Zudem kommt der Snapdragon 820 mit Unterstützung für virtuellen 3D-SurroundSound, den das Unternehmen auf einem Referenz-Tablet mit zwei Front-Stereo-Lautsprechern demonstrierte. Voraussetzung sind lediglich Inhalte wie Filme, Videos oder Spiele mit Stereo- oder Multi-Channel-Audio.

X12-LTE-Modem mit LTE Cat 12, WiGig und Antenna Boost

Der Qualcomm Snapdragon 820 ist mit einem neuen LTE-Modem ausgerüstet, das LTE Kategorie 12 mit Download- beziehungsweise Uploadraten von bis zu 600 MBit/s respektive 150 MBit/s bietet. Qualcomm realisiert die höheren Durchsatzraten vor allem durch zwei Technologien: Dreifach-Carrier-Aggregation und ein verbessertes Modulationsverfahren. Für letzteres ist ein zusätzlicher Transceiver-Chip nötig, es muss auch von der aktuell genutzten Basisstation unterstützt werden. Dreifach-Carrier-Aggregation bedeutet, dass sich drei 20-MHz-Verbindungen zu einer schnelleren bündeln lassen.

Unterstützt werden weiterhin Voice over LTE sowie Video over LTE und WiFi Calling. Gespräche lassen sich dabei nahtlos im LTE- oder WLAN-Netz weiterführen, sollte die Qualität in einem Netz besser sein. Dafür überwacht der Snapdragon 820 nicht mehr nur die Signalstärke, sondern auch die Netzqualität.

Zu Verbesserung der Gesprächsqualität bringt das SoC einen Antennenverstärker mit. Der „TureSignal Antenna Boost“ gleicht Impedanzen während Gesprächen aus, die beispielsweise durch das Verdecken der Antennen mit den Händen entstehen können. Dies soll zu 30 Prozent weniger abgebrochenen Gesprächen und einer insgesamt besseren Gesprächsqualität führen. Auch den Datendurchfluss sowie die Akkulaufzeit soll der Verstärker begünstigen.

Der Snapdragon 820 unterstützt darüber hinaus 4×4-MIMO, das vier Datenströme über vier Antennen ermöglicht. Das SoC verfügt auch über einen separaten Wi-Fi-Chip, der als erstes SoC auch 802.11ac Multi-User MIMO bietet. Dafür wird ein Wave-2-kompatibler Access Point benötigt.

Eine Premiere ist auch, dass Qualcomm LTE über nicht lizenziertes Spektrum unterstützt. Dieses Verfahren LTE-U wird allerdings kontrovers diskutiert: Kritiker fürchten Störungen in WLAN-Netzen, die ebenfalls im Spektrum um 5 GHz funken. US-Provider Verizon will LTE-U dennoch nächstes Jahr einführen.

Schließlich wird der Snapdragon 820 noch einen Zusatzchip für IEEE 802.11ad alias WiGig enthalten. Es ermöglicht im 60-GHz-Band extrem schnelle Verbindungen, allerdings nur auf kurze Entfernungen. Ein möglicher Anwendungsbereich könnte der Datenaustausch mit einer Dockingstation ähnlich Windows Continuum oder einem Monitor sein. Qualcomm demonstrierte WiGig anhand eines gestreamten 4K-Videos, das dank der schnellen Verbindung auch nahezu synchron auf beiden Geräten lief.

Quick Charge 3.0 und WiPower

Qualcomm hat in den Snapdragon 820 die im September angekündigte Version 3.0 seines Schnellladestandards Quick Charge integriert. Damit lassen sich laut Qualcomm Geräte viermal schneller laden als bei einem herkömmlichen Ladevorgang. Gegenüber Quick Charge 2.0 steigt die Effizienz um 38 Prozent. Ein Akku soll sich so innerhalb von 35 Minuten von 0 auf 80 Prozent aufladen lassen. Ermöglicht wird die kurze Ladezeit durch einen Intelligent Negotiation for Optimum Voltage (INOV) genannten Algorithmus, der stets den optimalen Wert zwischen 3,6 und 20 Volt wählt. Quick Charge 3.0 können Hersteller in Verbindungen mit einem miroUSB-Port, aber auch einem USB-Typ-C-Anschluss integrieren.

Der Snapdragon 820 untersützt auch Qualcomms drahtlose Ladefunktion WiPower, die zum Rezence-Standard der Alliance for Wireless Power (A4WP) kompatibel ist. Die Technologie unterstützt in ihrer neuen Version auch drahtloses Laden von Smartphones mit Metallgehäuse. Dank einer Unterscheidung zwischen Geräten lassen sich mit WiPower auch ein Tablet oder Smartphone gleichzeitig induktiv aufladen.

Smart Protect und Ultraschall-Fingerabdruckscanner

Eine weitere Neuerung ist die Sicherheitsfunktion Smart Protect, die Nutzer vor Malware schützt. Smart Protect analysiert Apps und warnt den Smartphone-Besitzer, wenn diese beispielsweise als gefährlich einzustufende Hintergrundaktionen ausführen können. Dabei sollen Analysen, die auf maschinelles Lernen basieren, auch Zero-Day-Malware und transfomative Schädlige entlarven.

Der Snapdragon 820 bietet auch Support für Qualcomms Fingerabdruckscanner-Technologie Sense ID, die es auf dem Mobile World Congress vorgeführt hatte. Sie verwendet Ultraschall, um den Fingerabdruck in 3D zu erkennen. Ein Vorteil ist, dass sich auch ein nasser oder schmutziger Finger erkennen lässt. Der Fingerabdruckscanner kann den Finger außerdem durch Glas, Kunststoff oder Metall erkennen, was Herstellern neue Möglichkeiten zur Integration des Sensors einräumt.

Der Qualcomm Snapdragon 820 wird Anfang 2016 in ersten Geräten zum Einsatz kommen. Die Ankündigung von Smartphones mit dem neuen High-End-Mobilprozessor könnte aber auch noch in diesem Jahr erfolgen. Erste Geräte mit dem Chip könnten Gerüchten zufolge das HTC One X9 und das Xioami Mi5 sein. Beim X9 soll es sich um eine größere Version des HTC One A9 handeln. Das Mi5 soll noch im Dezember vorgestellt werden. Allerdings ist der Qualcomm Snapdragon 820 nicht nur für Smartphones oder Tablets konzipiert, sondern auch für den Einsatz in Autos oder Augmented-Reality-Brillen ausgelegt.

Update 17.12.15:

CNET hatte inzwischen die Möglichkeit, den Snapdragon 820 verschiedenen Benchmarks zu unterziehen. Wie schnell der Qualcomm-Chip ist, verrät der Artikel Qualcomm Snapdragon 820 im Benchmark-Test.

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