💻 EMCC хотела вывести вычисления из военных и академических лабораторий в бизнес, а их UNIVAC прославился тем, что в 1952 году публично предсказал исход выборов президента США.

=====================================
👇👇Наш канал на других площадках👇👇
YouTube | VkVideo | Telegram (Ежедневные новости тут) | Pikabu
=====================================

NAND — разновидность флеш-памяти, которая является одним из ключевых компонентов огромного количества электронных устройств. Где используется NAND, как связана с искусственным интеллектом, и почему сейчас такая память в дефиците?

Что такое NAND

NAND представляет собой один из видов флеш-памяти — постоянной перезаписываемой памяти на основе транзисторов с плавающим затвором. Свое название она получила благодаря организации ячеек в виде цепочек, напоминающих логические элементы «И-НЕ» («Not-AND»). Подобное устройство позволяет упаковывать их более плотно и обеспечивать большие скорости доступа, чем у флеш-памяти типа NOR («И-ИЛИ», «Not-OR»). Именно поэтому NAND получила куда более широкое распространение.

Современные разновидности микросхем NAND имеют 3D-компоновку, за счет которой ячейки памяти размещаются в несколько слоев.

Во всех устройствах, имеющих флеш-память для пользовательских данных, используется именно NAND. Сегодня ее можно встретить в огромном количестве различной электроники: как в самостоятельных накопителях вроде SSD или флешек, так и в виде встроенных чипов в «умных» устройствах — начиная от громоздких автомобилей и заканчивая миниатюрными смарт-часами.

Почему NAND так востребована сегодня

NAND была изобретена в 1989 году, и впервые появилась в потребительской электронике еще в середине 90-х. Однако долгое время она была дорога в производстве и не очень быстра. Поэтому чипы такой памяти использовались в ограниченных объемах лишь в тех устройствах, которые в силу своей компактности не могли работать с жесткими дисками.

С развитием технологий стоимость производства NAND снижалась, а скорость работы памяти и обслуживающих ее контроллеров росла. Благодаря этому к 2007 году на рынке появились первые накопители на базе NAND-памяти для компьютеров и ноутбуков — SSD.

К сегодняшнему дню представить ПК без твердотельных накопителей просто невозможно. Микросхемы NAND внутри них обеспечивают намного более высокие скорости операций с данными и имеют в разы меньшие задержки доступа, чем магнитные пластины жестких дисков.

Использование NAND критично для тех задач, которые требуют быстрого доступа с минимальными задержками к большим объемам памяти. В последние годы самой распространенной из них стал искусственный интеллект. ИИ-модели используют для обучения огромное количество информации, к хранилищу которой должен быть организован молниеносный доступ — иначе скорость этого процесса может снизиться в разы.

Тенденции потребления

В современном мире цифровой техники потребность в NAND растет не по дням, а по часам. Если в центрах обработки данных (ЦОД) раньше можно было обойтись относительно небольшими SSD для «горячих» данных и большими жесткими дисками для «холодных», то сегодня для задач искусственного интеллекта требуются кратно большие объемы твердотельных накопителей. Поэтому ежегодное потребление NAND в серверном сегменте все время растет — если в 2020 году оно составляло около 18% от объемов произведенной памяти, то к сегодняшнему дню эта цифра увеличилась вдвое.

И, хотя объемы производимой NAND с каждым годом увеличиваются примерно на 30–40%, серверы постепенно откусывают от ее «пирога» еще больший кусок. Из-за этого все меньше памяти остается для других основных потребителей — рынка мобильных устройств и ПК. Это можно наглядно проследить с помощью следующей таблицы.

* - прогноз на основе первых десяти месяцев

Как видим, для центров обработки данных с течением времени требуется все больше и больше NAND — в этом году они впервые обогнали по этому параметру исторически лидирующие мобильные устройства. И, судя по тому, что различные ИИ по мере совершенствования начинают требовать для своих нужд еще большие объемы памяти, такая тенденция будет продолжаться и дальше.

Как будет развиваться ситуация в будущем и чем на это ответят производители

Рост потребления NAND серверами не проходит бесследно для рынка электроники. Из-за дефицита памяти спрос на нее увеличивается, а производители начинают повышать цены. В свою очередь, это приводит к удорожанию конечных устройств с NAND. Особенно тех, которые оснащаются большими ее объемами: SSD-накопителей, готовых ПК и ноутбуков, смартфонов и планшетов.

Производители NAND не могут резко нарастить объемы ее производства: строительство новых фабрик — процесс долгий и затратный, а уже существующие мощности и так загружены на полную. Это усугубляется и тем, что три крупных производителя (Samsung, Micron, SK Hynix) сконцентрированы на выпуске чипов памяти HBM — ведь без них невозможно создание производительных ускорителей искусственного интеллекта. Перераспределение производственных мощностей в сторону NAND могло бы помочь сократить дефицит. Но до тех пор, пока HBM приносит большую прибыль, вряд ли кто-то из «большой тройки» на это пойдет. Поэтому основным способом борьбы с дефицитом флеш-памяти сегодня является технологический прогресс, позволяющий создавать чипы увеличенной емкости. Благодаря ему производители постепенно учатся «выращивать» 3D-стеки NAND с большим количеством слоев, а вдобавок — еще и склеивать больше таких стеков между собой. К примеру, SK Hynix за счет использования этих двух приемов нарастила общее количество слоев последнего поколения своей NAND с 238 до 321.

Наращивание слоев позволяет увеличить не только емкость, но и скорость памяти. Однако последней в серверах и так достаточно. Поэтому в погоне за удешевлением и более высокой плотностью NAND производители постепенно увеличивают количество бит, хранящихся в одной ее ячейке. Как результат, даже в ЦОД четырехбитная QLC NAND постепенно становится из экзотики вторым игроком: если в 2021 году ее имели лишь 10% серверных SSD, то к 2026 году их доля вплотную приблизится к половине.

Итоги

NAND-память — один из ключевых компонентов современной техники. Ее главными достоинствами являются скорость и компактность, благодаря которым эта память нашла приют в огромном количестве различных устройств. Среди потребительской техники основные объемы NAND приходятся на накопители для ПК, смартфоны и планшеты. Но из-за непрекращающегося бума искусственного интеллекта все больше такой памяти уходит в серверы, приводя к ее дефициту.

Подобный расклад сил на рынке приводит к эффекту домино: помимо NAND, дорожает оперативная память, память для видеокарт и даже жесткие диски, которые в условиях недостатка SSD все чаще используются в серверах для хранения «холодных» данных. Учитывая, что снижения востребованности NAND в ближайшее время не ожидается, такая ситуация останется с нами надолго.

Для хранения данных в различных «умных» гаджетах используются накопители на базе флеш-памяти. Они имеют много подвидов, различающихся по типу подключения, поколениям и скоростям. Почему один и тот же объем памяти в бюджетном и флагманском устройстве — это не одно и то же? И почему не всякая память одинаково полезна?

Исторически первыми и единственными накопителями персональных компьютеров на протяжении долгого времени были жесткие диски. Флеш-память в начале своего развития была дорогая, и создать доступный по цене накопитель приличного объема в те времена просто не представлялось возможным. И только в последнее десятилетие новые технологии стали позволять производить накопители на флеш-памяти нужного для ПК объема по достаточно доступной цене, вследствие чего системные жесткие диски в пользовательских компьютерах и ноутбуках плавно заменили SSD.

В противовес этому, даже первые мобильные устройства с мультимедийными возможностями изначально оснащались накопителями на базе флеш-памяти и картами памяти на их же основе. Благо объемы тогда были небольшие, а устанавливать даже небольшой жесткий диск в мобильное устройство было чревато чувствительностью к падениям, большим энергопотреблением, размерами и весом устройства. Впрочем, редкие исключения все же были — взять тот же Nokia N91 2006 года с миниатюрным жестким диском. Однако практически все устройства с тех годов и по сегодняшний день оснащаются именно накопителями на базе флеш-памяти. Ее развитие в мобильных устройствах имеет долгую историю, за которую сменилось несколько типов памяти, у каждой из которой есть несколько версий со своими особенностями. Рассмотрим варианты памяти, встречающиеся в современных устройствах.

eMMC

Встроенная память Embedded MMC основана на стандарте карт памяти MultiMedia Card, впервые представленном в 1997 году. В 1999 году был представлен усовершенствованный стандарт MMC 2.0, в 2001-м — MMC третьей версии. Первые варианты карт MMC не блистали высокой скоростью, вследствие чего для основы стандарта внутренней памяти мобильных устройств их спецификации подходили мало.

MMC 4.0, увидевший свет в 2003 году, получил возможность значительного увеличения скорости «общения» карт с устройством — ранее используемый однобитный режим передачи данных по умолчанию сменил четырехбитный, опционально мог задействоваться и режим 8-бит. Эти спецификации легли и в основу первого стандарта встроенной памяти семейства eMMC под версией 4.1, разработанного организацией JEDEC в середине 2007 года. Последующие версии стандартов 4.2, 4.3, 4.4 и 4.41 включают в себя улучшения по управлению питанием памяти, контроль плохих блоков, оптимизации для операций чтения и записи. Максимальная скорость передачи данных первых версий eMMC ограничена 52 МБ/c. С версии 4.4 она удвоена до 104 МБ/с.

В 2011 году JEDEC представила стандарт eMMC 4.5, основным улучшением которого является увеличение скорости интерфейса до 200 МБ/c благодаря более быстрой шине. В версии eMMC 5.0, датирующейся 2013 годом, пиковая скорость передачи интерфейса вновь увеличилась вдвое, была проведена большая оптимизация для достижения более высокой производительности памяти в режиме случайной записи. Последняя версия стандарта eMMC 5.1 датируется 2015 годом, включая в себя новые оптимизации операций чтения и записи. Благодаря этому венец развития eMMC в реальном использовании стал немного быстрее своей предыдущей версии, хотя пропускная способность интерфейса осталась прежней.

Карты памяти MMC с портативных устройств уже давно вытеснили их «внуки» стандарта Secure Digital (SD), который является дальнейшим развитием MMC. А встроенную eMMC в среднебюджетных и флагманских устройствах заменила более совершенная память UFS. Несмотря на это, внутренняя память eMMC широко используется огромных количеством бюджетных устройств и по сей день — для них ее скорости достаточны, да и обходится такая память производителям дешевле более быстрых современников.

UFS

Как бы ни совершенствовалась eMMC, с каждым годом становилось все понятнее, что ей нужна более высокопроизводительная замена. В 2011 году организацией JEDEC был опубликован стандарт первой версии новой мобильной памяти следующего поколения — Universal Flash Storage (UFS).

Различия между двумя типами памяти оказались куда глубже, чем в простом увеличении скорости. Память eMMC использует параллельный доступ подобно интерфейсу IDE старых компьютерных жестких дисков. UFS же основана на последовательном интерфейсе, как у более современных SATA и NVMe. Аналогично последнему реализована у UFS и масштабируемость — для достижения более высокой пропускной способности можно задействовать сразу несколько линий интерфейса. Помимо этого, благодаря другой внутренней организации и использованию очереди команд память нового типа демонстрирует гораздо более высокие показатели случайных операций, которые особенно важны для увеличения скорости работы операционной системы устройства и установленных программ.

К тому же интерфейс у eMMC полудуплексный. То есть данные с максимальной скоростью в один момент времени могут передаваться только в одном направлении — либо от накопителя к устройству, либо от устройства к накопителю. Параллельное чтение и запись делят между собой пропускную способность и приводят к снижению производительности. UFS такой проблемы лишена — интерфейс полнодуплексный, и максимальная скорость обмена может достигаться одновременно в обоих направлениях.

Первая версия UFS основывалась на одной линии со скоростью соединения 300 МБ/c. В 2012 году была выпущена спецификация 1.1, которая включала некоторые улучшения по управлению памятью, но скорость не увеличивала. Производители мобильных чипов и гаджетов на то время не видели особых смысла в использовании UFS первых версий — конкурирующий eMMC 4.5 мог передавать до 200 МБ/с, а разработка и внедрение в SoC контроллера для работы с памятью нового типа удорожала их при сравнительно небольшом выхлопе. При этом сами чипы памяти для UFS находились в начале своего развития и стоили достаточно дорого, что также делало внедрение нового вида накопителей экономически невыгодным.

В 2013 году было представлено второе поколение UFS. Новая спецификация включала доработки управления питанием для лучшего энергосбережения и улучшенные функции безопасности. Но самое главное — версия 2.0 получила значительное увеличение пропускной способности интерфейса. Скорость линии удвоили до 600 МБ/c, а количество самих линий нарастили до двух, в результате чего максимальная пропускная способность увеличилась до 1200 МБ/c. Такие улучшения по сравнению с eMMC были уже гораздо более существенны, и практическим внедрением нового типа памяти заинтересовалась компания Samsung. Южнокорейский гигант, который сам разрабатывает память и системы на чипе для мобильных устройств, первым внедрил в свой флагманский SoC Exynos 7420 контроллер памяти UFS 2.0. Новая память дебютировала в линейке смартфонов Samsung Galaxy S6.

В 2016 году было решено обновить спецификацию UFS до версии 2.1, добавив в нее поддержку индикатора «здоровья» памяти, оптимизацию операций записи, введение приоритета команд и возможность безопасного обновления микрокода прошивки. По функциональности и принципам работы накопители данного типа становились все больше похожими на своих старших братьев — SSD.

В 2018 году была представлена спецификация нового поколения памяти UFS 3.0. Введен новый режим обновления команд, предусмотрен расширенный рабочий температурный режим от -40 до 105 °C,  ведь память данного типа все больше начинала применяться в автомобилестроении. Линий передачи данных все также две, но они значительно ускорились. Теперь каждая способна выдать до 1450 МБ/c, вследствие чего общая пропускная способность увеличивается до 2900 МБ/c.

К 2020 году память UFS набрала популярность в массовых мобильных устройствах, и JEDEC представила еще две обновленные спецификации — топовую UFS 3.1 и мейнстримовую UFS 2.2. Новинки не получили увеличения пропускной способности интерфейса, но обзавелись новой функцией WriteBooster, еще на один шаг приблизив мобильную память к SSD. Технология призвана увеличить скорость записи по сравнению с предшественниками за счет добавления SLC-кеша.

Высокопроизводительная UFS 3.1 дополнительно получила еще два нововведения — режим глубокого сна DeepSleep для меньшего энергопотребления и функцию Performance Throtlling Notification для контроля производительности при перегреве памяти. Также было добавлено расширение стандарта UFS Host Performance Booster. Оно предусматривает кеширование в ОЗУ карты логических и физических адресов памяти, благодаря чему должна повыситься скорость доступа к накопителям большого объема.

Летом 2022 года была представлена последняя на данный момент спецификация быстрой мобильной памяти — UFS 4.0. В ее основе все те же две несменные линии, каждая из которых удвоила свою пропускную способность до 2900 МБ/c, тогда как общая скорость по двум линиям может доходить до невероятных 5800 МБ/c. Помимо ускорения линий, новая спецификация подразумевает снижение питающего напряжения, за счет чего память должна меньше греться и быть более экономичной. UFS 4.0 получила поддержку многоуровневых очередей запросов Multi-Circular Queue, усовершенствованный интерфейс RMPB и несколько новых команд для снижения системных задержек.

Отдельно стоит упомянуть о картах памяти UFS. Если память eMMC «выросла» из стандарта для карт памяти MMC, то здесь все наоборот: карты UFS появились благодаря развитию встроенной памяти UFS, которую в данном контексте правильнее называть eUFS. Первая версия стандарта UFS Card датирована 2016 годом и основана на UFS 2.0, но использует одну линию вместо двух. Это дает 600 МБ/c пропускной способности при сохранении всех остальных функциональных преимуществ.

Обновленная версия UFS Card 1.1 была представлена в 2018 году вместе со стандартом UFS 3.0. Потолок скорости остался прежним, изменения ограничились добавлением некоторых функций и оптимизаций от «старшей сестры» UFS 3.0. В 2020 году была представлена последняя на данный момент версия UFS Card 3.0, для работы которой все так же используется одна линия, но с удвоенной скоростью передачи данных — до 1200 МБ/c. К сожалению, карты памяти формата UFS так и не нашли применения в реальных массовых устройствах, хотя компания Samsung анонсировала выпуск таких продуктов уже несколько раз.

Apple NVMe

До 2015 года память eMMC использовалась повсеместно во всех мобильных гаджетах, независимо от производителя. В 2015 году, когда Samsung выпустила первый смартфон c UFS 2.0, компания Apple решила пойти по своему пути развития скоростной памяти в собственных гаджетах. Система на чипе Apple A9, ставшая сердцем смартфона iPhone 6S, впервые включала в себя кастомный NVMe-контроллер для связи с внутренним накопителем. По сути, компания перенесла компьютерный NVMe SSD в смартфон — с некоторыми упрощениями и более медленной памятью, но все же.

Как и в случае других своих разработок, Apple не раскрывала подробности технических характеристик своего накопителя. Судя по независимым тестам, в чипе A9 устанавливалась разновидность NVMe-контроллера собственной разработки Apple, который использовался компанией в ноутбуке MacBook 12" 2015 года выпуска. Этот контроллер подключается по четырем линиям шины PCI-E 2.0 и обеспечивает максимальную пропускную способность в 2 ГБ/c.

Все последующие системы на чипе компании оснащаются похожими NVMe-контроллерами собственной разработки с аналогичной пропускной способностью. Начиная со смартфонного чипа A14 и планшето-ноутбучного M1, в состав разработок Apple входит более скоростной NVMe-контроллер c максимальной пропускной способностью до 3.9 ГБ/c. Однако память в смартфонах этих значений не достигает, среди мобильных гаджетов только планшеты iPad на чипе M1 с большим объемом памяти способны превышать прежний порог в 2 ГБ/c на кратковременных операциях. Более быстрые компьютерные чипы M1 серий Pro, Max и Ultra имеют в своем составе самый быстрый NVMe-контроллер компании со скоростью до 7.8 ГБ/c, но в смартфонах и планшетах они не встречаются, оставаясь прерогативой ноутбуков и компьютеров компании.

Сравнение разных типов памяти

Высокие скорости и тысячи операций в секунду красиво выглядят на бумаге. Но не стоит забывать, что любой вид памяти из описанной троицы — это всего лишь спецификация. Компьютерный интерфейс NVMe 4.0 x4 имеет пропускную способность более 7 ГБ/c, но все ли SSD с его поддержкой достигают на практике этих значений? То же самое и с мобильными видами накопителей. Сравним разные виды памяти в таблице ниже, учитывая как заявленные спецификации, так и наиболее часто встречающиеся в реальных устройствах характеристики каждого вида памяти.

* данные презентации памяти UFS 4.0 производства компании Samsung.

Как видите, разброс между скоростью интерфейса и устанавливаемой памяти в большинстве случаев довольно существенный. Более того, приведены данные для одних из самых емких накопителей каждого типа памяти. Например, для UFS 3.1 цифры производительности даны для накопителя объемом 512 ГБ, тогда как для смартфонов с 256 или 128 ГБ такой памяти некоторые характеристики могут быть значительно меньше. Компания Apple не анонсирует изменения в каждом поколении своих контроллеров, поэтому в таблице ее устройства даны одной строкой — из-за этого разброс указанных характеристик по сравнению с другими типами памяти еще больше.

Тем не менее, чем новее тип памяти в устройстве, тем быстрее в среднем его накопитель. Однако стоит учитывать, что отдельно вид накопителя вы все равно выбрать не сможете: все зависит от используемой системы на чипе, у которой должна быть поддержка того или иного вида памяти, и от реализации ее возможностей в самом смартфоне. К тому же не стоит забывать, что у младших модификаций устройств с самым малым в линейке количеством памяти скорость последней чаще всего значительно меньше, чем у моделей с большим объемом накопителя.

Как правило, современные мобильные устройства высокого ценового диапазона оснащаются памятью с интерфейсом UFS 3.1 (или NVMe в случае Apple). В среднем классе встречаются как третья, так и вторая версии UFS. А в бюджетный, где до сих пор господствует eMMC, все чаще проникают некоторые смартфоны с UFS 2.x. Топовые модели конца 2023 года впервые начали оснащаться самой скоростной мобильной памятью UFS 4.0, экспансия которой намечалась на флагманский сегмент смартфонов в 2024 году.

Период 2024-2025 годов можно охарактеризовать как этап объединения и подготовки к следующему скачку.

Массовое распространение UFS 4.0 и 4.1 во флагманах: UFS 4.0 стала новым стандартом производительности для топовых smartphones. К концу 2024 — началу 2025 года всё больше флагманов, таких как линейка Samsung Galaxy S24, OnePlus 12 и Xiaomi 14 Pro, используют именно эту память или её незначительно улучшенную версию — UFS 4.1. Прирост скорости между UFS 4.0 и UFS 4.1 не столь велик, как предыдущие поколения, но он демонстрирует продолжающееся развитие технологии в сторону не только скорости, но и энергоэффективности.

Начало внедрения UFS 4.1: Этот стандарт уже анонсирован и демонстрируется производителями чипов, как, например, SK Hynix. Он предлагает незначительное увеличение скорости записи (на 7%) и снижение энергопотребления (примерно на 7%) по сравнению с UFS 4.0. В 2025 году можно ожидать его появление в новейших флагманских устройствах.

Укрепление UFS 3.1 в среднем сегменте: В то время как флагманы перешли на UFS 4.x, UFS 3.1 остается отличным и востребованным решением для смартфонов среднего ценового диапазона, предлагая более чем достаточную производительность для большинства пользователей.

Прогнозы на 2026 год

Что касается 2026 года, то здесь картина выглядит достаточно определенно, но без сенсаций.

• UFS 5.0 — будущее, которое пока не наступило: Хотя стандарт UFS 5.0 был официально анонсирован JEDEC в конце 2024 года и обещает колоссальный прирост производительности (скорость чтения до 6000 МБ/с), его массовое внедрение в смартфоны ожидается не раньше 2027 года, согласно дорожной карте Samsung Semiconductor.

• Год UFS 4.1: Таким образом, 2026 год, скорее всего, станет временем, когда UFS 4.1 окончательно заменит UFS 4.0 в качестве памяти для флагманских устройств. Производители будут активно осваивать этот стандарт, в то время как инженеры будут готовить платформы для интеграции UFS 5.0 в будущих моделях. В массовом сегменте продолжится вытеснение UFS 2.x более быстрой UFS 3.1.

ИТОГИ

Подводя итог, можно сказать, что экспансия UFS 4.0, успешно состоялась. На период 2024-2025 годов приходится её закрепление во флагманском сегменте и плавный переход к UFS 4.1. Ожидаемого прорыва в лице UFS 5.0 в 2026 году, по всей видимости, не произойдет — этот этап намечен на 2027 год.

Qualcomm Snapdragon — популярные процессоры для смартфонов. Каждый год их ряды пополняются различными моделями, но движущей силой среди решений компании всегда являлся флагманский чип. Сегодня это место занимает Snapdragon 8 Elite, который заметно отличается от прошлых топов Qualcomm. Какие ключевые изменения он получил, и почему они так важны?

Qualcomm — старожил рынка чипов для мобильных устройств. Ее первые решения использовались в кнопочных телефонах, а ранние процессоры обосновались в смартфонах уже в 2006 году — тогда эти гаджеты работали на операционных системах Symbian и Windows Mobile.

Появление Android в конце 2008 года поспособствовало увеличению популярности продукции компании. Первый смартфон HTC Dream на новой ОС дебютировал именно с чипом от Qualcomm. Затем его инициативу подхватили и многие модели от других производителей. А через год появляются смартфоны на новом чипе, который положил начало знаменитой линейке — Qualcomm Snapdragon QSD8250.

К сегодняшнему дню линейка Snapdragon насчитывает десятки различных моделей, а ее топовые решения по праву носят звание самых производительных и оптимизированных систем на чипе (SoC) для ОС Android.

В октябре 2024 года был представлен очередной топ серии Snapdragon 8, получивший непривычную приставку «Elite». Таким образом Qualcomm решила дистанцировать новую модель от своих прежних разработок. И неспроста — его внутреннее устройство заметно отличается от последних поколений флагманских SoC компании.

Возвращение к истокам

Когда появились первые модели Snapdragon, на рынке мобильных SoC у Qualcomm было несколько конкурентов. Но уже тогда именно ее решения чаще всего становились выбором производителей смартфонов, особенно — для флагманских моделей. Не в последнюю очередь благодаря тому, что Qualcomm не использовала готовые ядра ARM Cortex, а разрабатывала их сама.

Первым таким ядром стало Scorpion. Имеющее общие элементы с Cortex-A8 и представленное практически одновременно с ним, Scorpion было заметно быстрее: часто оно показывало результаты, сравнимые с более новым Cortex-A9.

В 2012 году компания представила следующее ядро собственной разработки под названием Krait. Оно было основой для ее чипов вплоть до 2015 года, когда появился Snapdragon 810. Это дебютный 64-битный SoC Qualcomm, который стал ее первым за много лет решением на базе стандартных ядер ARM Cortex.

Годом спустя был выпущен Snapdragon 820, в котором были использованы ядра Kryo — так компания назвала немного доработанные ей ядра ARM Cortex. В отличие от Scorpion и Krait, улучшения в Kryo достаточно поверхностные. Поэтому в большинстве сценариев эти ядра не имеют весомых преимуществ перед стандартными ARM Cortex, на которых они основаны.

Такой подход для ядер сохранялся и по сей день, включая флагман прошлого поколения Snapdragon 8 Gen 3. А в Snapdragon Elite компания впервые за десять лет вновь использовала собственное ядро — Oryon.

Ядро Oryon

Qualcomm является лидером на рынке чипов для Android-устройств. Однако ядра компании Apple, которые она разрабатывает для своих SoC самостоятельно, уже много лет заметно превосходят стандартные решения ARM и современные Kryo. Благодаря их высокой производительности, с 2020 года SoC Apple используются не только в ее собственных смартфонах и планшетах, но и в компьютерах серии Mac.

Qualcomm пыталась опередить Apple на этом рынке, еще в 2019 представив SoC линеек 8cx и 7c — специальные версии Snapdragon, предназначенные для ноутбуков и планшетов на ОС Windows. Однако их производительность при работе с данной системой оставляла желать лучшего. Последние чипы этих серий были выпущены в 2021 году, так и не став популярными.

Но у компании уже был готов дальнейший план действий. В том же году она приобрела стартап NUVIA, который занимался разработкой нового ARM-ядра Phoenix для серверов. Главными фигурами в нем были опытные инженеры, которые ранее работали в Apple над архитектурой чипов Apple Silicon. Ключевой особенностью Phoenix была высокая производительность на ватт. В 2020 году NUVIA заявляла, что по этому параметру оно превосходит все существующие ядра процессоров.

После объединения с Qualcomm это ядро было немного доработано для использования в потребительских устройствах, получив название Oryon. Первыми продуктами на его основе стали процессоры линейки Snapdragon X. Они были представлены в конце 2023 года, позиционируясь в качестве замены линейкам 8cx/7c для ноутбуков и производительных планшетов на ОС Windows.

В отличие от стандартных ядер ARM, которые делятся на «малые» и «большие», ядро Oryon разрабатывалось с учетом как максимальной производительности, так и высокой энергоэффективности. Линейка чипов Snapdragon X получила от 8 до 12 таких ядер.

Вычислительная часть

Не став долго тянуть с чипом для смартфонов, в октябре 2024 года Qualcomm представила Snapdragon 8 Elite. Он производится по техпроцессу TSMC N3E (3 нм), и имеет два варианта: с семью и восемью ядрами Oryon.

Ядра делятся на два кластера. В кластере Prime находятся два главных ядра, которые могут достигать частоты 4,32 ГГц. В кластере Performance — остальные, работающие на 3,53 ГГц. Для смартфонов Samsung используется разогнанная восьмиядерная версия Snapdragon 8 Elite for Galaxy. У нее пиковые частоты cтаршего кластера чуть выше — до 4,47 ГГц.

Одним из ключевых отличий от других SoC здесь является система кэширования. Обычно используется классический подход: маленький L1 и небольшой L2 для каждого ядра, и большой общий L3 для всех ядер. Здесь у ядер старшего кластера довольно вместительный кэш L1I объемом 192 Кб для инструкций, и вдвое меньший L1D для данных.

У младшего кластера объемы кэшей чуть меньше — 128 и 64 Кб, соответственно. На каждый из кластеров выделено 12 Мб общего L2. Таким образом, даже при нагрузке одного ядра в кластере оно может использовать весь объем этого большого кэша для своей работы. Аналогичный подход был использован и в серии Snapdragon X — с той разницей, что там все кластеры состоят из четырех ядер.

После L2 cледует кэш L3 объемом 8 Мб. Он общий для всех ядер. Таким образом, объем кэшей двух последних уровней составляет внушительные 32 Мб — это самое высокое значение среди мобильных SoC.

Ядро Oryon имеет восьмиполосный декодер — как, к примеру, самое современное Intel Lion Cove или Apple Everest. У топовых ядер ARM Cortex X4/X925 декодер имеет 10 полос, но работать на схожих с Oryon частотах они не могут.

Вычислительный конвейер Oryon состоит из 14 исполнительных портов. Среди них шесть целочисленных арифметико-логических устройств (ALU) и четыре блока для вычислений с плавающей запятой, каждый из которых имеет собственный блок для работы со 128-битными инструкциями NEON. Компанию им составляют четыре блока загрузки/выгрузки данных.

Главное отличие от стандартных ядер ARM — множественные аппаратные доработки ядер, служащие для повышения производительности кода x86. Это значит, что Oryon теряет заметно меньше производительности при выполнении x86-приложений, в том числе — запуске ОС Windows и игр для нее через эмулятор.

Из-за высокой тактовой частоты Oryon в Snapdragon 8 Elite гораздо быстрее, чем Cortex-X4 в Snapdragon 8 Gen 3: рост однопоточной производительности от поколения к поколению достиг практически полуторакратного. По этому параметру Qualcomm наконец приблизилась к современным SoC Apple A — если верить бенчмарку GeekBench 6, преимущество чипа A18 Pro над 8 Elite составляет всего несколько процентов.

Многопоток тоже не подвел. В нем детище Qualcomm опережает все существующие чипы: как топ от Apple, так и конкурирующий Dimensity 9400 от Mediatek.

Подсистема памяти

За связь с ОЗУ у Snapdragon 8 Elite отвечает блок управления памятью. Он поддерживает аппаратный обход таблиц, который может использоваться для быстрого запроса данных из оперативной памяти в случае промаха кэша. На каждое ядро поддерживается 16 одновременных вызовов обхода.

В качестве оперативной памяти используется LPDDR5X-10667 — самый быстрый стандарт мобильной ОЗУ на сегодняшний день. Для связи с ней контроллер памяти оснащен четырьмя 16-битными каналами доступа. Таким образом, пропускная способность ОЗУ достигает 85,3 Гбит/c. Рост по сравнению с предыдущим поколением небольшой — около 11 %. Предельный объем памяти, поддерживаемый SoC, сохранился на уровне 24 Гб.

В качестве постоянной памяти используется быстрая UFS 4.0. В этом плане изменений по сравнению со Snapdragon 8 Gen 3 и 8 Gen 2 нет.

Графический процессор

В Snapdragon 8 Elite используется графическая архитектура Qualcomm восьмого поколения. В отличие от предшественницы, она имеет слайсовое строение. При нем вычислительная часть ГП поделена на несколько равнозначных фрагментов. В нашем случае это графика Adreno 830, в которой таких фрагмента три. Все они имеют доступ к быстрой графической памяти объемом 12 Мб, служащей кэшем между ГП и ОЗУ. Управляет работой слайсов командный процессор.

В одном слайсе два блока SIMD Shader Processor (SP). Каждый из них состоит из двух микроконвейеров (micro shader pipe texture pipe, μSPTP), которые имеют общий кэш инструкций.

μSPTP — самый маленький вычислительный блок Adreno, аналогично мультипроцессорам SM в ГП NVIDIA и вычислительным блокам CU в ГП AMD. Но, в отличие от «старших» братьев, здесь универсальные шейдерные процессоры устроены по-другому. Они имеют отдельные блоки для двух видов графических вычислений — FP32 (полная точность) и FP16 (половинная точность). При этом блоки FP32 тоже могут переключаться в режим FP16 по мере необходимости.

В одном μSPTP находится 128 блоков FP32 и 256 блоков FP16. Помимо этого, в его состав входят четыре текстурных модуля (TMU), блок трассировки лучей, 16 блоков работы со сложными инструкциями (EFU — аналог SFU у ГП NVIDIA), регистровый файл объемом 192 Кб и небольшой текстурный кэш.

Пара μSPTP, объединенная в SIMD Shader Processor, соединена с 8 блоками растеризации (ROP). Таким образом, Adreno 830 имеет в своем составе 1536 шейдерных блоков FP32, 48 ROP и 96 TMU. Графика работает на частоте до 1100 МГц, достигая пиковой производительности в 3,38 терафлопс (у Snapdragon 8 Elite for Galaxy — 1200 МГц и 3,68 терафлопс, соответственно).

В Snapdragon 8 Gen 3 использовался Adreno 750, который имел чуть меньшую частоту, но при этом схож с новым ГП по основным характеристикам. Однако Qualcomm утверждает, что благодаря переработанной графической архитектуре Adreno 830 на 40 % быстрее в растеризации, и на 35 % — при использовании трассировки лучей.

Дополнительный плюс — сниженное энергопотребление. Слайсовая архитектура позволяет полностью отключать фрагменты ГП, когда в них нет нужды. При запуске игр с относительно несложной графикой часть нового Adreno остается неактивной, позволяя заметно продлить время работы от батареи в играх — по заверениям Qualcomm, до двух с половиной часов. Приводятся и другие цифры: при снижении производительности до уровня Adreno 750 новый ГП потребляет на 40 % меньше энергии.

Нейронный процессор

Не обошлось без улучшений самого «модного» сегодня блока — нейронного процессора. В отличие от компьютерных процессоров, где он только появляется, в мобильных чипах NPU является неотъемлемым решением уже много лет. У SoC Qualcomm эту роль выполняет Hexagon — вычислительный блок, совмещающий функции нейронного и цифрового сигнального процессора (DSP).

В новом чипе он получил очередные усовершенствования. По сравнению с Hexagon в Snapdragon 8 Gen 3, было увеличено количество вычислительных блоков: скалярных — с шести до восьми, векторных — с четырех до шести. Тензорная часть тоже ускорилась, но значения в цифрах не приводятся. Qualcomm указывает лишь то, что поддерживаются вычисления в форматах INT4, INT8, INT16 и FP16 (как и у 8 Gen 3).

Благодаря произведенным улучшениям производительность NPU возросла на 45 %, что позволяет использовать более широкие возможности локального искусственного интеллекта на устройстве. При этом производительность была увеличена не в ущерб энергопотреблению: в нем новый нейронный блок экономичнее предшественника на те же 45 %.

Hexagon связан с блоком Spectra. Это процессор обработки изображений (ISP), который состоит из трех блоков. В этом поколении производительность Spectra увеличилась до 4300 Мп/c. За счет этого блок умеет обрабатывать картинку с частотой 30 кадр/c сразу с трех 48 Мп сенсоров одновременно. У Snapdragon 8 Gen 3 в сравнимых условиях поддерживались сенсоры на 36 Мп.

Благодаря новому ISP Snapdragon 8 Elite может работать с модулями камер, которые обладают сумасшедшим разрешением 320 Мп, тогда как предшественник поддерживал только 200 Мп сенсоры. При этом часть конвейера Spectra была заметно переработана, позволяя обрабатывать «сырую» RAW-информацию с датчиков в комбинации с вычислениями на NPU.

За счет такой связки алгоритмы искусственного интеллекта могут в реальном времени обрабатывать запись видео 4К с 60 кадр/c. Помимо фильтров и эффектов, вроде удаления ненужных объектов из кадра, это позволяет заметно улучшить видеосъемку в условиях плохого освещения.

Связь

Snapdragon 8 Elite получил новый модем X80. Изменений в пиковой скорости сетей 5G по сравнению с тремя прошлыми поколениями чипов Snapdragon 8 тут нет: поддерживается до 10 Гбит/c на прием и до 3,5 Гбит/c на отдачу. Но X80 должен приблизить теоретические значения к практике сильнее, чем прошлые поколения. Он имеет шесть антенн, с которых может производиться агрегация сигнала, тогда как у более ранних решений их только четыре.

Главная фишка X80 — встроенная поддержка спутниковой связи в узкополосных диапазонах (NB-NTN). Теперь для ее реализации производителям смартфонов не нужно будет использовать сторонние чипы.

Улучшить стабильность соединения должна «ИИ-система» третьего поколения — это тензорный ускоритель, встроенный прямо в модем. Он более точно определяет, к каким станциям лучше подключаться и как перераспределять потоки данных, чтобы добиться максимальной скорости и минимизировать задержки.

За беспроводные сети отвечает комплекс FastConnect 7900. Как и в прошлом поколении, им поддерживается Wi-Fi 7 со скоростью до 5,8 Гбит/c. Ключевых отличий тут несколько. Первое — использование ИИ-функций для улучшения соединения, аналогично таковым для мобильной сети. Второе — новый Bluetooth 6.0, который уменьшает задержки при передаче звука и дополнительно экономит энергию. Третье — поддержка технологии Ultra Wideband (UWB), позволяющая избавиться еще от одного лишнего чипа в смартфоне.

Итоги

Теория хорошо, но практика — лучше. Сравним основные характеристики и производительность Snapdragon 8 Elite с предшествующими топовыми чипами Qualcomm, чтобы понять, насколько велика разница между поколениями.

* в скобках результатов бенчмарков указан процентный прирост по сравнению с предыдущим поколением SoC.

Как можно видеть по результатам бенчмарков, Snapdragon 8 Elite совершил существенный рывок по скорости однопоточных вычислений — тех самых, что являются ключевым фактором для повышения производительности при работе с основной массой программ и игр. В этом плане новая SoC Qualcomm практически перестала уступать своим конкурентам из стана Apple A. Скорость многопоточных вычислений и встроенной графики тоже заметно увеличилась. Но схожий прирост уже можно было видеть между прошлыми поколениями Snapdragon 8.

Сегодня новый чип Qualcomm используется в большинстве флагманских Android-смартфонов. В их числе серия Samsung Galaxy S25, Xiaomi 15, Honor Magic 7, Realme GT 7 Pro, OnePlus 13 и Ace 5 Pro, ASUS Rog Phone 8 и ZenFone 12 Ultra, Vivo iQOO 13, а также многие другие.

Главная движущая сила Snapdragon 8 Elite — ядра Oryon. В будущем Qualcomm планирует оснастить ими более широкий ассортимент своих систем на чипе, что позволит заметно повысить комфорт их использования. Но на данный момент Oryon требует слишком много транзисторного бюджета, чтобы проникнуть в чипы даже субфлагманского класса. Поэтому ожидаемая в ближайшие месяцы SoC Snapdragon 8s Elite, несмотря на свое название, получит лишь очередные ядра Kryo на основе современных ARM Cortex.