Das große Snapdragon-Spezial

Alle Details zu den Qualcomm Snapdragon CPUs


Qualcomm Snapdragon
Wer heute sein Android-Smartphone oder -Tablet einschaltet, aktiviert damit höchstwahrscheinlich auch einen Snapdragon-Chipsatz von Qualcomm, das aktuell meistverbreitete System-on-a-Chip in Android-Geräten. Diese Arbeitsgruppen aus Prozessor, Grafikchip, Mobilfunkmodem, WLAN-Modul & Co. sind mittlerweile seit 2008 am Werk und werden von Generation zu Generation leistungsfähiger und zugleich stromsparender. Wie sich der Qualcomm Snapdragon im Lauf der Jahre entwickelt hat und was er heute leistet, zeigt unser aktuelles und ausführliches Spezial.

Qualcomms erste Schritte

Qualcomm wurde 1985 im kalifornischen La Jolla gegründet. Der Firmenname setzt sich aus dem Slogan "Quality Communications" zusammen, und so sahen auch die folgenden Jahre aus: Qualcomm entwickelte eine auf dem Standard CDMA basierende Mobilfunktechnologie, entwarf ein satellitengestütztes Kommunikationssystem für Transportunternehmen, stellte Handys und Funkstationen her und lieferte im Jahr 2000 den ersten Chipsatz für Mobilgeräte, der eine Internetverbindung, GPS, MP3 und Bluetooth bot.

Die Nr. 3 in der Welt

2003 waren mit Qualcomm-Chipsätzen schon HSDPA-Telefonie, Videostreams, Spiele und  umfangreiche Kamerafunktionen möglich. 2007 brachte eine Kooperation mit Microsoft Qualcomm-Chips auf Windows-Mobile-Geräte. Im gleichen Jahr begann die Ära der Snapdragon-SoC (System-on-a-Chip), die heute in einem großen Teil der Smartphones und Tablets zu finden sind. Qualcomm lässt seine Snapdragon-Systeme in Taiwan fertigen und ist mittlerweile der weltweit drittgrößte Chiphersteller nach Samsung und Intel, gemessen am Marktanteil.

Was sich auf einem SoC befindet

Aufbau eines modernen Snapdragon 810 | Bild: Qualcomm

Bei einem aktuellen Snapdragon-SoC befinden sich der Hauptprozessor (CPU), der Grafikprozessor (GPU), der Arbeitsspeicher (RAM), das Mobilfunkmodem, das GPS-Modul, der Kamerasignalprozessor sowie diverse Adapter und Sensoren für USB, Display und Multimedia alle gemeinsam auf einem Chip. Außerdem gehören zu einer Snapdragon-Plattform noch Chips für WLAN, Audiocodecs, NFC und die Stromversorgung.

Die Generationen vom Anfang bis Heute:

2008 kam das erste Snapdragon-SoC mit der Bezeichnung S1 auf den Markt. Die CPU namens "Scorpion" taktete als erste mit 1 Gigahertz. Außerdem beinhaltete der S1 ein 3G-Modem und war bereits auf eine möglichst geringe Stromaufnahme ausgelegt. Auch das weltweit erste Android-Smartphone, das von HTC gebaute T-Mobile G1, wurde von einem Qualcomm-System befeuert.

Snapdragon S2 und S3

S2 (MSM8255) aus einem HTC Desire HD

Der Snapdragon S2 bot als erster schon HSPA+ Geschwindigkeit, der Scorpion-Prozessor lief hier mit 1,5 GHz. Im Nachfolger S3 arbeitete erstmals eine Dual-Core-CPU (mit 2 x 1,7 GHz). Mit der S4-Serie integrierte Qualcomm dann den LTE-Mobilfunk in seine Chipsätze. Das Bild rechts zeigt einen S2 Chip von Qualcomm (trotzt des Aufdrucks Samsung) in einem alten "HTC Desire HD".

Snapdragon S4

Die verschiedenen SoC der S4-Familie bekamen von Qualcomm die Namen Play, Plus, Pro und Prime verpasst (letzteres allerdings ohne Mobilfunkmodem). Sie erschienen 2012 nach und nach auf den Markt und trugen neben Zweikernprozessoren auch die ersten Quad-Core-CPUs: Der Snapdragon S4 Play war mit einer ARM Cortex A5 mit 4 x 1,2 GHz ausgestattet, der S4 Pro mit einer Krait mit 4 x 1,7 GHz.

Play, Plus, Pro und Prime

Verschiedene - nicht alle - S4-Plattformen waren mit einem LTE-Modul der Kategorie 3 bestückt, das erstmals bis zu 100 MBit/s im Downlink und maximal 50 MBit/s im Uplink ermöglichte. Der Snapdragon S4 Plus war das weltweit erste System-on-a-Chip mit einem LTE-Modem. In Punkto WLAN war damals via 802.11n bei 2,4 GHz und später auch bei 5 GHz möglich. Wurde der S4 Play noch im 45-Nanometer-Verfahren gefertigt, setzte Qualcomm ab dem S4 Plus auf fortschrittliche 28 nm, was eine bessere Energieeffizienz mit sich brachte. Als Grafikeinheit kam beim S4 Play die hauseigene Adreno-200er-Serie zum Einsatz, bei S4 Plus und Pro die fähigere 300er-Reihe. Ein spezielles S4-Modell bekam 2013 das Nokia Lumia 1020 verpasst, das dessen 41-Megapixel-Kamera von Zeiss unterstützen konnte.

Snapdragon-Serie 200

2013 kündigte Qualcomm dann als Nachfolger der Serien S1, S2, S3 und S4 die Serien 200, 400, 600 und 800 an. Aus der 200er-Reihe wurde der Snapdragon 210 als einziger mit einem LTE-Modul ausgestattet, das erstmals LTE CAT4 mit maximalen Downloadgeschwindigkeiten von bis zu 150 Mbit/s realisieren konnte. Als Prozessor dient ein ARM Cortex A7 Quad-Core, dessen vier Kerne mit jeweils 1,1 GHz takten. Die verbaute GPU ist eine Adreno 304.

Snapdragon-Serie 400

In Qualcomms 400er-Reihe gibt es gleich mehrere Modelle mit LTE-Modul der Kategorie 4 (CAT4). Während der Snapdragon 400 mit einem Krait-300-Prozessor (Dual-Core) oder mit einem ARM Cortex A7 (Quad-Core) ausgeliefert wird, baut das Modell 410 auf den neueren ARM Cortex A53. Es ist der erste 64-Bit-Prozessor in einem Snapdragon-SoC und wurde 2014 vorgestellt. Die vier Kerne des A53 takten mit je 1,4 GHz und werden flankiert von einem Adreno 306 Grafikchip.

Snapdragon 415 und 425

Snapdragon 415 und 425 sind Qualcomms Plattformen des Jahres 2015 für Mittelklasse-Smartphones. Beide besitzen als zentrale Recheneinheit einen ARM Cortex A53 als Octa-Core-CPU und sind 64-Bit-fähig. Sie arbeiten mit einer neuen Adreno-405-GPU zusammen und funken im WLAN-ac sowohl bei 2,4 als auch bei 5 GHz. Der entscheidende Unterschied: Während der Snapdragon 415 LTE CAT4 unterstützt, beherrscht der 425 bereits LTE der Kategorie 7. Hier sind nicht nur bis zu 300 MBit/s im Download möglich wie bei CAT6, sondern - per Carrier Aggregation mit 2 x 20 MHz - sogar bis zu 100 MBit/s im Upload. Vorausgesetzt ein Mobilfunkprovider unterstützt dieses Szenario, was eher unwahrscheinlich ist. Voice over LTE (VoLTE) wird vom Snapdragon 425 ebenfalls unterstützt, sodass damit ausgerüstete Smartphones über das LTE-Netz nicht nur Daten empfangen, sondern auch Telefonate führen können.



Snapdragon 430

Im Herbst 2015 stellte Qualcomm den Snapdragon 430 für Einsteiger-Smartphones vor. Das System besitzt eine Octa-Core-CPU, bestehend aus acht ARM Cortex A53 mit einer Taktung von 1,2 GHz. Als Grafikeinheit kommt erstmals die neue stromsparende Adreno 505 zum Einsatz. Beim Download bringt das LTE-Modul CAT4-Speed, während beim Upload durch 2 x 10 MHz Carrier Aggregation CAT5-Geschwindigkeiten bis 75 Mbit/s erreicht werden. Der Snapdragon 430 unterstützt zudem WLAN-ac, LTE-Broadcast und VoLTE.


Snapdragon-Serie 600

Die 600er-Reihe der Snapdragon-SoC ist komplett mit 64-Bit-Prozessoren ausgestattet. Wo der Snapdragon 610 mit einer ARM Cortex A53 Quad-Core-CPU auskommt, arbeiten beim Modell 615 gleich zwei dieser Vierkern-CPUs zusammen. Der Snapdragon 615 war der weltweit erste Dual-Quad-Core mit 64 Bit am Markt und feierte seine Premiere 2014 im HTC Desire 820. Auf dem SoC befindet sich außerdem ein Adreno 405 Grafikchip, ein LTE-Modul der Kategorie 4, Bluetooth 4.0 und WLAN-ac bei 2,4 und 5 GHz.

Snapdragon 617

Als neues Mittelklassemodell wurde im Herbst 2015 der Snapdragon 617 eingeführt. Er kombiniert acht Cortex-A53-Kerne zu einer Octa-Core-CPU, die mit je 1,5 GHz takten kann. Neben einer Adreno-405-GPU sitzen ein Hexagon-546-DSP und ein LTE-Modem der Kategorie 7: Bis zu 300 Mbit/s sind so im Download möglich sowie 100 Mbit/s im Upload dank 2 x 20 MHz Carrier Aggregation. Zudem beherrscht der Snapdragon 617 LTE-Broadcast, HD-Voice via 3G, VoLTE und LTE-Dual-SIM. Die SRVCC-Technik (Single Radio Voice Call Continuity) soll den reibungslosen Handover von LTE- zu 3G-Telefonie gewährleisten. Beim WLAN wird 802.11-n/ac bei 2,4 und 5 GHz mit Multi-User-MIMO unterstützt. Außerdem ist Qualcomms Schnellladefunktion Quick Charge 3.0 integriert.


Snapdragon 618: Arbeitsteilung per "Big.Little"

2015 machte Qualcomm mit der Vorstellung der Snapdragon-SoC 618 und 620 auch in der 600er-Reihe einen weiteren Sprung. Der 618 besitzt eine Hexa-Core-Recheneinheit, bestehend aus dem neuen Dual-Core-Prozessor ARM Cortex A72 und einem Quad-Core A53. Beide CPUs arbeiten im sogenannten Big.Little-Verfahren zusammen: Während der A72 mit 2 x 1,8 GHz hochlastige Arbeiten stemmt, springt der Cortex A53 mit 4 x 1,2 GHz ein, wenn weniger anspruchsvolle Aufgaben möglichst stromsparend zu erledigen sind. Laut ARM können so einerseits kurzzeitig bis zu 40-prozentige Leistungsspitzen erreicht werden, während andererseits bis zu 75 Prozent Energie eingespart werden können.

Snapdragon 620 mit LTE CAT7

Der Snapdragon 620 steht mit einer Octa-Core-Kombi aus A72 und A53 noch eine Stufe über dem 618. Die beiden 64-Bit-Systeme werden auf der Grafikseite von einer GPU unterstützt, die Qualcomm "Next Generation Adreno" nennt. Außerdem ist mit beiden Plattformen LTE CAT7 inklusive VoLTE möglich - Snapdragon 618 und 620 sind in dieser Hinsicht also zukunftssicher ausgelegt.

Snapdragon-Serie 800

Qualcomms Top-Serie 800 startete 2013 und somit verwirrender Weise vor den 600´der Modellen. Der Snapdragon 800 kommt beispielsweise in Googles Nexus 5, im Samsung Galaxy Note 3 oder in Sonys Xperia Z1, aber auch in vielen Tablets zum Einsatz. Das 32-Bit-SoC wird wie auch der Snapdragon 801 gesteuert von der Quad-Core-CPU Krait 400, die mit 4 x 2,3 bzw. 2,5 GHz taktet. Neben einer Adreno 330 GPU befindet sich auch ein LTE-Cat4-Modul auf dem Chipsystem.

Snapdragon 805 mit LTE Cat6

Mit dem Snapdragon 805 ging Qualcomm dann den Schritt zu LTE-Advanced mit einem LTE-Modul der Kategorie 6. Damit sind 300 MBit/s Downloadgeschwindigkeit sowie 50 Mbit/s im Upload möglich. Neben einer Krait-450-CPU mit 4 x 2,7 GHz tut eine Adreno 420 ihren Dienst. Der Snapdragon 805 findet sich z.B. in Top-Smartphones wie dem Google Nexus 6 und den Samsung-Modellen Galaxy Note 4, Note Edge und S5 LTE+. Außerdem ist das SoC in Amazons Tablet Kindle Fire HDX 8.9 im Einsatz.

Snapdragon 808

Der im Frühjahr 2014 vorgestellte Snapdragon 808 kombiniert als Hexa-Core einen ARM Cortex A57 mit 2 x 2 GHz und einen Cortex A53 mit 4 x 2 GHz im Big.Little-Modus. Er ist der erste 64-Bit-Chip der 800er-Serie und wurde erstmals im 20-nm-Verfahren gefertigt, das wiederum energieeffizienter ist als die zuvor verwendete 28-nm-Fertigung.

LTE CAT9 an Bord: Das Highlight des Snapdragon 808 ist sein LTE-Modul der Kategorie 9. LTE CAT9 gehört zum aktuellsten LTE-Advanced-Release 11 und kann für den Download drei Carrier mit jeweils 20 MHz bündeln, sodass sich eine Bandbreite von 60 MHz ergibt. So sind bis zu 450 Mbit/s Downloadspeed möglich sowie 50 Mbit/s im Upload. Zwar sind noch keine LTE-Netze der Kategorie 9 verfügbar, doch auch bei LTE CAT6 soll das Modul durch die dreifache Carrier Aggregation schon Vorteile beim Download bringen. Außerdem bietet der Snapdragon 808 VoLTE inklusive HD Voice und "LTE Multimode Dual SIM": Dabei kann ein SIM-Kartenslot für den Datenverkehr via LTE parallel zu einer zweiten SIM für Telefonie per UMTS genutzt werden.

Snapdragon 810: Die Multimediamaschine

Der große Bruder des 808 ist der Snapdragon 810, bei dem sich zwei Quad-Core-CPUs - A57 und A53 - die Arbeit teilen. Für Multimediadienste ist die High-End-GPU Adreno 430 zuständig, die laut Qualcomm 30 Prozent schneller sein soll als ihre Vorgängerin Adreno 420. Der neue Grafikchip kann 4K-Videos verarbeiten und diese per HDMI 1.4a auch an Ultra-HD-Fernseher weitergeben oder via Miracast streamen. Außerdem werden Bildsensoren in Smartphonekameras mit bis zu 55 Megapixeln sowie - auch wenn sich dieser Nutzen bei einem Smartphone wohl kaum jemals entfalten dürfte - 11.1 Surround Sound mit Dolby und DTS unterstützt.

WLAN 802.11ad: Eine weitere Besonderheit des Snapdragon 810: Das WLAN-Modul auf dem SoC funkt nicht nur mit 802.11ac bei 2,4 und 5 GHz, sondern auch mit 802.11ad bei 60 GHz. Der neue Standard namens Wireless Gigabit (kurz Wigig) schafft es in diesem Frequenzbereich zwar nicht mehr durch Wände, kann dafür aber auf Nahdistanz bis zu 575 MB Daten pro Sekunde kabellos übertragen. Ein HD-Video ist so in wenigen Sekunden auf ein TV-Gerät gestreamt. Der 64-Bit Snapdragon 810 mit LTE Cat9 sorgt in High-End-Smartphones wie dem LG G Flex 2, dem Xiaomi Mi Note Pro oder dem HTC One M9 und vielen weiteren Android-Geräten wie dem Xperia Z4 Tablet von Sony für die nötige Rechenleistung.

Snapdragon 820 mit Kryo-CPU

Der jüngste Spross aus der 800er-Serie wurde auf dem Mobile World Congress 2015 vorgestellt: Der Snapdragon 820. Die 64-Bit-CPU basiert auf einer selbst entwickelten "Kryo"-Architektur und wurde von Samsung im FinFet-Verfahren gefertigt, das mit 14 Nanometern nochmals effizienter ist als bei den Vorgängern. Anders als erwartet, setzt Qualcomm beim Prozessor nicht auf eine Octa-Core-CPU, sondern auf einen Quad-Core mit vier Rechenkernen und verabschiedet sich zugleich von der ARM- und damit der Big.Little-Architektur. Jeder der vier Kerne ist für eine Taktfrequenz von bis zu 2,2 GHz ausgelegt und soll laut Hersteller die doppelte Leistung sowie die doppelte Energieeffizienz des Snapdragon 810 erreichen. Anfang 2016 schickte das Unternehmen übrigens noch eine "automotive" Variante ins Rennen. Erstmals eine CPU (820AM), welche speziell für den Einsatz in Autos konzipiert ist.

Snapdragon 820A – Für Connected Cars optimiert

Qualcomm möchte seine SoCs auch auf die Straße bringen, weshalb dieses Modell konstruiert wurde. Wie der Name bereits vermuten lässt, handelt es sich um einen modifizierten Snapdragon 820. Das Kürzel „A“ steht für „Automotive“ und kennzeichnet damit die Qualcomm-Sparte für Connected Cars kreierte Chipsätze. Dabei ließ der Hersteller den SoC, samt Kryo-Kernen, X12 LTE Modem und der GPU Adreno 530 unangetastet, es wurden jedoch Fahrzeug-spezifische Erweiterungen integriert. Diese betreffen die Bereiche Konnektivität, Infotainment und den Zugriff auf die Telemetriedaten. Weitere Features sind der mögliche Einsatz von Fahrassistenten, Echtzeit-Navigation, Cloud-Updates und Auto-zu-Auto-Kommunikation.

Symphony System Manager und LTE CAT10

Auf dem Snapdragon-820-SoC ist eine Adreno-530-GPU für Grafikberechnungen, ein Hexagon-680-DSP für digitale Signalprozesse und ein Spectra-Kamera-ISP für Bildsignalprozesse zuständig. Damit diese Komponenten optimal zusammenarbeiten, soll ein neuartiger "Symphony System Manager" die Aufgaben an die einzelnen Module verteilen. Das verbaute LTE-Modul der Kategorie 10 befähigt Smartphones mit einem Snapdragon 820, dank Carrier Aggregation Daten mit 450 Mbit/s im Downlink sowie 100 Mbit/s im Uplink herunterzuladen.

Je nach Region wird das Modul sogar LTE-U unterstützen: Hier wird auch unlizensiertes Spektrum bei 5 GHz genutzt, um Downloadgeschwindigkeiten bis zu 600 Mbit/s zu erreichen. Außerdem kündigte Qualcomm die "Zeroth"-Plattform an, die auf dem Snapdragon-820-SoC für Spezialaufgaben wie Bild- und Handschriftenerkennung zuständig sein soll. Laut Qualcomm sollen die ersten Geräte, die mit einem Snapdragon 820 ausgerüstet werden, im ersten Halbjahr 2016 auf den Markt kommen.

Snapdragon 830 (MSM899)

Der neuste Spross in der Qualcomm-Serie wird für 2017 erwartet. Die neue Super CPU dürften erstmals in ultrafeinem 10nm gefertigt werden. Zum Vergleich: Selbst Intels neuster Prozessor wird noch mit 14nm gebaut. Ein erheblicher Fortschritt also, der auch bitter nötig sein dürfte. Stichwort Hitzeentwicklung, mit der die Snapdragons 820 durchaus zu kämpfen haben. Ersten Leaks zufolge unterstützt das interne Modem mindestens LTE CAT 12 mit bis zu 980 MBit/s (LTE Advanced Pro) und bis 8 GB RAM zusammen mit LPDDR4x. Letzteres sorgt für deutlich geringeren Stromverbrauch beim Arbeitsspeicher. Das erste Smartphone mit dem SD 820 könnte wahrscheinlich das Galaxy S8 werden.

Snapdragon 835 (MSM8998)

Im Januar 2017 hat Qualcomm diesen Highend-Chipsatz als Nachfolger des Snapdragon 820 vorgestellt. Dieses SoC bringt abermals einen großen Umschwung mit sich, was vor allem an den Kryo 280 getauften Kernen liegt. Waren diese beim Vorgänger noch gänzlich von Qualcomm konstruiert, wird nun abermals ARM zu Rate gezogen. Es handelt sich um Semi-Custom-Kerne, also Produkten, die zwar von ARM stammen, aber von Qualcomm modifiziert wurden. Der Octa-Core-Chipsatz wird im 10-Nanometer-Verfahren gefertigt. Das Performance-Cluster taktet mit bis zu 2,45 Gigahertz, die andere Einheit hingegen mit maximal 1,9 Gigahertz. Das LTE-Modem ist allerdings das wahre Highlight des Snapdragon 835 – denn erstmals wird in einem Smartphone-SoC auf Gigabit-LTE gesetzt. Knapp 1 Gbit/s im Download kann das verbaute Modem X16 LTE theoretisch erreichen.


Vergleich der Generationen im Überblick

Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Eigenschaften der einzelnen Snapdragon-Generationen im Detail. Zum Beispiel die Anzahl der Kerne, der unterstützte LTE-Standard und ob VoLTE schon möglich ist. Zur Vergrößerung der Ansicht einfach auf die Tabelle klicken.

Klicken Sie auf die Tabelle, um die Ansicht zu vergrößern.


Snapdragon XYZ

Auch in Zukunft werden wir hier neue Modell-Serien der CPUs weiter charakterisieren. Schauen Sie doch mal wieder vorbei!


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Quellen: Qualcomm, ARM, Notebookcheck, GSM Arena, Curved




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