Das große Samsung Exynos Chipsatz Spezial

Alle Details zu den SoCs in den Samsung-Mobilgeräten


Auch Samsung kocht schon seit einigen Jahren erfolgreich sein eigenes Chipsatz-Süppchen. Dabei liegt der Anfang länger zurück, als man zunächst denken könnte. Bereits im Jahre 2000 kam das erste SoC des aktuellen Smartphone-Marktführers auf den Markt. Es handelte sich um den S3C44B0 mit mittlerweile antiquierter Technik, wie einem 66 Megahertz taktenden ARM7-Single-Core-Prozessor auf CMOS-Basis. In den Vereinigten Staaten kam diese Plattform unter anderem im recht populären Smartphone "Danger Hiptop" anno 2002 zum Einsatz. Ein weiterer wichtiger Clou gelang dem Unternehmen 2009, denn das Apple iPhone 3GS wurde vom Samsung S5PC100 angetrieben. Im Folgenden zeigen wir die Entwicklung der Samsung SoC´s von früher bis heute auf.

Exynos CPU und Samsung Smartphone

Die Geburtsstunde der Exynos-Modellreihe

Das Jahr 2010 sollte einige wichtige Meilensteine für den Konzern bereithalten. Mit dem ersten Galaxy S schickten die Südkoreaner nicht nur einen Konkurrenten für das iPhone ins Rennen, sondern statteten diesen auch mit einem eigenen Chipsatz aus. Die kryptische Modellbezeichnung bestehend aus Ziffern und Buchstaben, wurde zudem durch den klangvollen Namen Exynos getauscht. Das erste Produkt dieser Ära war der Exynos 3310. Zwar setzte Samsung unter anderem in Europa zeitweise auf SoCs des Wettbewerbers Qualcomm, seit der Einführung der Smartphone-Modelle rund um das Galaxy S6, werden jedoch erneut die eigenen Prozessoren bevorzugt. Mit dem Galaxy S7 und dessen Exynos 8890, kamen sogar erstmals eigens von Samsung entwickelte Mongoose-Kerne (M1) zum Einsatz.

S3C44B0

Eher aus einem nostalgischen Hintergrund heraus, führen wir dieses SoC aus dem Jahr 2000 in der Historie auf, schließlich war es Samsungs Erstlingswerk der mobilen Plattformen. Gefertigt in 0.25 µm wurde ein CMOS-Chip als Basis genutzt. Die Taktrate der ARM7-CPU betrug lediglich 66 Megahertz. Die Anzeige wurde durch einen LCD-Controller berechnet. An für Mobilgeräte optimierte Speichertechnologien war zu diesem Zeitpunkt noch nicht zu denken, weshalb wahlweise FP-, EDO- oder SD-RAM ihren Dienst verrichteten. Auf eine UMTS- oder gar LTE-Verbindung mussten die Anwender des Mediaplayers Juice Box oder des Smartphones Danger Hiptop verzichten. Es gab lediglich eine Infrarotschnittstelle.

Exynos 4412

Dieses Modell kam 2012 als Samsungs erster LTE-fähiger Chipsatz auf den Markt. Der Quad-Core-SoC ist im 32-Nanometer-Prozess gefertigt und fußt auf der Cortex-A9-Architektur. Als Grafikchip wird die ARM-GPU Mali-400 MP4 verbaut, die schon zum damaligen Zeitpunkt eine eher mäßige Performance hatte. Der Arbeitsspeicher kann via LPDDR, LPDDR2 oder den eher von Desktop-Computern gewohnten Standards DDR2 und DDR3 angebunden werden. Das 64-Bit-SoC verfügt über vier Kerne mit einer maximalen Taktfrequenz von 1,5 Gigahertz. Der 4G-Datenfunk wird gemäß der Kategorie 3 realisiert, was bis zu 100 Mbit/s im Download und höchstens 50 Mbit/s im Upload bedeutet. WLAN-Fans müssen sich mit 802.11n begnügen.

Exynos 5410

Im zweiten Halbjahr 2013 war dieses SoC marktreif und brachte einige Verbesserungen mit sich. Ein feinerer Fertigungsprozess (28 nm) und ARMs big.LITTLE-Verfahren seien hier genannt. Letzteres ermöglicht es, zwei Cluster unterschiedlicher Architekturen zu verknüpfen. Im Fall des Exynos 5410 sind das vier Kerne auf Cortex-A15-Basis und vier weitere Recheneinheiten auf Cortex-A7-Basis. Das erste Cluster taktet dabei mit 1,6 Gigahertz und stemmt anspruchsvollere Arbeiten, während das zweite Cluster (1,2 Gigahertz) den Akku bei weniger anspruchsvollen Einsatzgebieten entlastet. Der Grafikchip PowerVR SGX544 MP3 stammt aus dem Hause Imagination Technologies, der Arbeitsspeicher ist mittels LPDDR3 angebunden. Die Möglichkeit, ein Heimnetzwerk mittels WLAN-ac zu verbinden, steigert den Datendurchsatz. Beim verwendeten LTE-Standard gibt indes keine Veränderung.
Exynos 5 Generation

Exynos 5422

Mehr bringt mehr – das könnte im zweiten Quartal 2014 Samsungs Philosophie bei der Einführung dieses Chipsatzes gewesen sein. Der Exynos 5422 sprengte erstmals die 2-Gigahertz-Marke bei den Samsung-SoCs. Abermals setzt der Elektronikriese dabei auf einen Mix aus Cortex-A15- und Cortex-A7-Kernen. Das erste Quad-Core-Cluster hievt 2,1 Gigahertz, während das zweite maximal 1,5 Gigahertz stemmen kann. Für die Grafikeinheit bediente sich Samsung bei ARM und dessen Mali-T628 MP6. Das SoC macht gleich doppelt hinsichtlich des 4G-Netzes Fortschritte, denn es wird sowohl LTE der Kategorie 4 (150 Mbit/s Download / 50 Mbit/s Upload) als auch VoLTE unterstützt. Bezüglich der Wi-Fi-Anbindung gibt es den immer noch modernen Standard 802.11ac zu verzeichnen.

Exynos 5430

Im Herbst 2014 wartete Samsung mit kleinen Flaggschiff auf, dem Galaxy Alpha. Dieses kompakte Smartphone basierte auf dem Exynos 5430 und somit auf dem ersten Cat.6-fähigen SoC des Herstellers. Bis zu 300 Mbit/s im Download und maximal 50 Mbit/s im Upload kann das Modem dieses Chipsatzes erreichen. Ansonsten hatte sich im Vergleich zum Exynos 5422 wenig geändert. Die Taktraten der beiden Cluster wurden auf 1,8 GHz (Cortex-A15) und 1,3 GHz (Cortex-A7) abgeändert. Der Grafikchip Mali-T628 MP6 wurde unverändert übernommen, was auch für die WLAN-ac-Schnittstelle gilt. Auch der Exynos 5430 kann Telefonate über das 4G-Netz (VoLTE) führen.

Exynos 5433

Dies war die erste Exynos-Plattform mit dem ARMv8-Befehlssatz, womit ARMv7 bei der Produktlinie abgelöst wurde. Ende 2014 erschien der Exynos 5433 und läutete auch beim Fertigungsprozess eine neue Ära ein. Das SoC ist im 20-Nanometer-Verfahren umgesetzt und neue ARM-Architekturen sorgen für effizientere Berechnungen. So stellt ein Quad-Core-Gespann auf Cortex-A57-Basis eine Taktrate von bis zu 1,9 GHz und ein weiteres basierend auf Cortex-A53 1,3 GHz zur Verfügung. Mit der Mali-T760 MP6 bekommen auch Spieler und Menschen, denen hochauflösendes Videomaterial wichtig ist, eine entsprechende Lösung zur Hand. VoLTE und LTE Cat. 6 zeugen von modernen 4G-Schnittstellen.

Exynos 7420

Lange Zeit schwankte Samsung bei den in seinen Smartphones verwendeten Chipsätzen, zwischen den hauseigenen Produkten und den Snapdragon-Prozessoren, was oftmals zu Verwirrung führte. Der Exynos 7420 etablierte allerdings endgültig die südkoreanische Produktion in den Galaxy-Flaggschiffen. Erstmals wurde dieser Chipsatz im zweiten Quartal 2015 im Galaxy S6 eingesetzt. Ein feiner Fertigungsprozess von 14 Nanometern und hohe Taktraten von 2,1 GHz (Cortex-A57) und 1,5 GHz (Cortex-A53), sorgten für genug Performance. Die Schnittstelle des Arbeitsspeichers viel mit LPDDR4 modern aus. Eine weitere große Neuerung stellte der supportete LTE-Standard dar. Dank LTE der Kategorie 9, kann das Modem Bandbreiten von bis zu 450 Mbit/s im Download stemmen. Beim Grafikchip hatte sich hingegen wenig getan, die Mali-T760 hat mit MP8 anstatt MP6 nun mehr Kerne zur Verfügung.

Exynos 7 7570

Exynos 7570

Samsung stellte im August 2016 einen neuen Einsteiger-SoC vor. Dieser fand unter anderem im 2016er Galaxy J5 Prime Verwendung. Der Quad-Core-Chipsatz basierte auf der Cortex-A53-Architektur, die vier Kerne takten mit maximal 1,4 Gigahertz. Der Einsatz im Budget-Segment wurde auch anhand der verbauten GPU deutlich, denn die Mali-T830 verfügte nur über bedingt Reserven für anspruchsvolle Spiele und Video-Streaming in hoher Qualität. Das verbaute Modem stemmte gemäß LTE der Kategorie 4 bis zu 150 Mbit/s im Download und maximal 50 Mbit/s im Upload. Bei den weiteren drahtlosen Schnittstellen war eher Magerkost angesagt, was auch das WLAN im Format 802.11 n demonstriert.

Exynos 7650

Der Hexa-Core, den keiner will? Im ersten Quartal 2016 brachte Samsung diesen Sechskerner heraus, doch fand sich der Chip in keinem bekannten Endgerät wieder. Dabei waren die Eckdaten zunächst gut, vor allem wegen der zwei Cortex-A72-Kerne mit 1,7 Gigahertz. Vier weitere Kerne mit 1,3 Gigahertz (Cortex-A53) sind ebenfalls vorzufinden. Als Grafikchip kam die Mali-T860 MP3 zum Einsatz. Weniger aktuell war hingegen der Fertigungsprozess (28 Nanometer), die Speicheranbindung (LPDDR3) und das mobile Breitbandinternet (LTE Cat. 6). Eventuell wurde deshalb Samsungs erster Hexa-Core-SoC eher geschmäht. Über eine VoLTE-Unterstützung ist leider auch nichts zu lesen.

Exynos 7 Octa 7880

Anfang 2017 führte Samsung seinen SoC Exynos 7880 als Nachfolger des 2016er Modells 7870 ein. Dieser Chipsatz findet sich beispielsweise in den Samsung-Mittelklasse-Smartphones Galaxy A5 (2017) wieder. Der Fertigungsprozess von 14 Nanometer blieb genauso wie die Kernanzahl und die CPU-Architektur unverändert. So kommen auch bei diesem Chip acht Cortex-A53-Cores zum Einsatz, allerdings wurde die Taktrate auf 1,9 Gigahertz erhöht. Ebenfalls mehr Performance spendierte der Hersteller der GPU Mali-T830, die nun über drei Grafikkerne verfügt. Die Konnektivität dieses Midrange-Unterbaus geht in Ordnung, so muss beispielsweise nicht auf LTE-Advanced verzichtet werden. Das verbaute Modem stemmt Bandbreiten von bis zu 300 Mbit/s im Download (Cat. 7 mit 3x CA) und maximal 150 Mbit/s im Upload. Auch das Bluetooth ist mit der Version 4.2 nicht auf dem neuesten Stand. Immerhin hat Samsung aber die Speicheranbindung verbessert und die überholte LPDDR3-Schnittstelle gegen LPDDR4 getauscht. 

Exynos 8890

Die nächste Evolutionsstufe von Samsungs-Prozessorschmiede setzte im Frühling 2016 auf komplett eigene Kerne. Der Hersteller nennt diese Exynos M1, Codename Mongoose. Es handelt sich erneut um einen Octa-Core-Chip, der diesmal allerdings Samsungs eigene Kerne mit ARMs Cortex-A53-Einheiten mischt. Das erste Quad-Core-Cluster (M1) taktet mit bis zu 2,6 Gigahertz, das zweite Cluster (A53) hingegen mit maximal 1,6 Gigahertz. Beeindruckend sind auch die anderen Technologien, wie etwa die rasante GPU Mali-T880 MP12 und der neue Breitbandstandard LTE Cat. 12. Letzterer ermöglicht – sofern der Netzbetreiber und der Tarif mitspielen – bis zu 600 Mbit/s im Download und einen Spitzenwert von 150 Mbit/s im Upload.

Exynos 8 8890

Exynos 8895

Das SoC-Oberklassemodell aus Samsungs Halbleiterschmiede des Jahres 2017. Der Chipsatz treibt unter anderem das Smartphone-Duo Galaxy S8 und Galaxy S8 Plus, sowie das Phablet Galaxy Note 8 an. Mit dem Exynos 8895 hat der südkoreanische Hersteller einen Meilenstein erreicht, denn erstmals gibt es LTE Cat. 16 durch ein Samsung-Modem. Der Chip ist also Gigabit-LTE-fähig (maximal 1 Gbit/s im Download), im Upload bringt es das Funkmodul immerhin noch auf 150 Mbit/s. Anhand von FD-MIMO und LAA, wurden weitere moderne Mobilfunk-Technologien realisiert. Hinsichtlich der CPU-Performance gibt sich das SoC ebenfalls keine Blöße, die vier eigens kreierten Exynos-M3-Kerne takten mit bis zu 2,3 GHz. Fallen weniger anspruchsvolle Aufgaben an, springt das zweite Quad-Core-Gespann auf Cortex-A53-Basis ein, das eine Taktrate von maximal 1,6 GHz aufweist. Mobile-Gamer dürften zudem Gefallen an der schnellen GPU Mali-G72 MP20 finden.





Exynos 7 Hexa 7872

Eine eher selten gewählte Kernausstattung ist die Hexa-Core-Basis, welche sich aus zwei schnellen und vier stromsparenden Recheneinheiten zusammensetzt. Der aus dem ersten Quartal 2018 stammende Samsung-SoC Exynos 7872, besteht aus einer eben solchen Konfiguration. Der für günstigere Mittelklasse-Mobilgeräte konzipierte Chipsatz kommt mit zwei Kernen der Gattung Cortex-A73 und zwei weiteren des Typs Cortex-A53 daher. Das Dual-Core-Cluster taktet dabei mit bis zu 2 Gigahertz, während das Quad-Core-Gespann maximal 1,6 Gigahertz erreicht. Die GPU Mali-G71 ist nicht für aufwendige Grafikberechnungen gedacht, besonders in der hier gewählten Ausführung mit nur einem Grafikkern (MP1). Ordentlich ist hingegen das LTE-Modem des Exynos 7 Hexa 7872 ausgestattet. Gemäß der 4G-Kategorie 7 sind bis zu 300 Mbit/s im Download und 150 Mbit/s im Upload möglich. Auf Dual-Band-WLAN muss allerdings verzichtet werden, es gibt nur 802.11n. Das Bluetooth-Modul des in 14 Nanometer gefertigten SoC basiert auf dem Standard 4.2.

Exynos 7 Octa 7885

Da Samsung sich 2018 dazu entschloss, seine Chipsätze verstärkt auch anderen OEM-Herstellern anzubieten, ist die Erweiterung der SoC-Mittelklasse nachvollziehbar. Der Exynos 7 Octa 7785 soll Smartphones der gehobenen Mittelklasse antreiben. Wie sein kleiner Bruder Exynos 7 Hexa 7872 kommt die Plattform im 14-Nanometer-Prozess daher. An der Taktrate des Dual-Core-Clusters wurde geringfügig geschraubt, die beiden Cortex-A73-Einheiten arbeiten nun mit maximal 2,2 Gigahertz. Des Weiteren kamen zwei zusätzliche Cortex-A53-Kerne hinzu. An der Taktrate des nun aus sechs Cores bestehenden zweiten Clusters hat sich nichts geändert, es bleibt bei 1,6 Gigahertz in der Spitze. Der GPU Mali-G71 wurde ein Grafikkern hinzugefügt, was jedoch kaum etwas an der mageren Performance ändern dürfte. Spannender mutet da das schnellere LTE-Modem an. Bis zu 600 Mbit/s beim Empfangen und maximal 150 Mbit/s beim Senden von Daten sind mit dem Funkmodul machbar. WLAN ac und Bluetooth 5.0 runden die Schnittstellen ab.

Exynos 9 Octa 9810

Dieser Chip ist das Herz der 2018er Samsung-Oberklasse-Smartphones Galaxy S9 und Galaxy S9 Plus. Bei diesem SoC fährt der südkoreanische Konzern harte Geschütze auf. Besonders die maximale Taktrate der hauseigenen Mongoose M3 getauften Prozessorkerne beeindruckt. Die performanten CPU-Cores, vier an der Zahl, können auf bis zu 2,9 Gigahertz beschleunigt werden. Wenn das Mobilgerät weniger anspruchsvolle Aufgaben bewältigen soll, springt das zweite Cluster auf Basis von Cortex-A55 ein. Dieses wartet mit einer Taktrate von maximal 1,9 Gigahertz auf. Bei der Grafikleistung gibt sich der Konzern ebenfalls keine Blöße und setzt die Mali-G72 ein, die in diesem Fall auf gleich 18 GPU-Kerne zurückgreifen kann. Mit dem Exynos 9 Octa 9810 werden auch Fans des mobilen Breitbands glücklich. Das Samsung-Modem schafft eine Download-Geschwindigkeit von bis zu 1,2 Gbit/s (LTE Cat. 18) und einen Upload-Speed von maximal 150 Mbit/s. Dual-Band-WLAN (2,4 GHz und 5 GHz / ac) und Bluetooth 5.0 unterstreichen die moderne Konnektivität.


Exynos 9610

Der neuste Exynos Prozessor aus der 7er Reihe ist für die Mitteklasse gedacht und geht in der zweiten Jahreshälfte 2018 in Produktion. Leistungstechnisch hat er durchaus einiges zu bieten. Der Performance-Cluster aus vier Cortex A73 Kernen kommt auf eine Taktrate von bis zu 2,3 GHz. Dies reicht auch für etwas anspruchsvollere Anwendungen. Fällt wenig Arbeit an, dann schonen die vier Cortex A53 Kerne den Akku. Sie Takten dabei mit 1,6 GHz. Als Arbeitsspeicher kommt moderner LPDDR4X RAM zum Einsatz.

Während die reine Rechenleistung zu gefallen weiß, kommt die GPU nicht ganz mit. Der durchaus potente Mali G72 MP3 Grafikprozessor hat nur drei Rechenkerne zur Verfügung. Anspruchsvollere Aufgaben oder aktuelle Games mit maximalen Details sind nicht sein Metier.

Gefertigt wird der SoC in zeitgemäßer 10 nm Technik und bringt ansonsten alles mit, was man brauchen könnte. Den Weg ins mobile Internet findet er mit LTE Cat. 12. Hiermit stehen 600 Mbit/s im Downlink zur Verfügung, was nicht die Spitze markiert, aber im täglichen Leben auch keine Engpässe entstehen lässt. Im Upload stehen mit Cat. 13 bis zu 150 Mbit/s bereit. Schnelles WLAN steht dank 802.11ac mit 2x2 MIMO zur Verfügung. Bluetooth ist in der aktuellen Version 5.0 dabei und neben GPS steht auch die Ortung mit GLONASS, BeiDou und Galileo bereit.

Auch für Samsung wird das Thema künstliche Intelligenz immer wichtiger. Der neue Exynos hat daher eine NPU (Neural Processing Unit) spendiert bekommen. Diese kümmert sich nicht nur um die Erkennung von Personen in schwierigen Situationen, sondern liefert auch einen ansprechenden Bokeh-Effekt, wenn keine  zweite Kamera im Smartphone verbaut wird. Slow-Motion Video-Aufnahmen beherrscht der SoC mit bis zu 480 Bildern pro Sekunde.

Vergleich der Generationen im Überblick

Die eingebettete Tabelle gewährt Ihnen eine Übersicht der wichtigsten Exynos-SoCs. Dabei sollten Sie vor allem auf die LTE-Kategorie, eine VoLTE-Funktionalität und eine moderne Architektur achten. Hingegen ist eine möglichst schnelle GPU für hochauflösendes Video-Streaming in 4K sinnvoll. Ein Mausklick auf die Tabelle vergrößert die Ansicht, um die Details in der Grafik besser begutachten zu können.

Exynos-Chipsätze im Überblick

alle Exynos-Chipsätze im Überblick | klicken zum vergrößern | © lte-anbieter.info


Samsung beliefert auch andere Hersteller

Dass ein Smartphone-Hersteller eigene SoC kreiert, ist nicht außergewöhnlich. Unter anderem setzen auch Huawei und Apple auf eigene Lösungen. Samsung bringt seine Exynos-Plattformen jedoch ergänzend auch recht erfolgreich bei anderen Unternehmen unter. Besonders der chinesische Konzern Meizu kauft gerne bei Samsungs Prozessorschmiede ein. Etwa beim im Winter 2016 vorgestellten Pro 6 Plus, ein Phablet, das auf dem Galaxy-S7-SoC Exynos 8890 fußt. Doch auch andere chinesische Hersteller, wie etwa ZTE und Lenovo, haben sich schon an einem Samsung-Chipsatz versucht.

LTE-Tablets mit Exynos-Chipsatz

Die Plattformen von Samsung eignen sich nicht nur für Smartphones und Phablets, sondern auch für Tablets. So treibt beispielsweise der Exynos 7870 das Galaxy Tab A 10.1 an. Dieser Chipsatz verfügt über acht Cortex-A53-Kerne mit einer Taktrate von maximal 1,6 Gigahertz. Für die Grafikberechnung zeichnet sich eine Mali-T830 MP2 verantwortlich. Das integrierte LTE-Modem kann mit Bandbreiten gemäß der LTE-Kategorie 4 umgehen. Somit kann das Galaxy Tab A 10.1 mit 150 Mbit/s im Download und 50 Mbit/s im Upload unterwegs das Internet ansteuern. Im Galaxy Tab 3 setzte Samsung dagegen wieder auf Qualcomm als Chiplieferanten.

Weitere Exynos-Chipsätze folgen

Selbstverständlich werden wir auch weiterhin Samsungs Werdegang bei den Mobile-SoCs verfolgen. Sobald das Unternehmen neue Chipsätze ankündigt und auf den Markt bringt, werden wir diesen Bericht daraufhin erweitern und die entsprechenden Produkte detailliert einpflegen.

Weiterführendes

» alles über Qualcomm Smartphone CPUs erfahren
» Ratgeber Prozessoren in mobilen Endgeräten
» alles Wichtige über China-Smartphones

Quelle & Bilder: samsung.com Press


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