
Hadlee Simons / Autoridade Android
O encerramento de mais um ano nos aproxima do salto da próxima geração nas capacidades de processamento de smartphones, acelerando os melhores e mais recentes telefones para outro nível. Os próximos meses parecem ser um dos períodos mais emocionantes no design de chips móveis em alguns anos. Já sabemos o que o Tensor G3 com foco em IA do Google e o poderoso A17 Pro da Apple trazem para a mesa, mas os designs de CPU multi-core mais incomuns no novo Snapdragon 8 Gen 3 e Dimensity 9300 chamaram minha atenção para a discussão de hoje.
Já se passou mais de uma década desde que Arm estreou big.LITTLE, combinando pequenos núcleos de CPU com baixo consumo de energia e núcleos maiores e mais poderosos em um único cluster. É fácil considerar esse desenvolvimento garantido na era moderna do Arm DynamIQ, que permite misturar e combinar um maior número e variedade de núcleos. O objetivo original era equilibrar a eficiência energética e impulsionar o desempenho máximo. No entanto, o primeiro ponto parece menos urgente com os núcleos de CPU mais recentes, se o Snapdragon 8 Gen 3 da Qualcomm e o Dimensity 9300 da MediaTek servirem de referência.
O 8 Gen 3 é uma configuração meio pesada, com um único núcleo Arm Cortex-X4 potente, cinco núcleos A720 (divididos em dois domínios de clock) e apenas dois pequenos núcleos A520. Pequenos núcleos estão em trajetória descendente em Snapdaragon; o 8 Gen 1 tinha quatro, depois três no 8 Gen 2. O Dimensity 9300 da MediaTek evita totalmente pequenos núcleos e aumenta a aposta com quatro Cortex-X4s emparelhados com quatro A720s. Novamente, há um único X4 de alta freqüência para desempenho de thread único, mas o uso intenso de núcleos de CPU de baixa freqüência, porém amplos e poderosos, é de longe a coisa mais interessante sobre o design.
O Snapdragon passou de quatro para três e agora dois pequenos núcleos nas últimas três gerações, substituindo-os por núcleos de nível intermediário.
Apesar de suas diferenças, ambos os SoCs insinuam que a maior parte de suas cargas de trabalho será executada nesses grupos intermediários de núcleos de processador. Os núcleos poderosos ajudam com cargas de trabalho de thread único e intermitentes, mas não é fácil aumentar a velocidade do clock dentro dos limites térmicos de um smartphone, e muitos núcleos enormes seriam subutilizados. Por outro lado, não parece haver tanta necessidade de núcleos de baixo consumo de energia como nos anos anteriores (a Qualcomm talvez esteja menos convencida disso do que a MediaTek). Em vez disso, os núcleos intermediários mais recentes da Arm parecem se adaptar bem a uma variedade de cargas de trabalho, dormindo rapidamente para tarefas de baixo consumo de energia e acelerando para as cargas de trabalho e jogos multithread de hoje.
Uma olhada no slide de potência/desempenho da Arm em sua apresentação de 2023 ajuda a demonstrar o quão escalonável é o A720. Ele também mostra o quão mais poderoso o X4 é se você precisar dele, mas lembre-se de que o X4 pode ser dimensionado para aplicativos de PC, de modo que esse pico não seja alcançado no formato do smartphone. O A520, embora claramente eficiente, não cobre uma gama tão ampla de pontos de desempenho. Com grandes melhorias de energia encontradas nos núcleos maiores mais recentes e o aumento constante de ganhos de eficiência de fabricação, alguns fornecedores de chipsets veem claramente os núcleos pequenos como menos importantes.

Dando uma mordida no manual da Apple
Se isso lhe parece um pouco familiar, você provavelmente já olhou por cima da cerca para o jardim murado da Apple. Os chips Bionic e o novo A17 Pro do iPhone usaram uma configuração de núcleo grande e pequena aparentemente comum. No entanto, os núcleos menores da Apple historicamente se aproximaram muito mais em capacidades do núcleo da série Arm Cortex-A7 da geração mais antiga do que da linha A5. Em outras palavras, a arquitetura da Apple oferece dois núcleos potentes para cargas de trabalho intermitentes, com quatro núcleos intermediários para lidar com tarefas em segundo plano, cargas de trabalho multithread e jogos.
O mais recente A17 Pro resume essa abordagem. Seu processo de fabricação de 3 nm de última geração permite que os dois núcleos grandes atinjam impressionantes 3,78 GHz quando necessário, enquanto os quatro núcleos menores têm uma freqüência muito mais modesta de 2,11 GHz. A MediaTek tem uma abordagem semelhante, com seus conservadores A720s de 2,0 GHz para atingir cargas de trabalho de menor consumo de energia. O design atual da Qualcomm é um pouco diferente, visando velocidades de clock de núcleo médio mais altas de 3,2 GHz, mas ainda possui os núcleos A520 para casos de uso de consumo de energia muito baixo.
Os ganhos de fabricação e CPUs Arm mais eficientes estão reduzindo a necessidade de núcleos minúsculos.
Ainda assim, a Qualcomm parece estar convergindo na ideia de que núcleos minúsculos não são necessários com o Snapdragon 8 Gen 4 de 2024. Ainda a quase um ano de distância, os primeiros rumores apontam para dois grandes núcleos Phoenix e seis núcleos Phoenix M menores dentro do 8 Gen 4 Phoenix será o retorno da Qualcomm às CPUs personalizadas baseadas em Arm (como a Apple), permitindo que seus engenheiros adaptem o desempenho e a eficiência ainda mais ao seu gosto (novamente, assim como a Apple). Pelo menos em teoria. É possível que a Qualcomm simplesmente ainda não tenha três níveis de núcleos desenvolvidos.
Com isso em mente, não sabemos a composição dos futuros núcleos personalizados da Qualcomm. Mas olhando para a direção da viagem, parece altamente provável que os seis núcleos intermediários tenham como objetivo o desempenho de nível intermediário, em vez de consumo de energia ultrabaixo, para manter a configuração competitiva com as ofertas da Apple e Arm Cortex. Se for esse o caso, o 8 Gen 4 terá uma aparência bastante semelhante à Apple, embora com uma contagem de núcleos mais alta que poderia proporcionar-lhe uma vitória de desempenho multi-core pela primeira vez.
… mas por que?

Robert Triggs / Autoridade Android
Tudo isso nos leva à pergunta: por que o mercado de SoC Android está girando mais uma vez e isso realmente importa para nossos smartphones?
Como mencionamos, o motivo provavelmente pode ser explicado pela eficiência cada vez maior dos núcleos de CPU Arm combinada com processos de fabricação menores (mas mais caros) que diminuíram a necessidade de núcleos de CPU de baixo consumo de energia que lidam quase exclusivamente com tarefas em segundo plano. Por exemplo, a MediaTek afirma que sua arquitetura de aparência mais volumosa economiza de 10 a 15% de energia para cargas de trabalho típicas em relação à geração anterior, principalmente por ser mais rápido para retornar ao modo de suspensão.
Falando em cargas de trabalho, os engenheiros da Arm nos explicaram detalhadamente a importância do núcleo intermediário nos últimos anos. Núcleos grandes são ótimos para carregar seus aplicativos, mas você deseja um melhor equilíbrio entre capacidade de resposta e eficiência ao navegar pelo Facebook e responder mensagens. A maioria de nossas cargas de trabalho móveis diárias fica em algum lugar entre os estados de pico e mínimo de energia. Mesmo os jogos móveis mais recentes, que você pode pensar que exigem CPUs potentes, na verdade rodam predominantemente nesses núcleos intermediários. Chipsets como o 8 Gen 3, A17 Pro e Dimensity 9300 são apenas designers que otimizam seus SoCs para as cargas de trabalho móveis mais comuns.
Os casos de uso emergentes continuam a exigir mais desempenho das nossas baterias limitadas de telefone.
Para os consumidores, estas alterações deve resultar em melhor desempenho sem sacrificar a vida útil da bateria pelos motivos acima. Embora possamos ver os smartphones de hoje como mais do que suficientes para o nosso dia-a-dia, os casos de uso emergentes exigem ainda mais desempenho de um formato com duração de bateria muito limitada. IA é a palavra-chave da tecnologia em 2023, mas executar modelos de IA no dispositivo é uma tarefa difícil que requer mais memória e poder de processamento. Conseqüentemente, Qualcomm, Google e outros estão ansiosos para aprimorar seus recursos de processamento de números de NPU que aumentam o poder típico da CPU. A atração dos jogos AAA é outra área que requer melhores recursos gráficos e núcleos de CPU de alto desempenho, porém eficientes, para lidar com a física, a lógica e alimentar a GPU. A Apple elevou a fasquia com jogos de console no iPhone 15 Pro, e o Android não vai querer ficar para trás nos próximos anos.
A CPU confiável é a cola que une esses recursos. Com as demandas de desempenho aumentando, mas sem mais vida útil da bateria ou espaço térmico disponível, talvez não seja surpreendente que o núcleo intermediário bem balanceado esteja desempenhando um papel cada vez mais importante no desenvolvimento de SoC de smartphones modernos.