Exynos 8890 im Test: Samsungs S7-SoC drosselt kaum
Im neuen Galaxy S7 rechnen je nach Region entweder ein Snapdragon 820 von Qualcomm oder Samsungs eigener Exynos 8 Octa, genauer der Exynos 8890 . In Deutschland wird das Galaxy S7 mit dem Samsung-SoC vertrieben, der eine Zäsur für den koreanischen Hersteller ist: Im Chip stecken die ersten selbst entwickelten CPU-Kerne, die interessante Eigenschaften und eine hohe Leistung aufweisen. Obendrein verbaut Samsung eine schnelle Grafikeinheit. Wir haben den Exynos 8890 im Testmuster unseres Galaxy S7 näher untersucht.
Das System-on-a-Chip nutzt insgesamt acht CPU-Kerne, die in zwei Quadcore-Clustern angeordnet sind. Der Exynos 8890 besteht aus vier Cortex-A53- und vier sogenannten M1-Kernen. Letztere sind Samsungs Eigenentwicklung, wobei M1 schlicht für die erste Generation der Mongoose-Architektur steht. An dieser Implementierung haben die Koreaner mehrere Jahre gearbeitet, die Basis bildet ARMs 64-Bit-Technik ARMv8, genauer das Aarch64-Subset.
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Kleine Information am Rande: Die bisherigen CPU-Kerne von Konkurrent Qualcomm hießen Krait(öffnet im neuen Fenster) und Taipan(öffnet im neuen Fenster) , beides Giftnattern, die von Mangusten (Mongoose) gejagt und gefressen(öffnet im neuen Fenster) werden. Krait-Kerne stecken unter anderem im Snapdragon 805 . Die Taipan-32-Bit-Architektur wurde vor ihrer Marktreife eingestampft, Apple war mit dem A7 und 64 Bit vorgeprescht. Qualcomms neue Kerne – wie die im Snapdragon 820 – heißen Kryo, eventuell eine Anspielung auf das griechische Substantiv für Kälte.
Zurück zu den Mongoose-Kernen, die zwar als Quadcore-Cluster verbaut werden, aber oft als Dualcore-Pakete arbeiten. Wie unsere Messungen zeigen, hat Samsung einem Pärchen einen besonderen Turbo verpasst. Immer zwei Kerne schalten sich im Betrieb nicht ab, sind also durchweg einsatzbereit und laufen mit minimal 728 MHz. Muss eine Berechnung sehr schnell ausgeführt werden, etwa eine Webseite geladen werden, boosten die beiden auf satte 2,6 GHz. Diese Frequenz ist für ein Smartphone-SoC enorm hoch, übertroffen wird sie einzig von Qualcomms Krait 405 mit bis zu 2,7 GHz – pro Takt sind die aber langsamer.
Das andere Kernpärchen im Exynos 8890 verharrt meist im Schlafmodus und springt bei Bedarf auf bis zu 2,288 GHz. Müssen drei Kerne oder der komplette Quadcore-Cluster rechnen, liegt der gleiche Maximaltakt an. Diese Aufteilung ist clever, verbessert sie doch die Geschwindigkeit und die Leistung pro Watt. Die Implementierung der vier Cortex-A53 ist ebenfalls untypisch gelöst, da üblicherweise bei allen der gleiche Takt anliegen muss. Samsung hat offenbar zwei dedizierte Cluster kombiniert, da beide Pärchen unabhängig voneinander takten können. Das erhöht Effizienz und Leistung gleichermaßen.
Im Betrieb pendeln die zwei A53-Cluster zwischen 442 MHz und 1,586 GHz und damit im Rahmen dessen, was üblich ist. Einige Implementierungen wie die in Mediateks Helio X20 takten die Cortex-A53 auf bis zu 2 GHz – allerdings nutzt das SoC drei Cluster, davon einen (der kleinste) mit vier Cortex-A53 mit ebenfalls bis zu 1,59 GHz. Was uns derzeit nicht vorliegt, sind Informationen zu den Caches des Exynos 8890. Beim Interconnect allerdings hat Samsung eine eigene Variante entwickelt, den SCI, und nutzt keinen CCI von ARM.
Das Frequenz-Verhalten analysiert
Nachdem wir die Spitzengeschwindigkeiten des M1-Clusters und der vier Cortex-A53 kennen, interessiert uns, wie sich der Exynos 8890 im Galaxy S7 im Alltag verhält. Zu diesem Zweck surfen wir 20 Minuten lang mit dem Chrome-Browser im Internet, öffnen mehrere Seiten, lesen eine Weile, schauen Videos, lassen die Benchmarks Geekbench 3 und den 3DMark Ice Storm Unlimited durchlaufen und spielen eine Runde Riptide GP2. Bis zum Schluss takten alle Kerne bei Last auf ihre jeweilige Maximalfrequenz von 1,6 über 2,3 bis auf zu 2,6 GHz. Das Gerät wird dabei nur leicht warm.
Also lassen wir testweise den speziellen Thermal Test des Geekbench über 20 Minuten hinweg auf dem Samsung-Smartphone laufen. Die uns von Primal Labs(öffnet im neuen Fenster) zur Verfügung gestellte Vorabversion lastet je zwei CPU-Kerne eines Clusters aus und lässt die Grafikeinheit außen vor. Hierzu sei erwähnt: Eine solche Belastung tritt im täglichen Gebrauch eher selten auf. Einzig, wer im Browser ständig neue Tabs öffnet, durchweg Apps installiert oder 4K-Ultra-HD-Videos aufnimmt und dabei noch Fotos schießt, erreicht eine ähnliche oder höhere Auslastung. Das mag gelegentlich vorkommen, ist aber kein Szenario, das wir als typische Nutzung des Galaxy S7 ansehen würden.
Die Messwerte zeigen, dass sich die M1-Kerne nach rund 10 Minuten bei 1.560 bis 1.872 MHz einpendeln. Dann schaltet ein Cluster ab und das andere fällt auf die Minimalfrequenz von 728 MHz ab. Einer der beiden A53-Dualcores taktet ständig zwischen 442 und 1.378 MHz, der andere zwischen 442 und 858 MHz mit Boost auf ebenfalls 1.378 MHz. Wie im Diagramm unschwer zu erkennen ist, drosseln also vor allem die beiden großen Cluster ihren Takt deutlich.
Um noch ein Spieleszenario zu prüfen, muss der Exynos 8890 abschließend 20 Minuten lang den T-Rex-Benchmark in 1080p-Auflösung in Schleife berechnen. Dieser Test fordert vornehmlich die integrierte Grafikeinheit, die jedoch das System-on-a-Chip und das Galaxy S7 deutlich aufheizt. Sehr schön zu sehen: Einer der M1-Cluster hilft einmalig, den Benchmark zu laden und schaltet dann ab. Der zweite rechnet mit und taktet zumeist zwischen 728 und 1.248 MHz, die Spitzen bis 1.560 MHz werden gegen Ende hin immer weniger. Die beiden kleinen Cluster laufen wie erwartet mit 1.378 bis 1.586 MHz, im späteren Verlauf sinkt die anliegende Frequenz allerdings häufig auf 1.170 MHz.
Was die Messwerte nicht aufzeigen, sind der Takt der Grafikeinheit und die Framerate. Daher starten wir 20-mal hintereinander den Manhattan-Test des GFX Bench und protokollieren die Bilder pro Sekunde. Ausgehend von einer Bildrate von 40 fps bricht der Exynos-Chip ab dem 14. Durchgang ein und liefert nur noch zwischen 21 und 28 fps. Damit schafft die Grafikeinheit in etwa das Niveau des Vorgängers Exynos 7420, wenn der Test kalt durchläuft.
Bei der Grafikeinheit des neuen Exynos 8890 hat sich Samsung für eine Mali-T880-MP12 von ARM entschieden. Die GPU liegt ergo als 12-Cluster-Implementierung vor und ist damit die bisher stärkste in einem Smartphone. Die Grafikeinheit taktet mit bis zu 650 MHz und greift über zwei 32-Bit-Kanäle auf den LPDDR4-1800-Speicher zu. Das ergibt eine Datentransferrate von knapp 29 GByte pro Sekunde und damit praktisch genauso viel wie bei der Adreno 530 des Snapdragon 820. Diese GPU packt es im Galaxy S7 auf 624 MHz.
In Benchmarks überzeugt der Exynos
Um die Leistung des Exynos 8890 in Relation zu setzen, vergleichen wir ihn mit dem ebenfalls im Galaxy S7 verwendeten Snapdragon 820. Zudem zeigen wir den Abstand zum Vorgänger, dem Exynos 7420 im Galaxy S6, auf und blicken über den Tellerrand zu Apple und deren SoCs mit ebenfalls selbst entwickelten CPU-Kernen. Ältere Chips wie der Snapdragon 801 ergänzen das Feld.
| Exynos 8890 | Exynos 7420 | Snapdragon 820 | Snapdragon 810 | |
| CPU-Architektur | 4x M1 + 4x A53 | 4x A57 + 4x A53 | 2x Kryo + 2x Kryo | 4x A57 + 4x A53 |
| CPU-Geschwindigkeit | 2,6 / 2,29 GHz + 1,59 GHz | 2,1 GHz + 1,5 GHz | 2,15 GHz + 1,59 GHz | 1,96 GHz + 1,56 GHz |
| Speicherinterface | 2x 32 Bit LPDDR4 | 2x 32 Bit LPDDR4 | 2x 32 Bit LPDDR4 | 2x 32 Bit LPDDR4 |
| Grafikeinheit | Mali-T880-MP12 | Mali-T770-MP8 | Adreno 530 | Adreno 430 |
| GPU-Frequenz | 624 MHz | 650 MHz | 600 MHz | 770 MHz |
| Fertigungsprozess | Samsung 14LPP | Samsung 14LPE | Samsung 14LPP | TSMC 20nm |
Auffällig ist direkt, dass sich die integrierten Grafikeinheiten der aktuellen System-on-a-Chips zumindest im GFX-Benchmark wenig geben. Die Mali-T880-MP12 im Exynos 8890, die Adreno 530 des Snapdragon 820 und die PowerVR GT7600 im Apple A9 erreichen in 1080p bei mittleren wie hohen Details nahezu identische Bildraten. Im 3DMark Ice Storm Unlimited ist die PowerVR GT7600 hingegen viel flotter als die Mali-T880-MP12 und die Adreno 530. Die wiederum liegen erneut quasi gleichauf, was uns nicht überrascht.
Der Geekbench 3, welcher die CPU- und RAM-Geschwindigkeit misst, zeigt interessante Resultate: Der Singlecore-Wert der M1-Kerne des Exynos ist ein wenig geringer als der der Kryo-Kerne des Snapdragons und deutlich hinter den Typhoon-Kernen von Apples A9. Offenbar benötigt Samsungs Implementierung spürbar mehr Takt – bis zu 2,6 statt bis zu 2,15 GHz – für ein ähnliches Ergebnis. Beim Multicore-Wert wendet sich das Blatt, da der Exynos insgesamt acht anstelle von vier Kernen parallel rechnen lassen kann. Der A9 ist abgeschlagen, was bei einerm Dualcore-CPU-Part wenig wundert.
Fazit
Unterm Strich ist der Exynos 8890 eines der schnellsten am Markt verfügbaren Systems-on-a-Chip, das in etwa die gleiche Leistung abliefert wie Qualcomms Snapdragon 820. Beide Modelle werden bei Samsung im 14LPP-Verfahren produziert und ähneln sich bei der Ausstattung. Das Speicherinterface ist gleich breit, das integrierte LTE-Modem erreicht theoretisch die gleiche Downstream- sowie Upstream-Geschwindigkeit und der Image Signal Processor samt dem Digital Signal Processor eignen sich für 4K-Ultra-HD-Videos.
Ein wenig schade ist einzig, dass Samsung den neuen Exynos vermutlich nur in eigenen Smartphones verbauen wird und das System-on-a-Chip weder in ein Tablet steckt noch es anderen Herstellern verkauft. Apple geht allerdings kaum anders vor, wenngleich hier einmal entwickelte SoCs zumindest regelmäßig in weiteren Geräten wie iPads oder iPods eingesetzt werden.