CPUs für Smartphones & Tablets

Der mobile Quad-Core-Wahn

Mittwoch den 18.04.2012 um 10:10 Uhr

von Friedrich Stiemer

Braucht ein Smartphone wirklich die Power von vier CPU-Kernen?
Vergrößern Braucht ein Smartphone wirklich die Power von vier CPU-Kernen?
© Nvidia
Smartphones und Tablets werden immer schneller und leistungsfähiger. Doch wie sinnvoll sind vier Rechenkerne in einem Smartphone oder Tablet? Wir klären, wann Sie die zusätzliche Rechenpower wirklich benötigen und welche Auswirkung das auf die Akkulaufzeit hat.
Vor einigen Jahren sorgten Zwei-Kern-Prozessoren für die Berechnung - heutzutage sind vier Kerne Standard, acht Kerne keine Seltenheit mehr. Genau so erging es auch den Smartphones und Tablets: Immer mehr Hersteller wie HTC, Samsung, Apple oder Asus verbauen Quad-Core-CPUs oder haben es vor und versprechen dadurch unbändige Leistung auch für unterwegs. Wir klären, ob das Leistungsplus überhaupt spürbar ist oder ob einfach nur der Akku darunter leidet.

Quad-Core-CPU in Smartphones und Tablets: Nvidia Tegra 3

Rechenpower mit vier Kernen.
Vergrößern Rechenpower mit vier Kernen.

Erst kürzlich ist das Smartphone HTC One X auf den Markt gekommen. Im Inneren des neuen Flaggschiffs der Taiwaner arbeitet eine Vier-Kern-CPU: der Tegra 3 von Nvidia. Ein Kern im Tegra 3 kann mit maximal 1,5 GHz arbeiten, sollten mehrere Kerne parallel arbeiten, sinkt die maximale Taktrate auf 1,4 Ghz pro Kern. Der mobile Prozessor basiert auf der A9-Cortex-Architektur von ARM.

Doch wer denkt, dass sich die Taktraten multiplizieren (also vier Mal 1,4 GHz = 5,6 GHz), der irrt leider. Mehrkern-Prozessorsysteme skalieren nicht linear, sondern unregelmäßig. Hierfür gibt es gleich mehrere Gründe:

  • Parallele Ausführung von Programmen: Nicht jedes Programm ist so geschrieben, dass Mehrkern-Prozessoren es parallel bearbeiten können. CPUs müssen solche Programme erst einmal manuell umschreiben und in mehrere Teil-Operationen zerlegen, um effektiv zu arbeiten. Diese Umrechnung fordert viel Zeit.
  • Kommunikation zwischen den Kernen: Bei Prozessoren mit mehreren Kernen muss eine Art und Weise der Kommunikation gegeben sein, um die Rechenaufgaben untereinander zu verteilen und zu überprüfen, ob voneinander abhängige Prozesse fertig sind. Im schlimmsten Fall muss ein Kern warten, bis der andere Kern mit der Berechnung fertig ist. Auch dieser Umstand nagt an der Leistung.
  • Gemeinsamer Zugriff auf Betriebsmittel: Sollte die Kommunikation nicht über Nachrichten stattfinden, tauschen sich die Kerne über gemeinsame Daten aus. Dabei müssen sie auf einen gemeinsamen Transportweg zugreifen, den sogenannten Bus. Durch zunehmende Zugriffe entsteht aus dem Bus schnell ein sogenannter Flaschenhals, der die Leistung abbremst.

Also muss ein Vier-Kern-Prozessor nicht zwingend schneller sein als ein Zwei-Kerner. Ein Beispiel ist hier der Leistungs-Unterschied zwischen dem HTC Sensation XE (2 x 1,5 GHz) und dem HTC Sensation XL (1 x 1,5 GHz): Die Messungen zeigen, dass das HTC Sensation XL leistungsfähiger ist als das Sensation XE, trotz gleich hoch getakteten Prozessoren.

Aber auch der Hersteller Qualcomm hat eine mobile CPU mit vier Kernen im Angebot: den Snapdragon S4. Die maximale Taktrate beläuft sich ebenfalls auf 1,5 GHz. Wieder andere belassen es dann doch bei zwei Kernen und erhöhen stattdessen die Taktraten auf über 2 GHz pro Kern. Das trifft auf den Exynos 5 (Samsung) und den OMAP 5 von Texas Instruments zu.

Energie sparen dank Quad-Core-CPU?

Nach intensiver Nutzung ist der Akku schnell am
Ende.
Vergrößern Nach intensiver Nutzung ist der Akku schnell am Ende.

In mobilen Geräten steht aber nicht nur die Leistung im Vordergrund, sondern ganz besonders auch die Akkulaufzeit: Je höher die Taktraten, desto höher die CPU-Spannung, desto höher der Stromverbrauch - eine einfache Rechnung. Nvidia ist sich dem natürlich bewusst und verbaut im Tegra 3 einen fünften Kern, der mit einer recht niedrigen Taktrate von 500 MHz arbeitet und zum Einsatz kommt, sobald keine hohe Rechenpower mehr nötig ist. Dabei schalten sich auch die vier Haupt-Kerne komplett ab. Nvidia verspricht daher einen rund 61 Prozent sparsameren Verbrauch als noch beim Tegra 2 Dual-Core-Prozessor. Der Hersteller nennt die Technik 4-Plus-1.

Dadurch soll die Leistungsaufnahme überdurchschnittlich sinken und der Akku geschont werden. Selbstverständlich spielen aber auch noch die Betriebssysteme und die eigenen Protokolle des jeweiligen Herstellers eine Rolle. Und nicht nur die CPU ist stromhungrig, sondern auch alle anderen Komponenten, die Sie im Alltag einsetzen: WLAN, GPS, Datenverbindungen, Telefonate, Apps und allem voran der Bildschirm setzen dem maßlosen Smartphone-Konsum ein schnelles Ende. Insbesondere schnellere Übertragungsstandards wie UMTS, HSPA oder LTE setzen dem Akku besonders zu.

Leider schreitet die Entwicklung der Akkus nicht so schnell voran wie die der restlichen Teile. Deshalb müssen die Hersteller das Beste aus den aktuellen Stromspeichern herausholen, indem sie die Software optimieren. Aus diesen Gründen unterscheiden sich auch die Messergebnisse von Hersteller zu Hersteller, auch wenn ein gleich starker Akku und der selbe Prozessor verbaut ist.

HTC One X mit dem Vier-Kerner Nvidia Tegra 3.
Vergrößern HTC One X mit dem Vier-Kerner Nvidia Tegra 3.

Eines der ersten Smartphones mit einem Vier-Kern-Prozessor ist das HTC One X und Android-4.0-Betriebssystem. In unserem Test schneidet es beim Akku nur durchschnittlich ab, obwohl der Akku mit 1800 mAh etwas stärker als die Konkurrenz ist: Beim Belastungstest (Dauer-Aufrufen von Internetseiten über WLAN) neigen sich die Energiereserven schon nach fünf Stunden und 21 Minuten dem Ende. Damit befindet sich das HTC-Flaggschiff aber in guter Gesellschaft. Top-Smartphones mit Doppelkern-CPUs wie das Samsung Galaxy S2 und das Apple iPhone 4S glänzen nicht mit langer Laufzeit und ähneln sich im Akkuverbrauch.

Erstes Tablet mit Tegra 3: Asus Transformer
Prime.
Vergrößern Erstes Tablet mit Tegra 3: Asus Transformer Prime.

Eines der ersten Tablets mit dem Quad-Core-Prozessor Tegra 3 ist das Asus Transformer Prime . Auch hier geht der 3300 mAh starke Akku beim Dauer-Surfen enttäuschend schnell in die Knie: Nach rund sechseinhalb Stunden ist Schluss. Andere Android-Tablets schaffen bis zu acht Stunden, das Apple iPad 2 brilliert mit fast doppelter Laufzeit. Das ist zu wenig für ein Gerät, das unterwegs als Unterhalter und/oder mobiles Büro dienen soll.

Mittwoch den 18.04.2012 um 10:10 Uhr

von Friedrich Stiemer

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