Nvidia Tegra 3 nadchodzi! Czy jest lepsza od Snapdragona S4 Class?

Nvidia parę dni temu zaprezentowała oficjalnie nowy układ Tegra 3, który znany był także pod nazwą Project Kal-El. Czy rzeczywiście jest on tak dobry, jak twierdzą przedstawiciele Nvidii? Wydaje mi się, że tak…

Jaka jest Tegra 3?

Project Kal-El, po raz pierwszy zapowiedziany w lutym tego roku, został od razu okrzyknięty pierwszym czterordzeniowym, mobilnym układem. Według zapowiedzi podniesie on wydajność mobilnych urządzeń do nieosiągalnego dotąd poziomu (przeglądanie sieci, multitasking i przede wszystkim nowa jakość gier), a jednocześnie obniży zużycie energii (głównie poprzez mniejsze taktowanie procesorów). Czym jest nowy układ Nvidii?

Tegra 3 - schemat układu

Tegra 3 to czterordzeniowy układ, który został stworzony w nowej technologii przetwarzania danych vSMP (Variable Symmetric Multiprocessing). W przeciwieństwie do innych układów Quad Core wykorzystuje on dodatkowy piąty rdzeń, który został określony jako Companion core. Jaka jest jego rola?

Tegra 3 - główne rdzenie i "Companion core"

Po pierwsze wszystkie rdzenie zostały stworzone w architekturze ARM Cortex A9 (instrukcje ARMv7). Cztery główne odpowiadają za wydajność nowej Tegry i mogą być taktowane z częstotliwością do 1,5 GHz. Z kolei rdzeń Companion cechuje się taktowaniem do 500 MHz. Ma on odpowiadać za aplikacje działające w tle oraz usługi synchronizujące dane z siecią.

Dzięki temu rozwiązaniu podczas normalnej pracy, słuchania muzyki czy synchronizacji programów pocztowych czy usług społecznościowych nie są wykorzystywane główne rdzenie, a pobór energii układu jest minimalny. Gdy wymagana jest większa moc obliczeniowa, aktywowane są kolejne rdzenie. Dla przykładu, podczas przeglądania stron WWW z elementami Flash czy korzystania z wielu aplikacji w tym samym czasie, Tegra 3 wykorzystuje 2 rdzenie, a cztery główne zaangażowane są dopiero w obsługę zaawansowanych graficznie gier. Schemat działania układu poniżej:

Tegra 3 - zarządzanie rdzeniami CPU

Project Kal-El to również nowa jednostka GPU. Jest to układ GeForce ULV złożony z 12 rdzeni, który umożliwia odtwarzanie wideo w jakości 1080p (H.264), wyświetlanie obrazu o maksymalnej rozdzielczości 2560 x 1600 i wspiera multimedialne rozszerzenie ARM NEON.

Nvidia Tegra 3 ma pojawić się w tym roku w tabletach z Androidem, a w 2012 trafi do smartfonów z systemem Google’a. Jednym z pierwszych urządzeń opartych na układzie ma być Asus Eee Pad Transformer 2. Warto zwrócić uwagę, że Google Android zostanie w pełni zoptymalizowany pod Project Kal-El. Dzięki temu będzie mógł wydajnie zarządzać wszystkimi rdzeniami (lub wybranymi – w zależności od potrzeb), jak również korzystać z rdzenia Companion, który zostanie aktywowany w trybie standby. Co więcej, układ może być także używany przez producentów urządzeń mobilnych z Windows 8, ale na nie trzeba poczekać nieco dłużej.

Energooszczędność

Wydajność i energooszczędność nowego układu Nvidii mają być największymi zaletami Project Kal-El. Zacznę od tak zachwalanego przez producenta oszczędzania energii.

Project Kal-El, podobnie jak Tegra 2, wykorzystuje chipy Cortex A9 przygotowane przez Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), które wykonane są w procesie technologicznym 40 nm. Główną różnicą między układami (poza liczbą rdzeni i dodatkowym Comapnion core) jest zastosowana technologia vSMP (Variable Symmetric Multiprocessing). Pozwala ona na minimalizację zużycia energii w stanie aktywnego czuwania (np. odtwarzanie muzyki w tle) i dynamiczne zarządzanie częstotliwością taktowania głównych rdzeni w zależności od wymagań systemu. vSMP umożliwia również błyskawiczne (w czasie poniżej 2 ms) przełączanie między jednostkami, dzięki czemu układ w każdej chwili może wejść na wyższe obroty.

Tegra 3 a Tegra 2 - pobór energii

Przekłada się to na dużą wydajność przy bardzo niskim poborze prądu. W porównaniu z Tegrą 2 wykorzystanie technologii vSMP i czterech rdzeni oznacza 61% mniejsze zużycie energii podczas odtwarzania materiału wideo w jakości HD i o 35% oszczędność podczas grania, co obrazuje powyższy wykres.

Tegra 3 na tle OMAP4 i QSD8x60 - zużycie energii przy tych samych osiagach

Podczas prezentacji układu Nvidia porównała go również do konkurencyjnych, dwurdzeniowych chipsetów, jak TI OMAP4 czy Qualcomm Snapdragon MSM8x60. Według danych aby uzyskać tę samą wydajność, Project Kal-El potrzebuje od 2 do 3 razy mniej energii. Dane te robią wrażenie, a to jeszcze nie koniec.

HTC przygotowuje smartfona z układem Intela? Czy ma to sens?

Ogólna wydajność

Tegra 3 to również wydajność, która ma stać na najwyższym poziomie. Producent porównał ją z wydajnością układów dwurdzeniowych TI OMAP4 i Qualcomm Snapdragon MSM8x60, a wyniki są bardzo obiecujące. Po pierwsze w teście CoreMark Project Kal-El jest w stanie osiągnąć takie same wyniki jak układy OMAP4 i QSD8x60 (oba 1,2 GHz) tylko przy taktowaniu około 480 MHz na rdzeń. Co więcej, przy tym pobiera 3 razy mniej energii niż konkurencja.

Tegra 3 a OMAP4 i QSD8x60 - Coremark

Z kolei przy taktowaniu 1 GHz na rdzeń Tegra 3 osiąga dwa razy lepszy wynik w CoreMarku przy wciąż mniejszym zużyciu energii. Robi wrażenie, a nie są to jeszcze pełne możliwości platformy Nvidii.

Tegra 3 a OMAP4 i QSD8x60 - wydajność/zużycie energii w Coremark

Powyższe wyniki odnoszą się do stosunku wydajności układu do zużycia energii. Ogólna wydajność Tegry 3 jest mniej więcej dwa razy wyższa niż dotychczasowych układów Dual Core, a wyniki zaprezentowano na poniższym wykresie. Nowe dziecko Nvidii zestawiono w CoreMarku z Tegrą 2 i konkretnymi jednostkami konkurenci – Apple A5, TI OMAP4430 i Qualcomm MSM8660. Widać wyraźnie różnicę w potencjale układów. Co to oznacza w praktyce?

Ogólna wydajność układów ARM w CoreMark

Uruchomienie wymagającej aplikacji na urządzeniach z Tegrą 3 powinno być dwa razy szybsze, a wymagające procesy powinny trwać o połowę krócej. Dobrym przykładem jest test z wykorzystaniem programu Photaf 3D Panorama (znana aplikacja, która umożliwia robienie panoram 3D na telefonach i tabletach z Androdiem). Na urządzeniach z Tegrą 3 czas zrobienia, przetworzenia i wyświetlenia gotowego zdjęcia wyniósł tylko 10 s, co „dwójce” zajmowało 21 s.

Tegra 3 vs Tegra 2 - szybkość przetwarzania danych w Photaf 3D Panorama

Zalety Project Kal-El

Project Kal-El to znacznie wyższa wydajność podczas przeglądania stron WWW. Po pierwsze dotyczy to witryn z elementami flashowymi. Nowa Tegra został od razu zoptymalizowana pod Adobe Flash Player i będzie możliwe jego bezproblemowe wykorzystanie w urządzeniach z Androidem. Czterordzeniowy chipset Nvidii dużo lepiej ma radzić sobie z obsługą JavaScriptu. Producent zaprezentował nawet, jak Tegra 2 i Project Kal-El radzą sobie z obsługą ciężkich stron wykorzystujących JavaScript. Wykorzystał do tego test Moonbat (Web based JavaScript benchmark).

Tegra 3 vs Tegra 2 - benchmark JavaScript Moonbat

Układy osiągnęły w nim odpowiednio 6607 punktów Tegra 3 i 9706 – Tegra 2. W benchmarku mierzona była szybkość przetwarzania JavaScript (im mniejszy wynik, tym lepszy), ponad 50% lepszy wynik osiągnął nowy układ. Można więc wnioskować, że Kal-El rzeczywiście znacznie przyspieszy obsługę stron WWW i będzie dobrze zoptymalizowany pod standardy sieciowe.

Cztery rdzenie to również lepsza obsługa multimediów. Dotyczy to głównie rejestrowania i odtwarzania wideo w wysokiej rozdzielczości. Tegra 3 pozwala odtwarzać materiał w maksymalnej jakości 1440p, a szybkość jego dekodowania w porównaniu z układami Dual Core jest zauważalnie wyższa. Poniżej przykładowy test z wykorzystaniem opensource’owego programu Handbrake (usprawniający dekodowanie wielu formatów wideo), w którym Tegra 3 uzyskała wynik o około 60% lepszy niż dwójka. Warto zwrócić uwagę, że został on uzyskany przy dwóch wyłączonych rdzeniach.

Tegra 3 vs Tegra 2 - dekodowanie wideo

Oczywistą zaletą Project Kal-El jest jeszcze lepszy multitasking. Wiąże się to z możliwością wykorzystania dodatkowych rdzeni przez system. Dzięki temu (oraz wspomnianej optymalizacji) Tegra 3 pozwala na użycie dodatkowych rdzeni w celu przyspieszenia przetwarzania danych podczas jednoczesnej synchronizacji usług sieciowych, włączonej wymagającej grze czy przeglądarce z ciężkimi stronami. Z większością procesów bez problemu radzą sobie urządzenia z układami dwurdzeniowymi, ale ich wydajność znacznie spada (rośnie także zużycie energii). Według Nvidii Project Kal-El ma gwarantować wysoką wydajność dzięki aktywacji trzeciego i – w razie konieczności – czwartego rdzenia, a pobór prądu będzie oscylował na niskim poziomie.

Po co nam cztery rdzenie?

Nowy układ graficzny daje pole do popisu programistom, którzy będą mogli tworzyć gry o jakości dorównującej (według Nvidii) tym z Xboxa 360 czy PlayStation 3. Tegra 3 ma w pełni wspierać nowe silniki graficzne, jak Unreal 3.0, Frostbite czy Id Tech 5, które wykorzystują wielowątkowość procesorów. Dzięki temu możliwe jest „rozbicie” obliczeń na osobne rdzenie (przetwarzanie efektów audio, tekstur, efektów odbić czy fizyki w grach odbywa się na różnych rdzeniach). Oczywiście, producent ma tu na myśli zupełnie nowe tytuły, których wysypu można się spodziewać w 2012 roku. Ich poziom graficzny będzie naprawdę wysoki.

Tegra 3 vs Tegra 2 - wydajność w zaawansowanych grach

Wraz z Project Kal-El producent zaprezentował nowe na rynku mobilnym możliwości przetwarzania fizyki w grach i efektów dodatkowych w czasie rzeczywistym. Dzięki temu podczas grania w gry Tegra 3 jest zdolna obsłużyć zmieniające się w zależności od sytuacji efekty, np. refleksy obiektów, zderzenia miedzy nimi, wynikającą z tego siłę odbicia czy tor lotu obiektu. Te zależne od CPU zadania w grze na układach Quad Core mają być przetwarzane znacznie szybciej, co pozwoli na polepszenie grafiki w nowych tytułach (dodanie nowych efektów i możliwość korzystania z lepszych silników). Jak podaje Nvidia, przekłada się to na ponad dwukrotny wzrost wydajności w bardzo wymagających grach (jak np. Glowball), co zaprezentowano na powyższym wykresie. O przetwarzaniu fizyki w czasie rzeczywistym przy użyciu układu Tegra 3 dowiecie się więcej z poniższego materiału wideo.

Project Kal-El to również dynamiczne generowanie tekstur w czasie rzeczywistym, z którym zazwyczaj nie radzą sobie układy jedno- i dwurdzeniowe. Co kryje się pod tym pojęciem? Po pierwsze, dzięki dynamicznie tworzonym teksturom programiści będą mogli zmniejszyć wielkość gier mobilnych, które obecnie zajmują nawet po kilka gigabajtów, a gracze zwyczajnie zwracają tytuły, które wiążą się z pobieraniem dodatkowych, wielkich pakietów danych. Dla przykładu, w stworzonym przez firmę Allegorithmic demie (poniżej screeny) wykorzystano dynamiczne generowanie w czasie rzeczywistym, co pozwoliło na pozostawienie w kodzie jedynie bazowej paczki tekstu o wielkości 900 KB zamiast 300 MB, które zajmowałyby gotowe tekstury. Według Nvidii wielkość nowych gier korzystających z tej technologii mogłaby wynosić kilka megabajtów.

Tekstury generowane dynamicznie w czasie rzeczywistym

Dynamiczne generowanie tekstur w czasie rzeczywistym wymaga co prawda ogromnej mocy obliczeniowej, ale może dać dodatkową frajdę graczom. Wiąże się to np. z możliwością decydowania o pogodzie w grach czy znacznie lepiej wyglądających krajobrazach podczas rozgrywki. Więcej o możliwościach Tegry 3 dowiecie się z dokumentów udostępnionych ostatnio przez Nvidię.

Czy Tegra 3 jest lepsza od Qualcommów S4 Class?

Ostatnio zadawaliście pytania, jak Project Kal-El wypada na tle konkurencji, czyli Snapdragonów S4 Class Qualcomma. Na razie trudno porównywać te układy, ponieważ nie pojawiły się żadne urządzenia, które je wykorzystują (nie liczę prototypowych tabletów z Windows 8). Nie można więc porównać bezpośrednio ich wydajności. Nowe S4 Class nie zostały oficjalnie zaprezentowane i wciąż nie dysponujemy pełnymi danymi technicznymi nowych Snapdragonów.

Co ciekawego zaoferuje Qualcomm w najbliższej przyszłości?

Tegra 3 będzie jedna, a w skład S4 Class ma wejść cała rodzina różnych układów, z czterordzeniowym APQ8064 na czele. Ten właśnie układ powinien być największą konkurencją w najwyższym segmencie rynku dla produktu Nvidii. Teoretycznie nowe Snapdragony będą wyposażone w nieco szybsze procesory. Chipy Krait wykonane są w technologii 28 nm, a ich maksymalne taktowanie wynosi aż 2,5 GHz. Z kolei mocniejsze GPU i mniejsze zużycie energii (vSMP) gwarantuje Project Kal-El, który wykorzystuje dwunastordzeniowego GeForce’a ULV (APQ8064 ma mieć czterordzeniowe Adreno 320).

Snapdragon QSD8255 vs Tegra 2

Różnice w wydajności CPU i GPU z pewnością nie będą duże. Decydującą rolę odegrają optymalizacja i dodatkowe funkcje. Pod tym względem zarówno Qualcomm, jak i Nvidia oferują bardzo dużo, poczynając od ścisłej współpracy z Google’em i Microsoftem, przez Adobe (Flash Player), na twórcach aplikacji kończąc (Snapdragon Game Pack i Tegra Zone). O ile w pierwszych dwóch przypadkach stawiałbym na remis, może okazać się, że to Tegra 3 będzie zapewniała większe wsparcie i możliwości wykorzystania czterech rdzeni producentom gier (wliczając w to zaawansowane silniki graficzne tak jak w przypadku Tegry 2).

Z punktu widzenia producentów chipsety Qualcomma w standardzie są dużo lepiej wyposażone, wliczając w to: moduły 3G/4G, GLONASS czy wkrótce również NFC, a Tegra 3 oferuje świetne zarządzanie energią i dużo mniejszy pobór prądu. Ciekawi mnie, który układ okaże się lepszy, a przekonamy się o tym już wkrótce.

Podsumowanie

Po oficjalnej premierze byłem zaskoczony nową Tegrą. Kal-El nie tylko cechuje się dużą wydajnością, ale też – co ważniejsze – Nvidia poważnie podeszła do tematu zarządzania energią i energooszczędności. Dzięki technologii vSMP będzie to z pewnością najmniej energożerny z nadchodzących układów ARM Quad Core. Dodatkowy rdzeń, płynne wykorzystanie głównych rdzeni i szybkie przełączanie między rdzeniami głównymi a Companion core pozwoli na zminimalizowanie poboru prądu do minimum. Może to być kluczowy argument dla producentów, przemawiający właśnie za chipsetem Nvidii.

Smartfony lepsze niż konsole, czyli kilka słów o rozwoju gier mobilnych

Nowy układ to także dużo lepsza wydajność, która przekłada się wygodę przeglądania stron WWW, korzystania z wielu aplikacji naraz czy nową jakość gier mobilnych. Nowe technologie pozwalają na dynamiczne generowanie tekstur czy przetwarzanie fizyki i efektów w grach w czasie rzeczywistym. Jest to szczególnie istotne z punktu widzenia programistów Androida, którzy już wkrótce będą mogli wynieść swoje gry na zupełnie nowy, niedostępny wcześniej poziom. Project Kal-El i inne układy czterordzeniowe pozwolą stworzyć na platformę Google;a bazy naprawdę dobrych tytułów, których jakość może pozostawić w tyle konkurencję.

Boję się jednak, że potencjał nie będzie szybko wykorzystany i na razie chipsety Quad Core pozostaną tylko chwytem marketingowym, a nie prawdziwą zaletą. Mam nadzieję, że moje obawy są bezpodstawne, ponieważ Tegra 3 zapowiada się świetnie, a kolejne generacje chipsetów ARM Nvidii (Project Wayne) powinny zbliżyć smartfony do poziomu PS Vita, ale to temat na zupełnie inny wpis…