Snapdragon (Prozessor)

Snapdragon
Logo der Snapdragon-Familie
Produktion:	seit 2007
Produzent:	Qualcomm
Prozessortakt:	528[1] MHz bis 2,7 GHz
Mikroarchitektur:	ARM

Snapdragon bezeichnet eine System-on-a-Chip-Familie von Qualcomm, deren Hauptprozessorkomponente auf der Arm-Architektur basiert. Die Snapdragon-SoCs sind auf niedrigen Strombedarf und Akkubetrieb optimiert. Als Einsatzgebiete sind mobile Computer wie Smartphones, Tablets und Smartwatches sowie eingebettete Systeme im Automobil und in der Unterhaltungselektronik vorgesehen. Das erste SoC der Snapdragon-Familie wurde mit dem Modell MSM7225 im Februar 2007 vorgestellt.^[2][3] Im Jahr 2019 hatten Snapdragon-Prozessoren bei Smartphones einen Marktanteil von 36 %.^[4]

Die SoCs der Snapdragon-Familie werden durch eine von Qualcomm vergebene Modellnummer eindeutig bezeichnet. Gewöhnlich ist diese siebenstellig, besteht aus drei Großbuchstaben am Anfang, gefolgt von vier Ziffern. Die Buchstabencodes MSM und QSD verweisen dabei auf die Integration eines Mobilfunkmodems, während der Code APQ SoCs ohne Mobilfunkmodem bezeichnet.^[5] Auf die vierstellige Zahl folgt bei einigen Modellen ein bis zu zweistelliger Buchstabencode, um – zum Beispiel – Taktvarianten des SoCs zu kennzeichnen.^[6] Zu Marketingzwecken entschied Qualcomm 2011, die schon damals zahlreichen SoC-Modelle der Snapdragon-Familie in Leistungsklassen einzuteilen. Zunächst entstanden die Klassen System 1 (kurz: S1) bis System 4 (kurz: S4). Klasse S1 umfasste Snapdragon-SoCs für einfache „Massenmarktsmartphones“, Klasse S2 SoCs für „Hochleistungssmartphones und -tablets“. Die SoCs der S3-Klasse waren für „Multitasking- und fortgeschrittene Spieleanwendungen“ vorgesehen. Klasse S4 war für den Einsatzzweck „Geräte der nächsten Generation“ reserviert^[7] und wurde später nochmals unterteilt. So entstanden 2012 die Modellreihen S4 Play, S4 Plus, S4 Pro und S4 Prime.^[8] 2013 führte Qualcomm ein neues Klassifizierungsschema ein und kündigte an, zukünftig erscheinende Snapdragon-Modelle abhängig von deren Leistung und Einsatzbestimmung in die Produktreihen Snapdragon 200, Snapdragon 400, Snapdragon 600 und Snapdragon 800 unterteilen zu wollen. Snapdragon 200 steht dabei für das untere Ende des Leistungsspektrums, Snapdragon 800 für das obere.^[9] Inzwischen ist Qualcomm dazu übergegangen, auch für einzelne SoC-Modelle marketingfreundliche Namen einzuführen. So wird zum Beispiel MSM8994 aus der Snapdragon-800-Serie unter der Bezeichnung Snapdragon 810 vermarktet. Ende 2021 hat Qualcomm eine neue Benennung eingeführt, steht so hieß der Flaggschiffprozessor aus dem Jahr 2022 Snapdragon 8 Gen 1, die überarbeitete Version Snapdragon 8+ Gen 1, der Flaggschiffprozessor des Jahres 2023 heißt dann Snapdragon 8 Gen 2. Die Erste Ziffer steht bei der neuen Benennung für die Prozessorserie, 8 als Flaggschiffprozessor; 7 für Mittelklassegeräte; 6 für die günstige Mittelklasse; 4 für Einsteigergeräte zwischen 100 und 200 Euro; 2 für Einsteigergeräte mit einem Kaufpreis von unter 100 Euro. Ein überarbeiteter Prozessor ist an einem Plus nach der ersten Ziffer zu erkennen, danach folgt die chronologische Nummerierung der Prozessorgenerationen.^[10]

© Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 (via Wikimedia Commons)

Als Hauptprozessoren (CPUs) werden sowohl von ARM lizenzierte IP-Cores als auch Eigenentwürfe auf Basis der Arm-Architekturen v7 und v8 verwendet. Für die Snapdragon-Reihe lizenziert wurden bislang die IP-Cores ARM926EJ-S, ARM1136EJ-S, Cortex-A5, Cortex-A7, Cortex-A53, Cortex-A57 und Cortex-A72. Der von Qualcomm selbst entworfene CPU-Kern früher, zwischen 2008 und 2011 eingeführter Snapdragon-Modelle heißt Scorpion, implementiert Armv7 und ähnelt den Cortex-A8- und Cortex-A9-Kernen. Er kommt in diversen SoCs bis Klasse S3 zum Einsatz. Diverse zwischen 2012 und 2014 in den Produktreihen S4 sowie Snapdragon 400 und höher eingeführte Modelle basieren hingegen auf Qualcomms Krait-Design, das ebenfalls eine Umsetzung von Armv7 ist, dessen Rechenleistung sich aber in der Nähe des Cortex-A15 einordnet. Gegenüber Cortex-A15 hat Krait den Vorteil, dass es energieeffizienter arbeitet und akkubetriebenen Geräten eine längere Laufzeit ermöglicht.^[11] 2015 führte Qualcomm im Zusammenhang mit dem Snapdragon 820 das zu Armv8 kompatible CPU-Design namens Kryo ein.^[12] Für Kryo und den Snapdragon 820 verspricht der Hersteller „bis zu doppelte Leistung“ und „bis zu doppelte Energieeffizienz“ gegenüber dem mit Cortex-A57 ausgestatteten Snapdragon 810.^[13]

Abgesehen von MSM7225 und MSM7625 sind alle Snapdragon-SoCs mit einem Grafikprozessor Adreno 200 oder höher ausgestattet. Alle Modelle verfügen über einen digitalen Signalprozessor, unterstützen USB 2.0 oder höher sowie den Anschluss von GPS- und Kamera-Modulen. Seit dem S4 sind die Modellreihen mit im SoC integrierten GPS-Empfänger sowie Bluetooth-, WLAN- und Mobilfunkmodem lieferbar,^[14] womit neben vereinfachtem Gerätedesign auch eine Kosten- und Energieersparnis^[15] verbunden ist.

Die für die Herstellung von Snapdragon-SoCs verwendeten minimalen Strukturgrößen reichen von 65 nm beim MSM7225 bis zu 5 nm beim SM8350 („Snapdragon 888“).

Im Juni 2013 wurden die Modelle Snapdragon 600 (maximal 1,7 GHz CPU-Takt, vier Krait-300-Kerne, Adreno-320-Grafikprozessor) und Snapdragon 800 mit der Adreno-330-GPU und vier Krait 400-Kernen mit maximalem Prozessortakt von 2,3 GHz vorgestellt; im SoC integriert sind jeweils der Zugriff auf LTE-Netze mit bis zu 150 Mbps sowie eine WLAN-Netzwerkkarte (802.11ac), GPS und Bluetooth.^[17] Beide Snapdragon-Modelle werden mit einer überarbeiteten Mikroarchitektur und einem neuen 28-nm-Fertigungsprozess von der taiwanischen Foundry TSMC produziert.^[15] Im gleichen Jahr im November erschien der Snapdragon-805, der mit vier Kernen des Typs Krait-450 CPU-Taktraten von bis zu 2,7 GHz ermöglicht und über den verbesserten Grafikprozessor Adreno 420 den Videostandard Ultra HD – mit Auflösungen bis zu 3840 × 2.160 Bildpunkten – unterstützt. Die DirectX11-FL-11_2-Pipeline der mit 600 MHz getakteten GPU unterstützt OpenGL ES 3.1., OpenCL 1.2. und dynamische Hardware-Tesselation. Dazu beinhaltet die GPU auch die von ARM im Jahr 2012 präsentierte sogenannte adaptive skalierbare Textur-Kompression (ASTC von adaptive scalable texture compression). Die Speicherschnittstelle erreicht mit 25,6 GB/s Datendurchsatz den seinerzeit höchsten Wert aller Mobilprozessoren.^[18]

Im April 2014 stellte Qualcomm die SoCs Snapdragon 808 und Snapdragon 810 vor. Beide setzen auf die 64-Bit-Prozessorkerne Cortex-A57 und Cortex-A53 und somit auf den Befehlssatz Armv8-A. LTE wird in Cat-6 mit Datenübertragungsraten von bis zu 300 MBit/s im Downstream und bis zu 50 MBit/s im Upstream unterstützt. Der Snapdragon 810 kann mit LPDDR4-Arbeitsspeicher kombiniert werden. Er besteht unter anderem aus vier Cortex-A57- und vier Cortex-A53-CPUs, der Grafikeinheit Adreno 430 sowie einem LTE-Cat-6-Multimode-Modem. Die Adreno-430-GPU soll im Vergleich zur Adreno 420 im Snapdragon 805 eine um 30 Prozent schnellere Grafik-Performance und einen um 20 Prozent niedrigeren Stromverbrauch haben. Sie unterstützt 4K-Display-Auflösungen. Dies wird trotz identischer Mikroarchitektur zur Adreno 420 durch die Erweiterung einer Quad-Core- zu einer Hexa-Core-Architektur erreicht.^[19] Das von ARM entwickelte big.LITTLE-Prozessing für die Cortex-A57/A53-CPUs wurde von Qualcomm erheblich verbessert, indem z. B. auch sprunghafte Laständerungen berücksichtigt werden und der Energieverbrauch bei einem CPU-Wechsel modelliert wurde.^[19] Die kombinierten 14-Bit-Dual-Bildsignalprozessoren des Snapdragon 810 erlauben außerdem mit bis zu 55 Megapixel auflösende Kameras an mobilen Endgeräten. Der Snapdragon 808 besteht unter anderem aus zwei Cortex-A57- und Cortex-A53-Recheneinheiten, der GPU Adreno 418 und einem LTE-Modem von Qualcomm. Das SoC kommuniziert mit LPDDR3-Arbeitsspeicher und unterstützt 2K-Display-Auflösungen. Snapdragon 810 und Snapdragon 808 werden jeweils im 20-nm-Verfahren gefertigt und sind für den Einsatz in Highend-Smartphones und -Tablets vorgesehen.^[20] Der Snapdragon 865 Plus, eine verbesserte Version des Snapdragon 865, war der erste Chip für Smartphones, der mit mehr als 3 GHz taktet.^[21]

Das erste auf Snapdragon basierende Gerät war das Toshiba TG01-Smartphone.

Im Juni 2009 zeigte ASUS mit einer Eee PC-Variante erstmals ein PC-ähnliches Gerät (nach Acorn) mit Snapdragon-Prozessor; auf ihm lief Googles Android als Betriebssystem. Das Gerät wurde jedoch nur als Prototyp präsentiert und gelangte nicht in den Verkauf.^[22][23]

Das Google Nexus One (vorgestellt am 5. Januar 2010) ist erstmals ein Android-Referenzsystem mit Snapdragon-Prozessor (1 GHz Qualcomm QSD8250).

Das 2013 veröffentlichte Nokia Lumia 1020 besitzt einen speziellen Snapdragon-S4-Prozessor, der die 41-Megapixel-Kamera von Zeiss unterstützt. Normalerweise kann der S4-Prozessor solch hohe Kameraauflösungen nicht verarbeiten.

Die im Februar 2021 zusammen mit dem Rover Perseverance auf dem Mars gelandete Helikopterdrohne Ingenuity nutzt einen Snapdragon 801-Prozessor zur Datenverarbeitung.^[24]

Die Snapdragon-Architektur wird von verschiedenen Systemen unterstützt:

• Android
• BrewMP (ein von Qualcomm entwickeltes Betriebssystem „Mobile Platform“)
• QNX Neutrino OS
• BlackBerry 10
• Firefox OS
• Sailfish OS
• HP webOS
• Linux
• Windows Mobile
• Windows Phone 7
• Windows Phone 8
• Microsoft Windows RT
• Microsoft Windows 10
• Microsoft Windows 11

• Atom von Intel (ein x86-Prozessor mit Grafikprozessor, kein Arm)
• A4, A5 und Apple A6 von Apple
• Exynos von Samsung
• Fusion von AMD (ein x86-Prozessor mit Grafikprozessor, kein Arm)
• i.MX von Freescale
• Nomadik von ST-Ericsson (Joint-Venture von STMicroelectronics und Ericsson)
• OMAP von Texas Instruments
• Smartphone und Tablet Prozessoren von MediaTek
• PXA und Armada von Marvell
• SH-Mobile von Renesas (eigene RISC-Prozessor-Plattform, kein Arm)
• Tegra von Nvidia

• Produktbeschreibung der Snapdragon Platform auf qctconnect
• Das neue »Löwenmaul« unter der Lupe. Grundlagenartikel zur 45-nm-Snapdragon-Plattform QSD8650 und QSD8672. Archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 31. Januar 2011; abgerufen am 11. Januar 2011. 

1. ↑ Snapdragon S3, S2, S1 Processor Product Specs (PDF) Qualcomm
2. ↑ Qualcomm Enables Mass-Market Smartphones for the Wireless Market. Qualcomm, Pressemitteilung vom 12. Februar 2007.
3. ↑ Qualcomm sortiert Snapdragon-Prozessoren neu. heise online, 4. August 2011.
4. ↑ Def Con 2020: Android-Geräte über Lücken in Snapdragon-Chips ausspionierbar Bericht auf Heise Online vom 10. August 2020, abgerufen am 15. August 2020
5. ↑ Anand Lal Shimpi: Qualcomm’s Announces Krait CPU: The Successor to Scorpion In: Anandtech, 14. Februar 2011.
6. ↑ 2. Snapdragon-SKUs: 800 und 801 erklärt In: Matthias Wellendorf, Dorian Black: Qualcomm Snapdragon 801 vs. 800: Der kleine Unterschied, Tom’s Hardware, 16. Mai 2014.
7. ↑ Anand Lal Shimpi: Qualcomm’s Updated Brand: Introducing Snapdragon S1, S2, S3 & S4 Processors. In: Anandtech, 3. August 2011.
8. ↑ Taylor Wimberly: Qualcomm explains the system of tiers for Snapdragon S4 In: Android and Me, 31. August 2012.
9. ↑ New Qualcomm Snapdragon Processor Brand Tiers Announced. Qualcomm, 8. Januar 2013.
10. ↑ allround-pc.com
11. ↑ Frank Riemenschneider: Die Anatomie von Qualcomms Giftschlange. In: elektroniknet.de. 5. September 2012, abgerufen am 8. August 2013. 
12. ↑ Ryan Smith, Andrei Frumusanu: The Qualcomm Snapdragon 820 Performance Preview: Meet Kryo In: AnandTech, 10. Dezember 2015.
13. ↑ Snapdragon 820 and Kryo CPU: heterogeneous computing and the role of custom compute. Qualcomm, 2. September 2015.
14. ↑ Snapdragon S4 Processors: System on Chip Solutions for a New Mobile Age. (PDF; 459 kB) Qualcomm, 7. Oktober 2011, archiviert vom Original am 22. Juli 2013; abgerufen am 16. Juni 2013 (englisch). 
15. ↑ ^{a b} Frank Riemenschneider: Qualcomms Krait 400 erreicht 2,3 GHz. In: elektroniknet.de. 17. Juli 2013, abgerufen am 8. August 2013. 
16. ↑ Qualcomm Snapdragon S4-Prozessoren: Prime, Pro, Play und Plus. (Memento vom 23. September 2015 im Internet Archive) androider.de, 31. August 2012.
17. ↑ Panagiotis Kolokythas: Snapdragon 800 beeindruckt in ersten Benchmarks. Meldung bei PC-Welt vom 19. Juni 2013.
18. ↑ Frank Riemenschneider: Qualcomms Snapdragon 805: Kein integriertes Modem, dafür schnellste GPU am Markt. In: elektroniknet.de. 22. Mai 2014, abgerufen am 22. Mai 2014. 
19. ↑ ^{a b} Frank Riemenschneider: Qualcomms Snapdragon-810 trotz ARM besser als ARM. In: elektroniknet.de. Abgerufen am 3. März 2015. 
20. ↑ Ben Mueller: Snapdragon 810: Qualcomm-Chip für Smartphones mit 4K-Display, 55-MP-Kamera und LTE Cat-6. Abgerufen am 8. April 2014. 
21. ↑ Snapdragon 865 Plus: Erster Smartphone-Chip schafft über drei Gigahertz. In: derstandard.at. 9. Juli 2020, abgerufen am 2. Februar 2024. 
22. ↑ Asus beerdigt ARM-Smartbook. In: c’t, 25. August 2009, abgerufen am 3. November 2014
23. ↑ Jan Rähm: Asus-Pläne: Kein Android, kein ARM-Prozessor. teltarif.de, 30. April 2009; abgerufen am 3. November 2014
24. ↑ Evan Ackerman: How NASA Designed a Helicopter That Could Fly Autonomously on Mars inspectrum.ieee, abgerufen am 25. Januar 2023