Raytracing und mehr KI: Qualcomms neuer Prozessor für High-End-Smartphones

Auf dem Snapdragon Tech Summit hat Qualcomm den Snapdragon 8 Gen 2 vorgestellt. Im Mittelpunkt stehen dabei die KI-Fähigkeiten und Raytracing.

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  • Patrick Bellmer
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Auf dem Snapdragon Tech Summit 2022 hat Qualcomm mit dem Snapdragon 8 Gen 2 seinen bislang schnellsten Mobilprozessor vorgestellt. Gegenüber seinem Vorgänger bietet das neue System-on-Chip (SoC) in erster Linie eine deutlich höhere KI-Leistung, von der ganz unterschiedliche Funktionen profitieren. Spieleentwickler können hingegen Hardware-beschleunigtes Echtzeit-Raytracing verwenden und ihre Titel mit realistischerer Grafik versehen. Wie überzeugend dieser Effekt am Ende wirklich ist und wie viel Leistung er benötigt, sollte sich noch in diesem Jahr überprüfen lassen: Qualcomm erwartet erste Smartphones mit dem neuen Prozessor bereits Ende 2022.

Dass künstliche Intelligenz ein Schwerpunkt bei der Entwicklung des Snapdragon 8 Gen 2 gewesen ist, zeigen die zahlreichen Änderungen gegenüber dem Vorgänger Snapdragon 8 Gen 1. Den primär für diesen Bereich zuständigen Hexagon-Prozessor hat Qualcomm an mehreren Punkten überarbeitet. Die Tensor-Einheit ist nun doppelt so groß und erstmals unterstützt ein Snapdragon-Chip neben INT8-, INT16- und FP16- auch INT4-Berechnungen.

Ebenfalls neu ist Micro Tile Inferencing. Damit können Daten in kleinere Teile zerlegt und gleichzeitig auf die Tensor-, Vektor- und Skalar-Einheit verteilt werden. Laut Qualcomm erhöht dies unter anderem die Genauigkeit der Vorhersagen.

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Wir haben Details zu Micro Tile Inferencing hinzugefügt.

Insgesamt soll die KI-Leistung durch alle Änderungen mehr als viermal so hoch – Qualcomm spricht konkret vom Faktor 4,35 – wie bislang ausfallen. Auf der anderen Seite gibt es aber auch eine Steigerung der Effizienz. So konnte die Leistung pro Watt bei bestimmten Berechnungen um 60 Prozent verbessert werden.

KI ist einer der wichtigsten Aspekte des Snapdragon 8 Gen 2. Nicht zuletzt die deutlich größere Tensor-Einheit und das erstmals verfügbare Micro Tile Inferencing erhöhen die Leistung der künstlichen Intelligenz.

(Bild: Qualcomm)

Neben dem Hexagon-Prozessor verfügt der Snapdragon 8 Gen 2 aber auch über weitere KI-Prozessoren. So setzt Qualcomm im sogenannten Sensing Hub erstmals auf gleich zwei solcher Helfer – bislang gab es nur einen. Verantwortlich ist das Sensing Hub für die Ansteuerung zahlreicher Sensoren und verschiedene Hintergrundaktivitäten. So sollen Smartphones mit dem neuen Snapdragon-Chip etwa QR-Codes auch bei ausgeschaltetem Display mit der Kamera erkennen können. Erkennt hingegen die Frontkamera, dass neben Ihnen auch eine andere Person auf das Display schaut, kann das System auf Wunsch Push-Benachrichtigungen unterbinden – das sorgt für etwas mehr Privatsphäre. Aber auch in Bezug auf Sprachassistenten ist die Rede von Verbesserungen. Aktivierungswörter, beispielsweise „Hey, Google“, erkennt das System künftig präziser.

Apps, die in Echtzeit übersetzen, können die erweiterten KI-Funktionen nutzen. So soll das SoC es unter anderem ermöglichen, Gesprochenes in Echtzeit in gleich mehreren anderen Sprachen auszugeben.

Aber auch einer der für viele Smartphone-Nutzer wichtigste Einsatzzweck soll von den KI-Neuerungen profitieren: Fotografieren. Qualcomm spricht in diesem Zusammenhang von der Snapdragon-Sight-Plattform, die unter anderem den Bildprozessor Spectra ISP und den Hexagon-Prozessor einbezieht. Das ermöglicht Bildoptimierungen in Echtzeit – bei gleichzeitiger Unterteilung der Aufnahme in verschiedene Ebenen (Multiple Semantic Segmentation).

Die künstliche Intelligenz erkennt dabei bis zu acht verschiedene Ebenen. Beim Fotografieren einer Person kann das beispielsweise die Erkennung von Augen, Mund, Haut und Kleidung sein – bei Landschaftsfotos hingegen die Trennung von Himmel, Gebäuden und Bäumen. Insgesamt unterstützt der Spectra ISP dabei bis zu acht Ebenen, die die Software getrennt voneinander optimieren kann.

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Wie haben Details zu Sementic Segmentation hoinzugefügt.

Weitere Nebeneffekte der höheren KI-Leistung sind Verbesserungen hinsichtlich Aufnahmen bei schlechten Lichtverhältnissen sowie bei der Erzeugung künstlicher Unschärfe (Bokeh).

Darüber hinaus hat Qualcomm den Spectra ISP für neue Bildsensoren optimiert. Konkret nennt das Unternehmen den im Juni 2022 vorgestellten Samsung Isocell HP3 mit 200 Megapixeln, der unter anderem schneller fokussieren kann und mehrstufiges Zusammenfassen von Pixeln (Pixel Binning) ermöglicht. Für 50-Megapixel-Fotos fasst der Sensor entsprechend vier Pixel zu einem zusammen, für 12,5-Megapixel-Aufnahmen stattdessen 16 Pixel. Pixel Binning soll in erster Linie bei schlechten Lichtverhältnissen für eine höhere Aufnahmequalität sorgen.

Eine weitere Neuerung: Erstmals unterstützt ein Snapdragon-Chip den AV1-Codec für die Wiedergabe von 8K-Videos mit 60 Bildern pro Sekunde. Aufnahmen sind hingegen in 8K mit 30 Bildern pro Sekunde möglich. Reduzieren Sie die Auflösung auf 4K, steigt die maximale Bildrate auf 120 Hertz. Im Zeitlupenmodus hält der Chip bis zu 960 Bilder pro Sekunde fest – dann aber nur mit 1280 × 720 Pixeln. Zusätzlich bietet der Snapdragon 8 Gen 2 die technischen Voraussetzungen, um HDR-Videos aufzunehmen. Mit HLG, HDR10, HDR10+ und Dolby Vision unterstützt er dabei alle wichtigen Varianten. Speichern können Sie die Aufnahmen auf Wunsch als 10-Bit-HEVC-Video, Bilder entsprechend im 10-Bit-HEIC-Format.

Wollen Sie Daten nicht nur lokal auf dem Smartphone verarbeiten, sondern auch mit anderen teilen, erreicht der Snapdragon 8 Gen 2 dabei laut Qualcomm mit der auf der IFA 2022 angekündigten Snapdragon-Connect-Plattform höheren Geschwindigkeiten als seine Vorgänger. Bestandteile der Plattform sind das 5G-Modem Snapdragon X70 sowie die Kommunikationseinheit FastConnect 7800.

Das 5G-Modem unterstützt in entsprechend ausgebauten Netzen Übertragungsraten von bis zu 10 GBit/s im Down- respektive 3,5 GBits/s im Uplink und soll – dank des integrierten KI-Prozessors – geringere Latenzen und stabilere Verbindungen ermöglichen. Darüber hinaus ermöglicht das Snapdragon X70 erstmals, im Dual-SIM-Betrieb zwei 5G-Verbindungen parallel aktiv zu betreiben.

FastConnect 7800 beschleunigt hingegen in erster Linie den Datenaustausch im WLAN. Es unterstützt Wi-Fi 7 und soll in der Spitze bis zu 5,8 GBit/s übertragen. Zusätzlich steht Dual-Bluetooth zur Verfügung. Damit will Qualcomm die Bluetooth-Reichweite im Idealfall verdoppeln und den Verbindungsaufbau zwischen Smartphone und Bluetooth-Zubehör beschleunigen. Zu den unterstützen Audio-Codecs für Bluetooth-Verbindungen gehören aptX Lossless, aptX Adaptive und Bluetooth LE Audio.

Aber auch die eher klassischen Prozessorbestandteile hat Qualcomm überarbeitet. Die Adreno-Grafikeinheit erreicht eine nun um bis zu 25 Prozent höhere Leistung, beim Einsatz der Vulkan-Schnittstelle soll das Plus bis zu 30 Prozent betragen. Erstmals unterstützt Qualcomm dabei Vulkan 1.3 – ebenso die Schnittstellen OpenGL ES 3.2 und OpenCL 2.0 FP. Aber auch an der Effizienz wurde gearbeitet. Im Idealfall benötigt die Grafikeinheit 45 Prozent weniger Energie.

Für Spieler dürfte hingegen das Hardware-beschleunigte Echtzeit-Raytracing sein, mit dem Entwickler unter anderem realistischere Spiegelungen und Beleuchtungseffekte einbauen können. Allerdings unterstützt die Grafikeinheit Raytracing nur im Zusammenspiel mit Vulkan 1.3. Technische Details zur Raytracing-Hardware hat Qualcomm zunächst aber nicht verraten – diese dürften im Laufe des Snapdragon Tech Summit 2022 folgen.

Das Spiel Justice gehört zu den ersten, die Raytracing auf Smartphones mit Snapdragon 8 Gen 2 nutzen sollen. Im Vergleich mit der Standardeinstellung (links) fallen vor allem realistischere Spiegelungen und Schatten auf.

Aber nicht nur Qualcomm ermöglicht Raytracing auf Smartphones. Der Anfang November vorgestellte MediaTek Dimensity 9200 unterstützt dies dank der integrierten Grafikeinheit Immortalis G715 von ARM ebenfalls.

Mit Echtzeit-Raytracing soll der Snapdragon 8 Gen 2 eine realistischere Grafik in Spielen ermöglichen. Erste Entwickler haben die Unterstützung bereits angekündigt.

(Bild: Qualcomm)

Eine realistischere Darstellung soll zusätzlich die Unterstützung des Metahumans-Frameworks der Unreal Engine 5 ermöglichen. Welche Entwickler das Framework nutzen werden, kündigte Qualcomm nicht an. Anders hingegen bei Raytracing: Den Angaben zufolge wollen unter anderem Tencent und NetEase Games Gebrauch davon machen. Zusätzlich bietet die Grafikeinheit weitere Neuerungen. So unterstützt die Adreno-GPU nun auch Adaptive HDR und soll dank OLED Aging Compensation Einbrenneffekte bei OLED-Display verhindern. Dahinter verbirgt sich ein Algorithmus, der für eine gleichmäßigere Nutzung der einzelnen Pixel sorgt.

Im Smartphone verbaute Displays steuert die Adreno maximal in 4K-Auflösung mit 60 Bildern pro Sekunde an, alternative in QHD+ mit 144 Bildern pro Sekunde. Für Videos in den Formaten H.265 und VP9 stehen Hardware-Decoder bereit. Mit HLG, HDR10, HDR10+ und Dolby Vision unterstützt die Grafikeinheit die Wiedergabe aller relevanten HDR-Varianten.

Neues gibt es aber auch beim CPU-Part des Smartphone-Chips. Den generellen Aufbau mit drei Leistungsstufen und insgesamt acht Kernen hat Qualcomm vom Snapdragon 8 Gen 1 übernommen, teilweise aber die Anzahl der Kerne pro Stufe verändert.

Es bleibt bei einem Prime-Kern, der allerdings auf dem ARM Cortex-X3 statt wie bislang auf dem Cortex-X2 basiert. Die maximale Taktrate steigt von knapp 3 auf 3,19 GHz. Hinzu kommen nun vier statt wie beim Vorgänger drei Performance-Kerne. Bei zweien handelt es sich um Cortex-A710, bei den beiden anderen um Cortex-A715. Der Grund für diese Mischung: Die Cortex-A715-Kerne bieten keine native 32-Bit-Unterstützung, auf die Qualcomm in der Performance-Stufe aber nicht verzichten möchte. Das Taktlimit steigt von 2,5 auf 2,8 GHz.

Weniger anspruchsvolle Rechenaufgaben übernehmen jetzt drei statt vier Efficiency-Kerne, bei denen es sich um Cortex-A510 Refresh handelt. Dieses erreichen 2 statt 1,8 GHz.

Qualcomm hält beim Snapdragon 8 Gen 2 hält beim CPU-Design an acht Kryo-Kernen fest, nutzt aber neue Modelle und ermöglicht höhere Taktraten.

(Bild: Qualcomm)

In Summe soll die CPU-Leistung um bis zu 35 Prozent höher als beim Snapdragon 8 Gen 1 ausfallen. Die Effizienz will Qualcomm um bis zu 40 Prozent verbessert haben.

Nutzen Sie das Smartphone zusammen mit Kopfhörern für die Wiedergabe von Musik oder Videos, kann Dynamic Spatial Audio eine interessante Neuerung sein. Dabei handelt es sich um Surround-Sound, der aber die Bewegung des Kopfes respektive der Kopfhörer berücksichtigt. Die entsprechenden Berechnungen übernimmt der Snapdragon 8 Gen 2 auf Basis der vom Kopfhörer übermittelten Bewegungsdaten.

Fertigen lässt Qualcomm den Snapdragon 8 Gen 2 von TSMC in 4-Nanometer-Technik. Den Auftrag für die erste Generation des Snapdragon 8 konnte Samsung noch ergattern, aber bereits für dessen optimierte Version Snapdragon 8+ Gen 1 war TSMC verantwortlich. Zu den ersten Herstellern, die Smartphones mit dem Snapdragon 8 Gen 2 auf den Markt bringen wollen, gehören unter anderem Asus, Honor, Sony und Xiaomi.

(pbe)