Atom Z3580 của Intel so găng với Snapdragon 810, Exynos 7420 - Một mình chống ARM

Tại trái tim của mỗi smartphone và tablet, luôn có một bộ vi xử lý được biết đến như một “hệ thống trên một chip” (SoC). Trong đó, mỗi chip chứa cả CPU, GPU và các thành phần khác nhau bao gồm mạch điều khiển bộ nhớ, một bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số DSP và một modem kết nối mạng. Không phải tất cả các SoC đều giống nhau, sự khác biệt giữa các CPU là rất đáng kể, cũng tương tự như vậy là GPU. Một vài chip khác được bổ sung thêm những thành phần phụ trợ khác, bao gồm các bộ đồng xử lý khác nhau, trong khi các thành phần khác chỉ ở mức tối thiểu.

Có rất nhiều nhà sản xuất chip SoC cho hệ điều hành Android trên thế giới, tuy nhiên nếu tính theo thị phần, hiện đang dẫn đầu là Qualcomm và Samsung. Nhà sản xuất chip lớn nhất thế giới vẫn là Intel, tuy nhiên công ty này lại không thành công lắm trên thị trường di động. Nguyên nhân chính là do sự thống trị của kiến trúc ARM trên mảng chip di động. Các công ty như Qualcomm và Samsung sản xuất các chip SoC dựa trên nền kiến trúc ARM, vốn được thiết kế với mục đích tiêu thụ ít điện năng. Trên thực tế, mỗi lõi CPU hay hệ thống GPU theo kiến trúc ARM, được thiết kế để vừa vặn trong một diện tích rất nhỏ của miếng silicon. Kiến trúc ARM không chỉ giới hạn trên Android mà còn là cho hệ điều hành iOS, cũng như các thiết bị di động khác như Windows Phong hay Blackberry.

Tuy nhiên, trên các thiết bị như máy tính để bàn PC và laptop, thì mọi thứ hoàn toàn khác. Trong lãnh địa này, kiến trúc x86 (và x86-64 bit) đã trở thành một tiêu chuẩn cơ bản cho các thiết bị này, với Intel là nhà sản xuất chip dẫn đầu. Intel cũng đang cố gắng thâm nhập vào thị trường cho các thiết bị di động và đã đạt được một số bước tiến, ví dụ như chiếc ASUS Zenfone 2 sửa dụng chip của Intel mà không dựa trên nền ARM.

Với những người quan tâm đến lĩnh vực công nghệ, hẳn sẽ rất quan tâm đến việc so sánh tốc độ cũng như hiệu năng làm việc cho con chip di động của Intel với hai đối thủ Qualcomm và Samsung. Dưới đây là một bảng so sánh cho 3 con chip đại diện cho 3 nhà sản xuất này : Qualcomm Snapdragon 810, Samsung Exynos 7420 và Intel Atom Z3580:

Đặc tính kỹ thuật của mỗi chip

Số lõi trên chip

Hai chíp SoC trên nền ARM trong bảng so sánh trên đều là các bộ xử lý octa-core (8 lõi), sử dụng công nghệ từ ARM gọi là big.LITTLE. Ý tưởng đằng sau big.LITTLE là việc không phải tất cả các lõi đều có tốc độ bằng nhau. Thông thường sẽ là một nhóm các lõi Cortex-A57 và một nhóm các lõi Cortex-A53, trong đó A57 là lõi có hiệu năng cao, trong lõi A53 là lõi có tiết kiệm năng lượng hơn.

Khi các tác vụ được xử lý trên các lõi LITTLE, chúng sẽ tiêu thụ ít năng lượng hơn, ít tốn pin hơn nhưng chậm hơn một chút. Còn khi các tác vụ được xử lý trên các lõi “big”, chúng sẽ chạy nhanh hơn nhưng cũng tiêu tốn nhiều pin hơn. Giải pháp này được gọi là xử lý đa luồng không đồng nhất hay HMP (Heterogeneous Multi-Processing).

Intel không sử dụng giải pháp như HMP, thay vào đó, triết lý của Intel là sử dụng bốn lõi xung nhịp bằng nhau với sự kết hợp giữa hiệu năng và tiết kiệm pin. Kết quả là Intel Atom Z3580 có bốn lõi CPU.

Tuy nhiên, hiện tại số lõi đã thay đổi. Thế hệ CPU tiếp theo của Qualcomm, chip Snapdragon 820, đã quay lại sử dụng bốn lõi, với các thiết kế lõi được tạo ra bởi các kỹ sư của Qualcomm nhiều hơn là sử dụng các thiết kế lõi từ ARM.

GPU

Một phần quan trọng khác của chip SoC là bộ xử lý đồ họa hay còn gọi là GPU. Hiện trên thế giới có ba nhà thiết kế GPU chính trên di động : ARM, Qualcomm và Imagination. Các GPU do ARM thiết kế còn được biết đến với dòng Mali trong đó có Mali-T760, được sử dụng trong GPU của chip Exynos 7420. Trong khi đó, thương hiệu GPU của Qualcomm được đặt tên là Adreno với Adreno 430 được sử dụng cùng với Snapdragon 810.

Người chơi thứ ba trong thị trường GPU di động là Imagination với dòng sản phẩm PowerVR. Imagination hiện đang thu được thành công lớn trong mảng di động với Apple, khi mọi sản phẩm iPhone của Apple từ phiên bản 3GS đến nay đều sử dụng GPU của công ty này. Ngoài ra, với Intel, dòng GPU PowerVR G6430 cũng đang được sử dụng cùng với CPU Atom Z3580.

Rất khó so sánh giữa các GPU này. Cả ba GPU này đều hỗ trợ thư viện đồ họa OpenGL ES3.1, framework RenderScript, đều có khả năng xử lý đến hàng GigaFLOP. Các thử nghiệm thực tế sẽ được thực hiện trên các trò chơi 3D.

Atom Z3580

Hiện tại, không có nhiều smartphone sử dụng bộ  xử lý của Intel, ngoại trừ ASUS Zenfone 2 với bộ xử lý Intel Atom Z3580. Được chế tạo trên quy trình 22nm, Z3580 có bốn lõi và sử dụng GPU PowerVR G6430. Z3580 dựa trên nền vi kiến trúc Silvermont của Intel, được công bố vào ngày 6 tháng Năm 2013. Silvermont là cơ sở của họ 4 chip SoC khác nhau, với Merrifield và Moorefield đều được nhắm đến thị trường smartphone.

Mặc dù vi kiến trúc này đã được giới thiệu vào năm 2013, nhưng mãi đến quý 2 năm 2014, chíp Intel Atom Z3580 mới được ra mắt và phải đến tháng Ba năm 2015, chiếc Asus Zenfone 2 mới xuất hiện. Điều này một mặt cho thấy sự chậm chạp của ngành công nghiệp vi xử lý, nhưng đồng thời cũng cho thấy mức độ ưu tiên của Intel với dòng sản phẩm này so với các sản phẩm khác cho máy tính để bàn, cũng được giới thiệu vào năm 2013.

Snapdragon 810

Bộ xử lý Snapdragon 810 này là dòng chip 64 bit cao cấp nhất Qualcomm đang được sử dụng ở hiện tại. Chip có tổng cộng tám lõi, bốn lõi Cortex-A57 và bốn lõi Cortex-A53. Như đã đề cập ở trên, chip này sử dụng công nghệ big.LITTLE của ARM. Các lõi tiết kiệm năng lượng Cortex-A53 sẽ được sử dụng cho các tác vụ nhẹ và các lõi Cortex-A57 sẽ được kích hoạt khi cần xử lý các tác vụ nặng hơn. Đi kèm với CPU này là GPU Adreno 430, bộ xử lý kỹ thuật số Hexagon V56, và tích hợp modem LTE X10.

Mặc dù là dòng cao cấp nhất của Qualcomm vào thời điểm ra mắt, nhưng tên tuổi của Snapdragon 810 nhanh chóng bị dính “chàm”. Nhiều người cho rằng những câu chuyện về việc quá nhiệt của chip này là một trong những nguyên nhân chính khiến cho Samsung không sử dụng chúng trên dòng Galaxy S6 cũng như Note 5 của mình, mà thay vào đó là dùng toàn bộ bằng chip “cây nhà lá vườn” Exynos 7420.

Mặc dù để mất đơn hàng của một trong những khách hàng lớn nhất của mình, Snapdragon 810 vẫn được một số nhà sản xuất smartphone lớn khác của thế giới như Huawei cho chiếc Nexus 6P, Motorola cho chiếc Moto X Force.

Exynos 7420

Đây là một trong những bộ xử lý phổ biến nhất cho smartphone vào thời điểm hiện tại, chủ yếu nhờ vào hai dòng thiết bị cao cấp của Samsung là Galaxy S6, S6 Edge và Note 5. Do sử dụng cùng công nghệ với Snapdragon 810, Exynos 7420 cũng có bốn lõi Cortex-A57 và bốn lõi Cortex-A53. Nhưng GPU của Exynos 7420 lại là dòng Mali-T760 MP8 của ARM.

Mali-T760 có thể hỗ trợ đến 16 nhân đồ họa, tăng khả năng tiết kiệm năng lượng lên 400% so với GPU Mali-T604. Một trong những nguyên nhân là do các kỹ thuật giảm băng thông được sử dụng trên cấu trúc của Mali-T760, giúp tối thiểu hóa lượng dữ liệu chuyển đổi giữa các nhân và vì vậy, giảm năng lượng tiêu thụ của GPU. Để giảm dữ liệu, ARM sử dụng kỹ thuật nén khung hình đệm FBC (ARM Frame Buffer Compression) khi di chuyển dữ liệu ra vào SoC và kỹ thuật Smart Composition, giúp kết xuất những phần thay đổi của khung hình.

Nhờ quy trình 14nm FinFET nhỏ hơn, Samsung có thể tăng tốc độ xung nhịp CPU lên thêm 200 Mhz và GPU lên thêm 72 Mhz, khi so với Exynos 5433. Đây cũng là chip SoC đầu tiên của Samsung hỗ trợ bộ nhớ LPDDR4, với xung nhịp 1552 Mhz, băng thông cao nhất có thể đạt tới 25,6 GB / giây.

Hiệu năng trên điện thoại :

Để có kết quả chính xác hơn về hiệu năng giữa các chip này, ta có thể so sánh giữa các loại điện thoại sử dụng ba chip SoC trên là Sony Xperia Z5 Compact (dùng Snapdragon 810), Samsung Galaxy Note 5 (dùng chip Exynos 7420), Asus Zenfone 2 (dùng chip Atom Z3580).

Một điều đáng chú ý là Zenfone 2 có nhiều chế độ hiệu năng khác nhau. Vì vậy khi tác giả bài viết lần đầu chạy chương trình benchmark, máy đưa ra thông báo khuyến cáo nên chạy ở chế độ “performance mode” để có kết quả tốt nhất. Kết quả là mọi kết quả benchmark với Zenfone 2 đều được thiết lập ở chế độ hiệu năng cao nhất. Tuy nhiên, với việc hiển thị thông báo khi ứng dụng benchmark bắt đầu, nhưng trước khi bất kỳ bài test nào được thực hiện, nghĩa là hệ điều hành của máy dường như có cài sẵn cơ sở dữ liệu để nhận ra các chương trình benchmark và các trò chơi đòi hỏi hiệu năng cao, cần nhiều hoạt động của CPU. Điều này có thể không phải là quá xấu, nhưng việc hệ điều hành nhận biết được một chương trình benchmark đang chạy cũng có thể sẽ gây ra sai lệch các kết quả kiểm tra.

Ngoài ra, một điều cần lưu ý khi chạy benchmark các điện thoại này là ngay cả độ phân giải cũng ảnh hưởng lớn đến điểm số khi benchmark, vốn bao gồm cả các bài kiểm tra GPU. Cùng một cấu hình CPU, GPU nhưng rõ ràng, CPU điện thoại sẽ phải sử dụng nhiều hơn để tải số lượng pixel lớn hơn của màn hình 2K trên Samsung Galaxy Note 5 so với màn hình Full HD của Asus Zenfone 2.

Các bài kiểm tra hiệu năng

1. AnTuTu

Dù điểm số AnTuTu là một trong những “tiêu chuẩn” chấm điểm để đánh giá các thiết bị Android, vì cho phép kiểm tra cả hiệu năng CPU và GPU, nhưng các điều kiện kiểm tra của chương trình hoàn toàn nhân tạo, vì vậy không hoàn toàn phản ánh đúng thực tế sử dụng điện thoại hàng ngày của bạn. Tuy nhiên, đây vẫn là một thông số tốt để chúng ta có thể đánh giá một cách tổng thể về chip SoC trên thiết bị.

Để có điểm số benchmark chính xác hơn, cả ba chiếc điện thoại đều được tes AnTuTu sau khi khởi động lại hoàn toàn. Sau đó, mỗi thiết bị chạy game 3D Epic Citadel bản demo trong vòng 30 phút (để làm tăng nhiệt độ của chip trên thiết bị) và test lại lần nữa. Dưới đây là kết quả của mỗi thiết bị :

So sánh điểm số AnTuTu, cao hơn là tốt hơn.

Cả hai điểm số AnTuTu đều cho thấy chung một kết quả xếp hạng, Exynos 7420 của Samsung dẫn đầu, tiếp sau là Snapdragon 810 của Qualcomm, đứng cuối cùng và bị bỏ cách một quãng khá xa là Atom Z3580. Như đã nói ở trên, dù điểm số AnTuTu chỉ phản ánh điều kiện nhân tạo khi kiểm tra, thay vì điều kiện sử dụng bình thường hàng ngày, nhưng kết quả này cũng phần nào phản ánh hiệu năng của các chip SoC trên thiết bị.

2. Geekbench

Các điều kiện kiểm tra tương tự như của AnTuTu cũng được thực hiện với phần mềm Geekbench. Máy được test sau khi khởi động lại và test lại lần nữa sau 30 phút chạy game Epic Citadel. Dưới đây là bảng kết quả của bài test này :

So sánh điểm số Geekbench 3 đơn nhân - cao hơn là tốt hơn.

Kết quả bài test đơn nhân cho thấy thứ tự xếp hạng cũng tương tự như bài test với AnTuTu : Exynos 7420 dẫn đầu, theo sau là Snapdragon 810 còn Atom Z3580 tiếp tục bị bỏ lại xa phía sau. Dường như Atom Z3580 chỉ tương đương với lõi Cortex-A53 hoặc với lõi 32 bit trên Snapdragon 810.

So sánh Geekbench 3 nhiều lõi - cao hơn là tốt hơn.

Trong bài test Geekbench với tất cả các lõi chạy đồng thời, điểm số tiếp tục cho thấy hiệu năng của Intel Atom Z3580 kém hơn so với hai chip ARM còn lại. Nhưng có một điểm khá thú vị là, điểm số của chip Atom cao hơn khi thiết bị nóng hơn sau 30 phút chạy game. Do Zenfone 2 có nhiều chế độ hiệu năng khác nhau, nên tác giả bài viết đã thiết lập lại chế độ của thiết bị để kiểm tra điểm số của hai chế độ này :

So sánh hai chế độ hiệu năng trên Zenfone 2, performance mode và normal mode - cao hơn là tốt hơn.

Rõ ràng là chế độ hiệu năng cao, các thông số của SoC được tối ưu để chạy nhanh hơn, nhưng đi kèm với điều đó là pin cũng sẽ hết nhanh hơn.

3. Điều kiện sử dụng thực

Để có điểm số gần với điều kiện sử dụng thực hàng ngày, cả ba chiếc điện thoại này được thử nghiệm trên hai bài kiểm tra. Bài đầu tiên là kiểm tra về thời gian khởi động trò chơi Need for Speed No Limits, và bài thứ hai là điểm số benchmark trên phần mềm Kraken về xử lý Javascript của trình duyệt Chrome trên điện thoại.

Dưới đây là bảng kết quả thời gian khởi động game Need for Speed, kết quả này không chỉ phụ thuộc vào hiệu năng của CPU mà còn tốc độ của cả bộ nhớ lưu trữ trong thiết bị.

Thời gian khởi động game Need for Speed - thấp hơn là tốt hơn.

Đối với Kraken

So sánh điểm số theo Kraken - cao hơn là tốt hơn.

Một lần nữa, bảng xếp hạng cũng xác nhận kết quả tương tự về hiệu năng giữa ba chip SoC này.

4. Các thuật toán Hashes (mảng băm), Bubble sorts (sắp xếp nổi bọt), tables (tính bảng biểu) và primes (sàng số nguyên tố)

Để  có cái nhìn chính xác hơn về chip SoC của mỗi nhà sản xuất, tác giả bài viết đã tự viết một số ứng dụng nhỏ để kiểm tra năng lực CPU của từng chip mà không phải sử dụng đến GPU. Các thuật toán mà tác giả viết ra, như tính toán trong khoảng 10 triệu số nguyên tố đầu tiên hay một bảng tính lớn gấp một triệu lần, đều chỉ dùng đến năng lực tính toán của CPU để cho ra kết quả, thay vì cần đến cả GPU như các chương trình benchmark phổ biến.

Kết quả so sánh về hiệu năng của CPU mà không dùng đến GPU - thấp hơn là tốt hơn.

Đây là một bài kiểm tra mà người chiến thắng lại thuộc về Snapdragon 810 thay vì tiếp tục là Exynos 7420, nhưng đáng buồn là Atom Z3580 vẫn tiếp tục về cuối cùng trong cuộc đua với hai chip SoC còn lại.

5. Mô phỏng giọt nước

Một bài benchmark khác sử dụng đến engine đồ họa 2D để mô phỏng hình ảnh nước được đổ vào một thùng chứa. Mục đích của bài test là nhằm kiểm tra hiệu năng của CPU. Bởi trong khi đồ họa 2D đòi hỏi không nhiều hiệu năng của GPU, thì sự phức tạp của các giọt nước sẽ kiểm tra khả năng thực thi của CPU. Mỗi giọt nước sẽ là một khung hình và ứng dụng được thiết kế để chạy ở tốc độ 60 khung hình mỗi giây. Kết quả benchmark sẽ cho thấy bao nhiêu giọt nước thực sự được xử lý và bao nhiêu bị bỏ qua. Điểm số tối đa là 5400, một điểm số mà Exynos 7420 gần đạt đến. Dưới đây là bảng kết quả đầy đủ :

Bảng điểm so sánh số lượng giọt nước được mô phỏng của ba chip - cao hơn là tốt hơn.

Kết quả điểm số của Exynos còn ấn tượng hơn vì độ phân giải của màn hình Note 5 là 2K thay vì chỉ Full HD như Zenfone 2 hay HD như Xperia Z5 Compact.

6. Thời lượng pin

Hiệu năng mạnh mẽ chỉ là một yếu tố đánh giá chip, vì ngoài ra hiệu quả sử dụng pin giờ cũng là một yếu tố quan trọng không kém. Đặc biệt là ở thời điểm hiện tại, khi sức mạnh bộ xử lý tăng lên nhanh chóng theo định luật Moore nhưng thời lượng và công nghệ pin của thiết bị di động vẫn chỉ như của 20 năm trước.

Việc so sánh thời lượng pin của ba điện thoại trên được thực hiện theo hai cách. Đầu tiên là mỗi điện thoại sẽ chạy game Epic Citadel trong vòng 30 phút sau khi sạc đầy, và đo mức độ sụt giảm pin. Từ đó có thể thời gian chơi game theo lý thuyết. Bài kiểm tra thứ hai là dùng một ứng dụng nhỏ, để lướt qua hàng loạt trang web, mỗi trang sẽ dừng lại một thời gian ngắn, nhằm mô phỏng hành động duyệt web thông thường.

Kết quả cho thấy, cả hai điện thoại Xperia Z5 Compact và Galaxy Note 5 đều cho kết quả tương tự nhau, với khoảng 5 tiếng chơi game 3D và lướt web liên tục trong 10 tiếng. Chiếc Zenfone kém hơn, khi chỉ có 4 tiếng chơi game 3D và lướt web trong 7 tiếng 30 phút.

Tuy nhiên, kết quả này chưa phản ánh đúng thực tế khi kích thước và độ phân giải màn hình của ba thiết bị này đều khác nhau. Màn hình kích thước lớn hơn, độ phân giải cao hơn sẽ ngốn pin hơn. Ngoài ra dung lượng pin cũng không đồng nhất giữa các thiết bị này, trong khi cả Zenfone 2 và Galaxy Note 5 đều có viên pin 3000 mAh thì Z5 Compact chỉ có viên pin 2700 mAh.

Tỷ lệ dung lượng pin với thời gian lướt web - cho thấy một phút lướt web sẽ ngốn bao nhiêu điện năng

- thấp hơn là tốt hơn.

Vì vậy, để có kết quả so sánh sát với thực tế hơn về mức độ tiêu thụ pin của mỗi chip, cần lấy dung lượng pin với thời gian lướt web, ta có được tỷ lệ về lượng điện năng tiêu tốn (lý thuyết) cho mỗi phút lướt web. Kết quả, tỷ lệ này vẫn cho thấy sự sút kém của Zenfone 2, ngay cả với Note 5, dù có độ phân giải màn hình thấp hơn, thời lượng pin tương đương.

Tổng kết

Qua hàng loạt bài kiểm tra trên, có thể thấy sự sút kém của chip Atom Z3580 so với hai chip nền ARM kia. Có lẽ vấn đề lớn nhất của Intel là cố gắng sử dụng cùng một vi cấu trúc của chip cho desktop trên một chip SoC cho di động. Hiệu năng cao, đi kèm với tiết kiệm năng lượng là một vấn đề phức tạp, và dường như ARM đang là chuyên gia trên lĩnh vực này. Trọng tâm của Intel vốn là máy để bàn và máy chủ, nơi người dùng quan tâm nhiều hơn đến hiệu năng, trong khi tiêu thụ điện năng không phải là vấn đề nghiêm trọng như trên di động. Cho đến khi Intel chú tâm hơn vào mảng di động của mình, thì những chiến binh đơn độc của Intel trong thế giới của ARM mới có hy vọng vươn lên đuổi kịp địch thủ.

Theo Androidauthority.com