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Samsung Exynos 2100: 5-nm-SoC kommt mit ARM Cortex‑X1 und AV1‑Decoder

Jan 12, 2021

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Samsung Semiconductor hat mit dem Exynos 2100 den Nachfolger des im Galaxy S20 und Note 20 verbauten Exynos 990 vorgestellt. Das neue System-on-a-Chip kommt wie der Snapdragon 888 aus der 5LPP-EUV-Fertigung von Samsung Foundry. Eigene CPU-Designs gibt es nicht mehr, stattdessen kommt der ARM Cortex-X1 zum Einsatz.

„Exynos is back“ lautete das Motto zur Ankündigung des neuen Exynos 2100, was als Anspielung an das eher negative Feedback rund um den Exynos 990 zu verstehen ist. Das letzte eigene SoC gilt als unterlegen im Vergleich zum Snapdragon 865, den Samsung alternativ, etwa in den USA und Korea, im Galaxy S20 verbaut, und zum noch etwas schnelleren Snapdragon 865 Plus, der im Galaxy Note 20 zum Einsatz kommt, während hierzulande erneut auf den unveränderten Exynos 990 gesetzt wurde.

Cortex-X1 statt eigenes CPU-Design

Nachdem Samsung seit dem 2016 vorgestellten Exynos 8890 und dessen Exynos M1 alias Mongoose auf eigens designte CPU-Kerne eines Teams aus Austin, Texas vertraut hatte, die nach dessen Auflösung mit dem Exynos M5 alias Lion ihr Finale im Exynos 990 fanden, setzt Samsung dieses Jahr auf Stangenware von ARM, wenngleich nicht vollständig.

Die CPU des Exynos 2100 nutzt einen Octa-Core-Aufbau mit insgesamt acht Kernen, die in drei Cluster unterteilt sind. Eine besondere hohe Single-Core-Leistung soll der ARM Cortex-X1 mit 2,9 GHz liefern. Dieser Core ist im Rahmen des ARM Cortex-X-Custom-(CXC)-Programms eine neue Semi-Custom-Option für SoC-Anbieter, um einen besonders leistungsstarken Prime-Core ohne größeren eigenen Entwicklungsaufwand, damit geringeren Kosten und mit größerer Unterscheidung zum normalen Cortex-A78 anzubieten, anstatt diesen einfach nur mit mehr Takt und Cache auszustatten. Details zum Cortex-X1 finden sich in der Ankündigung von ARM sowie in der Detailbetrachtung des Qualcomm Snapdragon 888, der den Cortex-X1 ebenfalls als Prime-Core nutzt.

Höhere Taktraten als bei Qualcomm

Dem Prime-Core stellt Samsung drei Cortex-A78 zur Seite, die einen Maximaltakt von 2,8 GHz erreichen. Nachdem Samsung den Cortex-X1 60 MHz höher als im Snapdragon 888 takten lässt, beläuft sich das Plus beim Cortex-A78 auf deutliche 400 MHz. Auch die vier Efficiency-Cores in Form des Cortex-A55 takten mit bis zu 2,2 GHz exakt 400 MHz höher als bei Qualcomms Lösung. Für die CPU gibt Samsung einen Leistungszuwachs von 19 Prozent für Single-Core- und 33 Prozent für Multi-Core-Anwendungen an.

Nur noch LPDDR5 und UFS 3.1

Der Exynos 2100 ist erneut ein reines LPDDR5-SoC, da Samsung anders als Qualcomm nur ein Speicherinterface für einen Standard integriert. Beim Snapdragon 888 können OEMs wahlweise noch LPDDR4X verbauen, was bei Samsung nicht möglich ist. Nutzerspeicher akzeptiert der Exynos 2100 ausschließlich in Form von schnellem UFS 3.1.

Mali-G78 MP14 ist 40 Prozent schneller

Neues von ARM kommt auch bei der GPU zum Einsatz, was aber auch bedeutet, dass die Partnerschaft mit AMD für Radeon-Grafikeinheiten in Smartphone-Prozessoren zumindest mit diesem SoC noch keine Früchte trägt. Samsung hat zum Abschluss der Vorstellung des Exynos 2100 aber angekündigt, dass das nächste Flagschiff-Produkt der Exynos-Familie eine AMD-RDNA-GPU nutzen wird. Samsung vertraut im Exynos 2100 auf ARM und die Mali-G78 MP14, nachdem im Exynos 990 die Mali-G77 MP11 verbaut wurde. Samsung wechselt demnach nicht nur zu einer neuen, schnelleren Grafikeinheit, sondern auch mehr Clustern, sodass der Leistungszuwachs unterm Strich bei über 40 Prozent liegen soll.

AMIGO soll unter Dauerlast für Balance sorgen

Vor allem bei intensiven Grafikanwendungen wie Spielen soll AMIGO, abgekürzt für Advanced Multi-IP Governor, den Stromverbrauch von CPU und GPU sowie weiteren Prozessen, deshalb die Bezeichnung Multi-IP, in Balance halten. Einem Schaubild von Samsung zufolge sorgt AMIGO für eine Optimierung der an den Treiber für Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) geschickten Befehle für Spannung und Takt. Eine Erläuterung der Technologie im Detail steht seitens Samsung aber noch aus. Beim Exynos 990 wurde bemängelt, dass dieser nicht nur langsamer, sondern auch ineffizienter als der Snapdragon 865 sei. Zur gesteigerten Effizienz des Exynos 2100 soll auch der neue 5LPP-Prozess beitragen, den auch Qualcomm für den Snapdragon 888 nutzt. Alleine auf das Konto des neuen Fertigungsprozesses sollen 10 Prozent mehr Leistung und ein um 20 Prozent reduzierter Energiebedarf im Vergleich zu 7LPP gehen.

Integriertes Multi-Mode-Modem für 2G bis 5G

Um den Gesamtverbrauch zu reduzieren, ist auch förderlich, dass Samsung nun auch bei einem High-End-SoC erstmals das Baseband neben dem AP (Application Processor) direkt in das SoC integriert, sodass kein zweiter Chip mehr für das Modem verbaut werden muss. Das integrierte, noch namenlose Multi-Mode-Modem, deckt alle Mobilfunkstandards von 2G bis 5G ab und unterstützt beim neuesten Standard beide Frequenzbereiche unter 6 GHz und im mmWave-Spektrum. Über mmWave seien bis zu 7,35 Gbit/s, über Sub-6-GHz bis zu 5,1 Gbit/s und über LTE bis zu 3 Gbit/s im Downlink möglich, erklärt Samsung. Der Uplink kommt auf 3,67 Gbit/s, 1,92 Gbit/s un 422 Mbit/s.

ISP decodiert AV1

Im Bereich des Bildprozessors (ISP) ist Samsung der erste Anbieter eines Decoders für AV1. Der besonders effiziente und dennoch qualitativ hochwertige Codec der Alliance for Open Media (AOMedia) wird bis zu 8K mit 30 FPS bei 10 Bit für das Decoding, also die Wiedergabe unterstützt. Dasselbe ist dem Datenblatt zufolge mit VP9 möglich. Der ISP unterstützt aber auch 8K mit 60 FPS bei 10 Bit, wobei dann HEVC zum Einsatz kommt. Für das Encoding nennt Samsung bis zu 8K mit 60 FPS bei 10 Bit unter Verwendung von HEVC oder VP9. Einzelne Kameras kann der ISP mit einer Auflösung mit 200 Megapixel ansprechen. Insgesamt betrachtet können bis zu sechs Kameras angebunden werden, wobei sich die Daten von bis zu vier Kameras parallel auslesen und verarbeiten lassen.

KI-Leistung mit 26 TOPS auf Qualcomms Niveau

Ein weiterer Eckpfeiler des Exynos 2100 ist KI-Leistung, die unter anderem bei der Echtzeit-Optimierung von Fotos zum Einsatz kommt. Nach 1,9 TOPS im Exynos 9820 und 9825 sowie 15 TOPS im Exynos 990 gibt Samsung für die Triple-NPU (Neural Processing Unit) des Exynos 2100 jetzt 26 TOPS an. Das ist exakt dieselbe Angabe die Qualcomm für den Snapdragon 888 macht, wobei Qualcomm keine dedizierte NPU nutzt, sondern die KI-Aufgaben über das gesamte SoC mit CPU, GPU und DSP verteilt. In einem gewissen Maße dürfte dies aber auch bei Samsung der Fall sein.

Einsatz im europäischen und koreanischen Galaxy S21

Laut Samsung befindet sich der Exynos 2100 in der Massenproduktion, wobei keine Angaben zu Abnehmern des Chips gemacht werden. Es ist aber mehr als ein offenes Geheimnis, dass der Prozessor übermorgen in der Galaxy-S21-Serie seine Premiere feiern wird. Nach aktuellen Gerüchten soll der Exynos 2100 in Europa und auch wieder in Korea im Galaxy S21 stecken, nachdem letztes Jahr selbst Samsungs Heimatland auf den Snapdragon 865 setzte. Exynos ist somit tatsächlich wieder „back“. In den USA wird das Galaxy S21 voraussichtlich mit Snapdragon 888 auf den Markt kommen.