Il cervello dietro lo Snapdragon 835

Ogni ultimo millimetro quadrato di spazio all'interno di uno smartphone è stipato dell'elettronica che lo fa funzionare. Tuttavia, i componenti principali - il processore, la memoria, il chip grafico, il modem cellulare - sono compressi in un singolo chip che non è più grande di un normale francobollo.

È una formidabile impresa ingegneristica, il culmine di molti anni di lavoro e progettazione. Come va tutto insieme? Ci è stato concesso un accesso raro al team di ingegneri dietro la piattaforma mobile Qualcomm® Snapdragon™ 835, il più potente sistema su chip (SoC) per smartphone sul mercato, per scoprirlo.

Anni di pianificazione

Con aziende come Samsung che rilasciano importanti nuovi smartphone ogni pochi mesi, potresti pensare che i componenti all'interno passerebbero rapidamente dal tavolo da disegno alla produzione. In effetti, un SoC come lo Snapdragon 835 è pianificato con molti anni di anticipo, molto prima che anche i produttori di telefoni abbiano la prima idea di come saranno i loro smartphone.

“Quello che succede normalmente... è che hai sottosistemi del chip come il modem, la grafica, il video, la memoria ecc. e inizi con molti anni di anticipo", ci ha detto Keith Kressin, Senior Vice President of Product Management di Qualcomm. "Mentre ti avvicini a ciò di cui il mercato ha bisogno, usi o modifichi leggermente quei diversi core e li integri insieme per produrre un chip."

"Non puoi fare nulla in meno di un anno", ha aggiunto Kressin. “Anche se hai i sottosistemi già sviluppati, per metterli tutti insieme, integrarli e fare il software, ci vuole più di un anno. Quindi, sono trascorsi diversi anni da quando inizi a pianificare questi chip.

L'elenco delle aziende che Qualcomm deve consultare e con cui lavorare per produrre anche solo uno di quei piccoli sistemi su chip è scoraggiante. Ci sono, ovviamente, i produttori di smartphone, che in genere iniziano a pensare a cosa includeranno nei loro telefoni con 18 mesi di anticipo, e le reti mobili. Poi ci sono i partner di fabbricazione che producono effettivamente i chip, i produttori di batterie, le aziende che realizzano gli schermi e tutte le altre parti all'interno di un telefono. E senza dimenticare l'enorme elenco di regolatori internazionali che decidono quali porzioni di spettro radio il modem del telefono può utilizzare o quanto calore il dispositivo può emettere.

"Questo è uno sforzo enorme in sé", ha detto Kressin. "Se non lo avessimo, sarebbe molto difficile spedire telefoni in tutto il mondo."

Dibattiti interni

Poi ci sono i team all'interno di Qualcomm, che devono lavorare a stretto contatto e in competizione tra loro. Ognuna di queste diverse parti del SoC ha un team di ingegneri dedicato e stanno tutti gareggiando per rendere la loro parte la migliore possibile. Ma quando hai solo una quantità limitata di carica della batteria con cui lavorare e limiti rigorosi sulla dimensione del chip stesso, qualcuno deve decidere quale parte del SoC avrà la priorità.

"Ogni product manager tecnologico desidera che tutto sia il migliore: la migliore grafica, il miglior video, la latenza più bassa, la migliore potenza, qualunque cosa", ha affermato Kressin. “Ma devi fare dei compromessi pratici. Questo è il compito del responsabile della pianificazione e del project manager, lavorare con i nostri ingegneri principali per fare quei compromessi durante lo sviluppo del chip.

Non che ci sia molto in termini di compromesso con lo Snapdragon 835. La CPU ha otto core, il doppio del numero della generazione precedente; può riprodurre video 4K a 60 fps impeccabili; la sua tecnologia Quick Charge 4 può ripristinare cinque ore di autonomia della batteria in cinque minuti di ricarica; e il modem 4G è ora in grado di scaricare dati a 1 Gbit/sec, il tipo di velocità che persino le connessioni a banda larga in pura fibra faticano a eguagliare. E fa tutto questo in un pacchetto più piccolo rispetto alla generazione precedente, nonostante i telefoni continuino a crescere.

Tenere sotto controllo il potere

Qualcomm non potrebbe permettersi di realizzare chip più grandi e potenti dato che le dimensioni dei telefoni continuano a crescere? No. In primo luogo perché i produttori di cellulari vogliono occupare da soli lo spazio extra, e in secondo luogo perché sono più grandi i chip scaricano la batteria più rapidamente e la durata della batteria è la "priorità numero uno" per i consumatori, secondo Kressin.

Tuttavia, i consumatori richiedono anche funzionalità come gli assistenti vocali che richiedono che i microfoni siano sempre in funzione o la possibilità di utilizzare il proprio smartphone all'interno di cuffie per realtà virtuale. In che modo Qualcomm bilancia le richieste contrastanti di maggiore potenza e migliore durata della batteria? "È necessaria una gestione termica molto fine", ha affermato Kressin, spiegando che Qualcomm stabilisce limiti di potenza rigorosi per ciascuno dei singoli componenti del SoC e per il chip nel suo insieme.

"Il modo in cui stressi termicamente il chip è che stai trasferendo file su 4G, e hai il Wi-Fi in esecuzione e il Bluetooth in esecuzione, e stai giocando a un gioco online, e stai stressando la CPU e la GPU, e c'è l'apprendimento automatico in background ", ha detto Kressin.

“Se tutti i sistemi sono al massimo dinamicamente, allora ci sono meccanismi di strozzamento per assicurarsi che il chip non si surriscaldi. La maggior parte dei dispositivi mobili non ha il raffreddamento attivo. Quindi, ci sono parametri di potenza molto rigorosi su quanto calore può generare il chip e quanto calore può spostarsi sulla superficie di un dispositivo che è spesso vicino alla tua pelle. Dobbiamo assicurarci di rimanere sempre all'interno di quella busta.

Guardando al futuro

Nel frattempo, ovviamente, sono già in corso i lavori sui SoC che saranno negli smartphone nel 2020 e oltre. L'835 si basa su un processo a 10 nanometri – un nanometro è un miliardesimo di metro – e la tabella di marcia mostra che entro il 2020 il processo scenderà a 5 nanometri. Ciò significa che possiamo aspettarci processori ancora più veloci che generano meno calore e consumano meno energia.

"Come ragazzo chip, ci sediamo qui e stiamo pianificando da tre a cinque anni", ha detto Kressin. “In quel lasso di tempo, possiamo continuare a ottenere vantaggi in termini di potenza e dimensioni fisiche attraverso la riduzione del processo individuale. Oltre i cinque anni, è molto più difficile da vedere.

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