Mobile Prozessoren

System on a Chip (SoC) - Prozessoren für unterwegs

Smart­phone-Prozes­soren werden immer schneller und dabei immer spar­samer. Wir zeigen Ihnen die verschie­denen Archi­tekturen die sich hinter ARM, Intel Atom und Co. verbergen.
Von Melanie Spies
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SoC von Qualcomm zwischen Daumen und Zeigefinger gehalten Gerade einmal so groß wie ein Fingernagel: Ein SoC von Qualcomm
Bild: teltarif.de
Wenn es um Geschwin­digkeit und Leis­tung von Smart­phones oder Tablets geht, spricht man oft vom "Prozessor" oder von "der CPU". Ganz so simpel ist es streng­genommen jedoch nicht. Statt einfa­cher Pro­zessoren stecken in modernen Mobil­geräten ganze Systeme, soge­nannte Systems on a Chip (SoC), die sehr viel komplexer sind als ein einzelner Pro­zessor. Aber was genau steckt in einem SoC?

Moderne Smart­phones und Tablets sind im Wesent­lichen kleine Computer. Um so viel­fältige Funk­tionen wie Apps, WLAN, Videos, Musik und Spiele auch auf dem Handy nutzen zu können, benö­tigen die kleinen Alltags­begleiter ganz ähnliche Kompo­nenten wie ihre Desktop-Pendants, das heißt CPU, Arbeits­speicher, Grafik­karte etc. - und das alles auf sehr viel weniger Raum. Denn die Geräte sind nicht nur kleiner, sie benö­tigen auch einen möglichst aus­dauernden - und daher großen - Akku. SoCs leisten genau dies: die wich­tigsten System-Kompo­nenten ver­eint auf einem kleinen Chip.

Was steckt in einem SoC? Die Kompo­nenten im Über­blick

SoC von Qualcomm zwischen Daumen und Zeigefinger gehalten Gerade einmal so groß wie ein Fingernagel: Ein SoC von Qualcomm
Bild: teltarif.de
Um besser zu verstehen, wie ein SoC funk­tio­niert, hilft ein Blick auf die wich­tigsten Kompo­nenten. Beachten Sie aber, dass nicht alle der fol­genden Teile auch in allen SoCs vor­kommen. Die Welt der Ein-Chip-Systeme ist viel­fältig und umfasst zahl­reiche ver­schiedene Her­steller und Ent­wickler mit unter­schied­lichen Produkt­paletten. Im Folgenden werden daher nur einige der wich­tigsten Kompo­nenten genannt:

  • Die CPU
    CPU steht für Central Proces­sing Unit und bezeich­net den Haupt­prozes­sor. Dieser kann einen oder mehrere Kerne bein­halten und steuert alle wich­tigen Geräte-Funk­tionen. Auch Mehr­prozes­sor­systeme sind möglich.
  • Weitere Prozes­soren
    Um die CPU zu entlasten, ent­halten viele SoCs weitere Pro­zes­soren, auf die sich einzelne Befehle und Rechen­vorgänge aus­lagern lassen.
  • Die GPU
    Der Grafik­prozessor (englisch: Graphics Proces­sing Unit) ermög­licht zum Bei­spiel die Anzeige komplexer 3D-Spiele auf dem Tablet oder Smart­phone. Wie bei CPUs auch gibt es viele ver­schiedene GPU-Architek­turen.
  • Spei­cher
    Wie ein Computer benö­tigen auch Smart­phones und Tablets einen Spei­cher, um Programme auszu­führen (Programm­speicher) und Dateien ablegen und bear­beiten zu können (Daten­speicher).
  • Modem
    Manche SoCs verfügen über ein Modem, so zum Bei­spiel der Snap­dragon S4 von Qual­comm mit einge­bautem LTE-Modem. Auch inte­grierte Kompo­nenten für WiFi oder Blue­tooth sind möglich.

CPU-Archi­tektur: ARM vs. Intel x86

Ein-Chip-Systeme
mit ARM-Archi­tektur
Die meisten Smart­phone- und Tablet-CPUs basieren auf der soge­nannten ARM-Archi­tektur, ein beson­ders energie­sparendes Prozessor-Design, das Anfang der acht­ziger Jahre von der briti­schen Computer­firma Acorn vor­ge­stellt und seitdem stetig weiter­entwickelt wurde. ARM selbst stellt keine Chips her, sondern verkauft ledig­lich Lizen­zen an Her­stel­ler, die diese dann für die Ent­wick­lung eigener Chips nutzen. Zu den Kunden der Briten zählen so namhafte Firmen wie Apple, IBM oder Samsung. Eine Über­sicht über die verschie­denen ARM-Modelle finden Sie in unserem Rat­geber zur ARM-Pro­zes­sor-Archi­tektur.

Ein-Chip-System
mit x86-Archi­tektur
Die x86-Archi­tektur ist nach Intels 8086-Pro­zesso­ren-Reihe benannt, die bereits 1978 einge­führt wurde. Da die nach­folgenden Bau­reihen eben­falls auf "86" endeten, wurde x86 zur Bezeich­nung für eine ganze Pro­zesso­ren-Fami­lie, die übri­gens nicht nur von Intel, sondern auch von anderen Her­stellern wie AMD ent­wickelt wird. x86-CPUs saugen mehr Energie als ARM-Pro­zes­soren und sind daher vor allem im Desktop-PC-Bereich zu finden, wo Intel seit langem Markt­führer ist. Im mobilen Sektor sieht es anders aus. Die bisher einzige auf x86-Archi­tektur basie­rende SoC-Reihe ist Intels Atom-Platt­form, die zum Bei­spiel im Asus Zen­Fone 4 verbaut ist.

System-Perfor­mance: Es kommt auch auf die Soft­ware an

OMAP System on a Chip Hochkomplex: Ein OMAP-SoC von Texas Instruments als Diagramm
Bild: Texas Instruments
Wie wir gesehen haben, ist nicht allein die CPU aus­schlag­gebend für Leis­tung und Geschwin­digkeit, sondern das SoC als Ganzes. SoCs sind weit mehr als nur der Haupt­prozes­sor. Neben ihm spielen auch unzäh­lige Sub-Pro­zessoren eine wich­tige Rolle für die Gesamt-Perfor­mance des Systems: Grafik- und Audio-Pro­zesso­ren, Ver- und Ent­schlüs­selungs­ein­hei­ten, gene­relle Hard­ware-Be­schleu­niger - sie alle ent­lasten die CPU und ermög­lichen eine schnel­lere Gesamt-Leis­tung.

Was neben den Hard­ware-Spezi­fika­tionen nicht ver­gessen werden darf: Für die reale Per­for­mance spielt immer auch die Soft­ware eine ent­scheidende Rolle. Bei den angege­benen Zahlen handelt es sich um theore­tische Maximal-Werte, die nur bei perfekter Aus­führung der Soft­ware erreicht werden können. Auch das leis­tungs­stärkste SoC nützt also wenig, wenn die Soft­ware nicht mit­spielt.