Zwischen Marktschreierei und Notwendigkeit

MWC 2014: 64-Bit-Rennen bei Smartphones und Tablets

Christian Vilsbeck war viele Jahre lang als Senior Editor bei TecChannel tätig. Der Dipl.-Ing. (FH) der Elektrotechnik, Fachrichtung Mikroelektronik, blickt auf langjährige Erfahrungen im Umgang mit Mikroprozessoren zurück.
Auf dem Mobile World Congress in Barcelona heischen die Hersteller von ARM-Prozessoren nach Aufmerksamkeit durch 64-Bit-Ankündigungen für Smartphones und Tablets. Intel wirbt mit einem fertigen Atom nebst passendem 64-Bit-Android. Doch was bringt 64-Bit in den mobilen Geräten eigentlich?

Apple hat mit iOS 7 und dem iPhone 5s den Ball im September 2013 ins Rollen gebracht. Braucht kein Mensch, und was soll 64-Bit im Smartphone oder Tablet denn schon bringen? Nichts. So oder ähnlich klangen die meisten Kommentare auf Apples doch überraschenden Schritt auf eine 64-Bit-Plattform für seine iOS-Geräte. Doch lange hat es nicht gedauert, bis erste Hersteller der in den Smartphones und Tablets dominierenden ARM-Prozessoren zumindest 64-Bit-Ankündigungen herausposaunten. Am lautesten waren die Posaunen auf dem Mobile World Congress in Barcelona. Kaum einer der etablierten Anbieter mobiler Hardwareplattformen hat Ankündigungen und Vorstellungen von 64-Bit-Prozessoren ausgelassen. Statt Prozessor müsste man eigentlich eher "System on Chip" (SoC) sagen, denn die Chips vereinen neben der CPU noch eine Grafik-Engine und viele Kommunikations-Features wie Bluetooth, WLAN oder LTE. Geht es aber um 64-Bit, so lässt sich das auf den Prozessor im "System on Chip" reduzieren.

Was ist mit 64-Bit möglich?

Gerade bei Smartphones und Tablets stellt sich sofort die Frage, was der Schritt von 32-Bit auf 64-Bit bei einem Betriebssystem nebst passendem Prozessor überhaupt bringt. Zum einen wird natürlich die Grenze des adressierbaren Speichers von maximal 4 GByte überschritten; das Hauptargument für 64-Bit-Computing. Doch andererseits wird beim Umstieg auf 64-Bit auch gerne von mehr Performance gesprochen. In der Theorie ist da sehr viel dran, in der Praxis allerdings weniger.

Idealfall: Android-Anwendungen arbeiten als 64-Bit-Version um bis zu 34 Prozent schneller als im 32-Bit-Modus.
Idealfall: Android-Anwendungen arbeiten als 64-Bit-Version um bis zu 34 Prozent schneller als im 32-Bit-Modus.
Foto: Intel

Zur Erläuterung muss man kurz in das Innere eines Prozessors eintauchen: Neben dem größeren Adressbereich stehen der CPU im 64-Bit-Betrieb breitere Datenregister zur Verfügung. Pro Taktzyklus lässt sich somit die doppelte Datenmenge verarbeiten. Das Ganze hat aber einen Haken, der die Leistung auch nach unten drücken kann: Adresszeiger und Datentypen sind nun 64 Bit breit statt nur 32 Bit. Sie belegen somit doppelt so viel Speicher - effektiv finden dadurch nur noch halb so viele Daten im schnellen Prozessor-Cache Platz. Das bremst die Geschwindigkeit. Dafür erhöht sich bei den meisten CPUs im 64-Bit-Betrieb die Anzahl der allgemeinen Register. Zumindest dies steigert bei angepassten Programmen aber auf jeden Fall die Geschwindigkeit.

Wie viel mehr Performance im Idealfall möglich ist, hat Intel mit Android auf seinem neuen 64-Bit-Smartphone-Prozessor Atom Z3480 gezeigt. Und nein, von Google gibt es noch kein 64-Bit-Android. Aber Intel hat das für ARM-Prozessoren ausgelegte Open-Source-Betriebssystem für die Nutzung der eigenen x86-CPUs portiert. Seit 2012 als 32-Bit-Version verfügbar, hat Intel nun ein 64-Bit-Android 4.4 für x86-CPUs wie den Atom am Start. Der Hersteller hat in eigenen Test herausgefunden, das 64-bittige Android-Apps bis zu 34 Prozent mehr Geschwindigkeit erreichen als die 32-Bit-Version. Hierbei handelt es sich allerdings um ein ideales Szenario, bei den meisten Apps dürfte der Unterschied verschwindend gering sein.

Status quo in Smartphones und Tablets

Was die 4-GB-Grenze bei 32-Bit-Systemen anbelangt, sind die aktuellen Geräte allesamt noch weit davon entfernt. Aktuell sind High-End-Smartphones und die Top-Modelle von Tablets mit 2 bis 3 GByte RAM ausgestattet. Apple spendiert dem iPhone 5s und iPad Air beispielsweise nur 1 GByte RAM. Man kann aber davon ausgehen, dass 2015 bestimmt schon erste Hersteller ihre ARM-basierten Smartphones oder Tablets mit 4 GByte RAM ausstatten werden.

So wird der vorhandene Speicher in den Smartphones und Tablets bereits jetzt relativ schnell ausgereizt. Zum einen arbeiten die Apps durch das Multitasking der Betriebssysteme im Hintergrund weiter; hierfür ist RAM notwendig. Zum anderen nimmt der Speicherhunger moderner Apps zu. Die Programme werden immer aufwendiger und schließen in der Funktionalität zu ihren Desktop-Pendants mehr und mehr auf. Und je mehr RAM den Entwicklern zur Verfügung steht, desto weniger wird auf eine schlanke und effiziente Programmierung geachtet. Man erinnere sich nur an die Entwicklung der Windows-Programme …

Vorsicht ist besser als Nachsicht

Ist jetzt der Schritt auf 64-Bit notwendig? Abgesehen davon, dass es von Google noch überhaupt keine 64-Bit-Android-Version für ARM-Plattformen gibt, reizen aktuelle Geräte auch die 4-GByte-RAM-Grenze noch nicht aus. Doch der Schritt zu 64-Bit lässt sich bei Smartphones und Tablets analog der Entwicklung von PCs vor einigen Jahren sehen. Anfänglich brauchte es kein Mensch, mit der Zeit wurde aber die Speichergrenze überschritten. Es wird wahrscheinlich schneller gehen, als man glaubt, steht erst mal Android als 64-Bit-ARM-Kompilat zur Verfügung. Zum aktuellen Zeitpunkt lässt sich der 64-Bit-Schritt als "Enabling" der neuen Infrastruktur sehen. Peu à peu werden die Hardware und die Software darauf vorbereitet. Und wenn die Apps und Anwendungsszenarien dann in ein, zwei Jahren mehr als 4 GByte RAM brauchen, dann sind die Geräte und das OS längst bereit dafür.

Genau das hat Apple mit dem A7 und iOS 7 gemacht. Schon jetzt wird eine Plattform geschaffen, um in ein paar Jahren nicht in eine Sackgasse zu laufen - oder dann überhastet handeln zu müssen. 64-Bit-Betriebssystem und Prozessoren verstehen sich problemlos mit alten 32-Bit-Anwendungen. Das Beispiel A7 und iOS 7 zeigt dies ebenso wie seit Jahren die 64-Bit-Desktop-Prozessoren in Verbindung mit 64-Bit-Windows. Es gibt auch meist kaum Unterschiede in der Performance, ob die 32-Bit-Anwendung unter einem 32- oder einem 64-Bit-Betriebssystem läuft. Sowohl die Kompatibilität als auch die Geschwindigkeit betreffend können natürlich wie immer Ausnahmen auftreten, aber es sind verschwindend wenige. Es tut somit nicht "weh", schon jetzt alles unter 64-Bit laufen zu lassen.

Siegeszug der Tablets

Es gibt auch noch einen weiteren Aspekt, warum insbesondere Tablets schneller als gedacht 64-Bit-Umgebungen brauchen. Der Markt der PCs und Notebooks stagniert, zunehmend wird die Arbeit mit dem Tablet erledigt - auch in Unternehmen. In Docking-Lösungen mit Tastatur sind problemlos die meisten Aufgaben auch mit einem iPad oder Android-Tablet zu erledigen; insofern es die passenden Apps gibt.

Microsofts Office wird wohl bald für das iPad veröffentlicht werden. Oder man denke an Applikationen wie AutoCAD oder aufwendige Bildbearbeitung auf dem Tablet. Und warum sollten auf den Tablets in Zukunft nicht noch virtuelle Maschinen laufen? Bei vielen Desktop-PCs oder Notebooks ist das schon gang und gäbe. Die notwendige Rechenleistung bieten moderne Tablets mit ihren Multi-Core-Prozessoren wohl problemlos.

Sind größere Bildschirme notwendig, dann wird einfach via Docking ein Desktop-Display an das Smartphone oder Tablet drahtlos angeschlossen - fertig. Was jetzt nicht fehlen darf, ist Arbeitsspeicher. 4 GByte RAM sind viel zu wenig, gerne dürfen es jetzt 8 oder gar mehr Gigabyte sein. Und schon ist 64-Bit mehr als notwendig. (cvi)