Die wenigsten Nutzer wissen, von welchem Hersteller die CPU in ihrem Smartphone ist und welchen Leistungsstand diese hat. Dabei ist der Prozessor des Smartphones mindestens genauso wichtig wie das Gegenstück in Ihrem PC oder Notebook. Fragen Sie PC- oder Notebook-Besitzer, können Ihnen diese meist sagen, ob in ihren Geräten Intel- oder AMD-Prozessoren verbaut sind und um welche Prozessortypen es sich handelt.

Wir wollen mit diesem Artikel Ihr Interesse für Smartphone-CPUs wecken. Sie erfahren mehr über die verschiedenen Prozessortypen, die in den aktuellen Smartphones zu finden sind, und über deren Einsatzgebiete.

Herstellerangaben: Was die einzelnen Werte bedeuten

Wenn Sie sich die Beschreibung eines (noch) aktuellen Smartphones wie des Samsung S10 betrachten, finden Sie für den Prozessor mehrere Informationen: Hersteller, Prozessortyp, Anzahl der Prozessorkerne sowie die CPU-Taktrate. Das Spitzenmodell aus Südkorea besitzt einen hauseigenen Prozessor vom Typ Exynos 9820 mit acht Kernen und einer Taktrate von 2,7 GHz.

Ein Prozessorkern ist eine komplette Einheit mit Rechen- und Steuerwerk, die um weitere Komponenten wie den Cache-Speicher und die Memory Management Unit (MMU) ergänzt wird. Sind in einem Smartphone-Prozessor mehrere Kerne vorhanden, dann werden diese übereinandergestapelt. Bei zwei Kernen spricht man von Dualcore, bei einem Stapel mit vier Kernen entsprechend von einem Quadcore. Die aktuellen Modelle besitzen acht Kerne und werden auch Octacore genannt.

Die Taktrate gibt in diesem Zusammenhang an, mit welcher Frequenz die Kerne die Aufgaben abarbeiten. Acht Kerne können, eine entsprechende Steuerung durch das Betriebssystem oder die App vorausgesetzt, bis zu acht Arbeitsschritte gleichzeitig abarbeiten. Die Hertz-Anzahl des Prozessors gibt an, wie lang eine Taktperiode ist, also die Zeit, die benötigt wird, um einen Arbeitsschritt auszuführen. Bei einem Gigahertz beträgt die Taktperiode eine Nanosekunde, bei acht Kernen können dies dann bei optimaler Parallelisierung achte Befehle je Nanosekunde sein.

Die Taktrate der Smartphone-Prozessoren bewegt sich bei aktuellen Spitzenmodellen zwischen zwei und drei Gigahertz. Eine höhere Taktrate wird derzeit aus zwei wesentlichen Gründen nicht umgesetzt: Zum einen ist der Stromverbrauch zu hoch und senkt damit die Akkulaufzeit. Nicht weniger wichtig ist aber auch die Temperaturentwicklung, die bei höherer Taktrate entsprechend ansteigt. Dies kann im schlimmsten Fall zu Beschädigungen des Smartphones führen.

Wie Sie den Übersichten unten entnehmen können, mischen die Hersteller inzwischen auch die Taktfrequenzen der Kerne: höhere Taktraten für rechenintensivere Aufgaben, niedrigere für einfachere Jobs. Durch diesen Mix erzielen Sie ein optimales Ergebnis und sparen dazu noch wertvolle Akkuleistung ein.

Die Anzahl der Kerne sowie die Taktfrequenz der CPU sind zwar wichtige Leistungsparameter eines Smartphones, sagen am Ende jedoch nur wenig darüber aus, wie schnell das Smartphone bestimmte Aufgaben tatsächlich abarbeitet. Denn darauf haben noch eine Reihe von weiteren Komponenten innerhalb Ihres Smartphones wichtigen Einfluss. Die Gesamtleistung können Sie am zuverlässigsten über einen Benchmark ermitteln. Mehr dazu erfahren Sie im weiteren Verlauf dieses Artikels.

Mehr als eine CPU: Architektur des System-on-a-Chip

Die drei führenden Hersteller Huawei, Samsung und Qualcomm stellen nicht nur den reinen Prozessoren her, sondern ein sogenanntes Ein-Chip-System oder System-on-a-Chip (SoC). Ein solches System beinhaltet neben der CPU noch einen Grafikprozessor (GPU – Graphics Processing Unit), ein LTE-Modem, einen Multimediaprozessor, einen Signalprozessor, Sicherheitsfunktionen, einen Beschleuniger für künstliche Intelligenz (KI) und oftmals auch noch Komponenten, welche die Bluetooth- und WLAN-Funktionen beisteuern. Der Hersteller Qualcomm spricht deswegen auch von einer mobilen Plattform. Das Datenblatt seiner 855+-Plattform benötigt aus diesem Grund auch eine Din-A4-Seite, um alle Funktionen zu beschreiben.

Die Spezifikation zeigt genau, welche Bestandteile in einem solchen System enthalten sind. Interessanter ist natürlich, welche Aufgaben jede einzelne Komponente übernimmt: Neben der CPU, welche die zentralen Rechenoperationen Ihres Smartphones durchführt, besitzen moderne SoCs als weiteren wichtigen Prozessor eine GPU. Diese unterstützt die CPU bei der performanten Darstellung von hochauflösenden Bildern und Animationen. Aufgrund der immer größeren Auflösungen, die von Smartphones und Tablets unterstützt werden, stößt die CPU bei dieser Aufgabe an ihre Grenzen. Daher kommt hier die GPU zum Einsatz, was zu einer Entlastung der CPU und damit in der Regel auch zu einem geringeren Energieverbrauch führt. Die GPU berechnet darüber hinaus noch 3D-Daten für die Bildausgabe und stellt diese mittels Controller auf dem Smartphone- oder Tablet-Display dar. Die Einsatzzwecke sind somit vor allem Spiele, Augmented-Reality- und Virtual-Reality-Anwendungen.

In den aktuellen SoCs sind neben CPU und GPU auch oftmals noch Prozessoren für KI-Anwendungen enthalten. Die Apps, die heute auf einem Smartphone zum Einsatz kommen und sich KI bedienen, benötigen immer eine Internet-Verbindung und eine entsprechende Cloud-Anwendung im Hintergrund. Dies beginnt bei der Sprach- und Bilderkennung, geht über persönliche Assistenten wie Alexa und den Google Assistant und endet bei Sicherheitsfunktionen.

Eine einheitliche Namensgebung hat sich im Bereich der KI-Prozessoren noch nicht durchgesetzt. Huawei nennt diese beispielsweise NPU (Neural Processing Unit). Sie soll im Bereich der Bild- und Spracherkennung bis zu 20-mal schneller sein als CPU und GPU. Anwendungsbereiche sind bereits heute die Erkennung von Objekten mittels Kamera, etwa Google Lens, aber auch beim Einsatz von Motivprogrammen und die daraus abgeleitete optimierte Bildeinstellung. In Apples aktuellem mobilen Prozessor A13 Bionic kommt ein KI-Prozessor zum Einsatz, der beispielsweise Funktionen von FaceID übernimmt, um das Gesicht des Besitzers zuverlässiger zu erkennen. Die Anwendungsmöglichkeiten sind bei allen Herstellern heute allerdings noch sehr eingeschränkt.