Snapdragon X Elite: el ARM para portátiles que competirá con los Apple Silicon en igualdad de arquitectura

Actualizado a: 19 de diciembre de 2023

Los procesadores Qualcomm Snapdragon han dejado una marca significativa en el mundo de la tecnología, extendiendo su presencia más allá de los dispositivos móviles para adentrarse en el ámbito de los portátiles. Pero ahora, gracias al modelo Snapdragon X Elite, tendremos un ARM pensado específicamente para portátiles, con un alto rendimiento, y que será uno de los mejores competidores del Apple Silicon si buscas desarrollar en ARM. Por eso, aquí te vamos a mostrar todos los secretos y claves de este SoC.

Especificaciones técnicas del Snapdragon X Elite

Nodo de fabricación

TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) es uno de los mejores socios que Qualcomm ha podido encontrar, ya que por el momento llevan una ventaja en cuanto a los nodos de fabricación. Por el momento, ha continuado su liderazgo en la vanguardia de la tecnología de fabricación de semiconductores con el desarrollo del nodo de proceso de 4 nm, usado por varias empresas como AMD, NVIDIA, etc. Ahora también los Qualcomm Snapdragon X Elite se verán beneficiados del potencial de este nodo, consiguiendo mejoras considerables en la velocidad de switching de los transistores, por tanto, aumentos de frecuencia como los vistos en este chip, aportando así un chip más adecuado para portátiles que versiones con frecuencias de reloj más bajas como las destinadas a los dispositivos móviles.

Originalmente, el nodo N4 de TSMC, estaba programado para entrar en producción masiva el cuarto trimestre, pero TSMC sorprendió al mundo al anunciar que la producción de prueba del nodo de 4 nm comenzó este 2023, como se ha podido comprobar. Este hito no solo acelera los plazos previstos, sino que también mejora los chips fabricados bajo esta línea de producción.

Concretamente, según las cifras manejadas por la propia TSMC, promete un impresionante aumento del 11% en el rendimiento en comparación con el proceso de 5 nm (N5) y en torno al 6% más eficiente. Esto no solo hará que el Qualcomm Snapdragon X Elite sea más potente, también será más eficiente, algo muy positivo cuando se trata de portátiles que dependen de una batería.

ISA ARMv8-A

La ISA ARMv8-A es un estándar crucial para el diseño de procesadores basados en la arquitectura ARM. Muchos modelos de CPUs han usado este conjunto de instrucciones o arquitectura como base, la gran mayoría para SoCs de dispositivos móviles, pero también algunos casos de chips HPC para servidores y alto rendimiento, e incluso los Apple M1 se basaron en esta misma ISA.

La ISA ARMv8-A utiliza una la arquitectura de 64 bits. Introduce un nuevo conjunto de instrucciones que reemplaza al conjunto de instrucciones de 32 bits utilizado en versiones anteriores. También redefine un conjunto de registros de propósito general y registros de sistema mejorado. Las operaciones de procesamiento de datos incluyen operaciones aritméticas y lógicas, punto flotante, manipulación de bits, conversión de formato y operaciones vectoriales. Todo orientado a acelerar cargas de trabajo actuales.

Como una RISC que es, esta ISA permite simplificar mucho el hardware, permitiendo conseguir escalar más en cuanto a frecuencia de reloj, sin complicadas pipelines. Y, por supuesto, además de las instrucciones básicas, la ISA ARMv8-A incluye extensiones opcionales como cifrado, virtualización, extensión de punto flotante, extensiones SIMD y extensiones de seguridad. Estas extensiones permiten a los diseñadores de procesadores personalizar sus implementaciones según las necesidades específicas.

Microarquitectura Oryon de la CPU del Snapdragon X Elite

Oryon es como Qualcomm ha llamado al sucesor de Kryo. Como sabrás, Kryo era una microarquitectura basada en los núcleos IP de Arm, pero que Qualcomm modificaba para obtener mejores resultados para sus productos. Oryon, por tanto, es algo similar (no del todo se basa en núcleos IP de Arm como comentaré más adelante), solo que es la nueva generación que potenciará a estos chips Snapdragon X Elite y a los futuros lanzamientos de esta familia.

Según los propios datos de Qualcomm, han logrado un enorme rendimiento hasta 2x veces superior a los núcleos x86 de la competencia, y también se ha logrado consumir 1/3 de la batería consumida por la competencia. Si estos datos son reales, significan una mejora muy importante en el rendimiento. Y todo ello gracias al trabajo de Arm, que ha dado la base para esta microarquitectura, sumado a las modificaciones de Qualcomm para los Oryon.

La microarquitectura Oryon de Qualcomm es la columna vertebral del SoC Snapdragon X Elite, un procesador diseñado para portátiles que promete un rendimiento excepcional, así como gran eficiencia. Pero para conseguir este gran salto que Qualcomm ha dado en estos núcleos, no lo ha conseguido de la noche a la mañana, sino que tiene mucho que ver con una adquisición que Qualcomm hizo en el pasado.

Para el que no recuerde de lo que estoy hablando, Qualcomm Incorporated anunció que su subsidiaria, Qualcomm Technologies, Inc., completó la adquisición de la empresa de diseño de CPU y tecnología de primer nivel, NUVIA, por aproximadamente 1.400 millones de dólares antes de ajustes de capital de trabajo y otros.

Antes de la adquisición, NUVIA era una empresa centrada en el diseño de procesadores de alto rendimiento. Su enfoque se basaba en crear productos que combinaran las mejores características de rendimiento de cómputo, eficiencia energética, densidad de cómputo, escalabilidad y coste total, ideales para HPC y servidores. Además, NUVIA tenía una profunda experiencia en el diseño de procesadores de alto rendimiento, sistemas en un chip (SoC) y gestión de energía en cuanto a alto rendimiento, por eso era de tanto interés para Qualcomm.

La adquisición de NUVIA por parte de Qualcomm refuerza la posición de liderazgo de la tecnología Snapdragon de Qualcomm, ofreciendo mejoras significativas en el rendimiento de la CPU y la eficiencia energética para satisfacer las demandas como las que podemos ver en este Snapdragon X Elite, aunque anteriormente ya había habido intentos similares sin demasiado éxito, como los chips 800 Series para portátiles, o como los SQ para Surface que Qualcomm desarrolló junto con Microsoft.

Dicho esto, el Snapdragon X Elite utiliza núcleos Oryon, derivados de Nuvia, que Qualcomm ha incorporado en el SoC, y no de núcleos IP Arm modificados como muchos piensan. Estos núcleos son personalizados y ofrecen un rendimiento impresionante. Aunque no conocemosde masiados detalles, el impulso de todos los núcleos alcanza los 3,8 GHz, y en el modo Turbo se puede llegar hasta los 4,3 GHz, pero esta frecuencia solo se alcanzará en dos de sus 12 núcleos.

Y, aunque carecen de SMT, como otros diseños como los de Intel y AMD, la verdad es que 12 hilos para un portátil no está nada mal, ya que podrá ejecutar 1 thread por cada núcleo físico presente. En cuanto a la memoria caché, tampoco se conocen muchos detalles, pero la L2 llega hasta los 42 MB en total para los 12 núcleos.

GPU Adreno SD X Elite

Y de una adquisición nos vamos a otra, ya que Qualcomm compró hace años la división de gráficas para dispositivos móviles de ATI/AMD, cuyo resultado son las GPU Adreno, unas de las de mayor rendimiento dentro del ámbito de los Arm. Antes de ser conocidas como Adreno, estas GPUs eran parte de la división móvil de ATI Technologies. En 2006, ATI adquirió a BitBoys, una empresa que ya estaba trabajando en tecnología de GPU de bajo consumo llamada Imageon. Qualcomm y ATI se unieron para diseñar las primeras GPUs Adreno alrededor de 2006, combinando la arquitectura de GPU preexistente de Qualcomm (llamada QShader) con la tecnología de ATI. En 2008, justo antes de que la división móvil de AMD (que incluía Imageon) fuera vendida a Qualcomm por 65 millones de dólares, las GPUs remarcarían esta GPU como Adreno.

La colaboración continuó y resultó en el desarrollo de la Adreno 200, originalmente llamada AMD Z430. La Adreno 200 se basó en una variante móvil de la arquitectura R400, que también se utilizó en la GPU Xenos de la consola de videojuegos Xbox 360. En enero de 2009, AMD vendió toda su división de gráficos para dispositivos móviles (Imageon) a Qualcomm. Desde entonces, las GPUs Adreno han evolucionado significativamente, pasando por varias generaciones (como la serie Adreno 100). Qualcomm ha continuado desarrollando y mejorando estas GPUs, integrándolas en sus SoCs Snapdragon. Aunque las GPUs Adreno se basan en la arquitectura ARM, las optimizaciones específicas de Qualcomm las han convertido en competidores formidables.

Y, entre los resultados obtenidos, hemos visto que la Adreno SD X Elite, ha logrado conseguir una tasa de FPS en resoluciones 1440p para el videojuego Control que superan a las GPUs integradas del Intel Core i-13700H, y el Apple M2, lo cual es muy positivo. Están prácticamente al nivel del AMD Ryzen 7840HS, que solo está 2 FPS por debajo con el mismo TDP.

Asimismo, esta GPU Adreno SD X Elite tiene una potencia de 4.6 TFLOPS en FP32, lo que es un dato más que considerable. Esto, para que te hagas una idea, tiene un rendimiento similar a una NVIDIA GeForce RTX A1000 Mobile o una NVIDIA GeForce RXT 3000 Max Q, que son GPUs dedicadas, por lo que no está nada mal para una iGPU como esta. Por tanto, este SoC te permitirá jugar con algunos títulos no demasiado exigentes sin problemas.

La nueva Adreno SD X Elite también es compatible con las APIs gráficas OpenGL y Microsoft DirectX 12.2. Además, aunque no sabemos las unidades shaders que posee, sí que se sabe que funciona a 1 Ghz.

Los procesadores con gráficos integrados Adreno de última generación, también incluyen aceleradores o motores para ciertos codecs, por lo que pueden procesar más rápido usando estos códecs de video, algo vital para los streamers, y para los que trabajan con edición de vídeo, reproducción multimedia, etc. Los códecs soportados incluyen h265 / HEVC (8 bit) para decodificar y codificar, h265 / HEVC (10 bit) para decodificar y codificar, h264 para decodificar y codificar, VP8 para decodificar, VP9 para decodificar, AV1 para decodificar y codificar, AVC para decodificar y codificar, VC-1 para decodificar y codificar, y JPEG para decodificar y codificar. Como ves, también soporta AV1, uno muy importante y que también han incorporado las últimas generaciones de NVIDIA GeForce, AMD Radeon e Intel Arc.

NPU/DSP Hexagon

Por otro lado está el DSP/NPU del SoC, que en este caso promete hasta 45 TOPs en INT8, es decir, en procesamiento de enteros de 8-bit, es decir, los TOPs (siglas de Trillones de Operaciones por Segundo, en inglés Trillions of Operations Per Second) son una medida utilizada para cuantificar la capacidad de procesamiento en cargas referentes a la IA. Además, Qualcomm afirma que en IA podrá conseguir hasta 4.5x veces más rendimiento que sus competidores, lo cual sería un salto bestial.

Aquí me gustaría hacer un inciso importante. Hasta no hace mucho, la unidad Hexagon de Qualcomm integrada en sus SoCs, se usaba como un DSP (Digital Signal Processor), dedicado al procesamiento de señal digital. Sin embargo, ahora se ha convertido también en una NPU, para acelerar cargas de IA como también lo hacen los SoCs de Intel, AMD, Apple, etc., dado que cada vez es más importante este tipo de cargas de trabajo.

Para los más despistados que no saben aún qué es una NPU (Neural Processing Unit), decir que es una unidad especializada diseñada para acelerar y optimizar operaciones relacionadas con la IA. A diferencia de la CPU y la GPU, la NPU se enfoca específicamente en tareas de aprendizaje automático, reconocimiento de patrones y otras operaciones neurales. Su objetivo principal es procesar cálculos matemáticos complejos de manera eficiente y rápida. Por ello, sus unidades de ejecución están más especializadas en cálculo de baja precisión, que es lo que más se demanda en estos casos. La NPU recibe instrucciones de la CPU que requieren el uso de IA. Estas instrucciones pueden variar según el usuario y la aplicación. La NPU resuelve tareas como reconocimiento de voz, traducción automática, filtrado de imágenes, reconocimiento facial y más. Su diseño se centra en velocidad y eficiencia energética, superando a las CPU y GPU en estas áreas. Para adaptar el DSP a este tipo de cargas, lo que ha hecho Qualcomm es conseguir agregar las capacidades de multiplicaciones de matrices para este tipo de datos de baja precisión en este Snapdragon X Elite.

Hexagon es un procesador VLIW de cuatro instrucciones de ancho con capacidades especializadas de procesamiento de señales. Utiliza SMT para aprovechar el paralelismo a nivel de hilo y ocultar la latencia. Hexagon emplea un modelo de coprocesador para sus unidades vectoriales y tensoriales, proporcionando un enorme rendimiento por ciclo. Soporta memoria virtual y almacenamiento en caché, ejecuta código C compilado y presenta un modelo de ejecución que permite tuberías de ejecución profundas.

Hexagon tiene SMT de 6 vías, y cada hilo Hexagon obtiene un contexto escalar por defecto, solicitando acceso para utilizar las unidades vectoriales o tensoriales. Implementa una predicción de ramificación y un predictor de dirección, incluso teniendo en cuenta eventos de rendimiento para hitos de BTB y pila de retorno.

En la fase de recuperación y decodificación, Hexagon extrae un paquete VLIW de 128-bit de la caché de instrucciones. Cada paquete VLIW contiene hasta cuatro instrucciones. La unidad escalar de 32-bit maneja tareas ligeras de DSP por sí misma y puede completar hasta cuatro instrucciones por ciclo. Las operaciones de memoria del lado escalar se gestionan mediante una caché L1 dedicada. Los errores de L1 son manejados por una caché L2, cuyo tamaño no se especifica, pero versiones anteriores usaron un L2 de 256 KB o 512 KB.

Para ejecución vectorial (HVX), Hexagon tiene extensiones vectoriales que ofrecen registros vectoriales de 1024-bit y un conjunto de pipelines de ejecución. HVX tiene acceso a un TCM de 8 MB junto con el L2 como su primera caché. Se utiliza un coprocesador tensorial para multiplicación de matrices, con capacidades de miles de operaciones de acumulación por ciclo.

Hexagon proporciona unidades escalares, vectoriales y tensoriales para tareas que van desde la reproducción de audio hasta el procesamiento de imágenes y aprendizaje automático. Sin embargo, la programación de Hexagon es notoriamente difícil y requiere conocimientos específicos de la arquitectura.

ISP Spectra

Por otro lado, junto con la CPU, GPU y NPU, también se integra en el SoC de portátiles Snapdragon X Elite una unidad denominada ISP, y cuya marca es Spectra. La ISP Spectra de este modelo puede soportar hasta 64 MP con una sola cámara o 36 MP en modo dual. Dado que hablamos de portátiles, y salvo que sean convertibles o 2 en 1, éstos tendrán solo una webcam integrada, por lo que se conseguirán calidades muy elevadas de imagen y vídeo.

Una IPU (Image Processing Unit) o ISP (Image Singal Processor), es un tipo de procesador de medios basado en DSP, pero especializadoy utilizado para el procesamiento de imágenes en cámaras digitales. Los procesadores de imágenes a menudo emplean cómputo paralelo, incluso con tecnologías SIMD o MIMD, para aumentar la velocidad y eficiencia. El motor de procesamiento de imágenes digitales puede realizar una variedad de tareas aplicadas a la imagen de estas cámaras. Son esenciales para los dispositivos móviles, con cármas integradas, pero también para los portátiles con webcam.

Otros detalles

Además de todo lo anterior, también hay que destacar que este SoC Qualcomm Snapdragon X Elite viene con soporte para memoria LPDDR5X de hasta 8 canales (16-bit) y con frecuencias máximas de 4267 Mhz, lo que supone un ancho de banda de 136 GB/s. Eso sí, no soporta ECC, y la capacidad máxima es de 64 GB, más que suficiente para un portátil así, aunque veremos si la terminan integrando en la placa base, sin posibilidad de cambio.

Por otro lado, también incluye un modem Qualcomm X65 integrado, por lo que estos portátiles con Snapdragon X Elite podrán contar también con datos móviles con una tarjeta SIM con soporte para LTE 5G, con descargas de hasta 10 Gb/s y subidas de hasta 3.5 Gb/s. Por lo que podrás navegar a muy alta velocidad.

Por supuesto, también incluye conectividad WiFi 7 gracias a su FastConnect 7800, además de soportar Bluetooth 5.4. Esta WiFi 7 promete mejoras considerables frente a la WiFi 6 y 6E, y en el caso de esta WiFi IEEE 802.11 be, tiene 2×2 (MU-MIMO) de hasta 3.6 Gb/s.

Y por si eso fuese poco, también cuenta con soporte para geolocalización GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo, QZSSS, SBAS, y también para puertos USB4. En cuanto al soporte para almacenamiento, tenemos soporte para eMMC integrada de tipo UFS 4.0 y también para unidades SSD NVMe basadas en PCIe 4.0.

Sistemas operativos soportados

Si te estás preguntando por los sistemas operativos soportados, hay que destacar que estos portátiles con Snapdragon X ELite podrán funcionar tanto en sistemas operativos Microsoft Windows 10 y Windows 11 como también en GNU/Linux. De momento estos, aunque no es de extrañar que en un futuro veamos algunos otros agregados a la lista.

Por tanto, contaremos con gran cantidad de software disponible, ya que estos sistemas admiten un buen número de paquetes de software compilados para ARM. Y eso también incluye videojuegos…

Benchmarks: bancos de prueba de rendimiento

En cuanto a las pruebas de rendimiento, los benchmarks han hablado, como he comentado anteriormente en algunos casos. Pero si quieres más información, decir que la GPU de este procesador ha superado con creces al iGPU del Intel Core i7-13800H basada en Xe, doblando su rendimiento y con un 74% menos de consumo energético.

Por otro lado, otra de las gráficas mostradas por Qualcomm en la presentación del Snapdragon X Elite hace referencia al rendimiento de la CPU, en este caso Oryon consigue hasta el doble de rendimiento/potencia que la competencia y un 68% menos de consumo si se compara con los Intel Core de 13ª Generación.

Además del rendimiento, el Snapdragon X Elite también está diseñado para ofrecer una gran duración de la batería en los portátiles. Y si Apple está presumiendo de autonomía en horas, Qualcomm asegura que este chip puede ofrecer hasta 24 horas de reproducción de vídeo ininterrumpida con una sola carga. No obstante, veremos en la práctica cuántas horas dura la batería en cargas mixtas cotidianas. Eso sí, esto también dependerá de la capacidad de cada batería, según el modelo de portátil…

Para más detalles, en Cinebench 2024, en rendimiento single-core, se ha conseguido posicionar el Qualcomm Snapdragon X Elite a 132 puntos, lo que lo sitúa entre los 134 puntos del Intel Core i9-13900KS y el Intel Core i7-14700KF con 131 puntos. Mientras que en esta misma benchmarks en multi-core, se ha conseguido una marca de 1220, frente a los 1189 del AMD Ryzen 9 5900X y los 1265 del Intel Core i7-13850HX.

En cuanto al rendimiento de su NPU, para IA y ML, por el momento, ninguno logra ganar al Snapdragon X Elite, que se coloca con esos 45 TOPs por encima incluso del Apple M3 MAX con 35 TOPs.

En cuanto al rendimiento gráfico de la GPU, se ha probado con FP32 y se ha conseguido posicionar el Qualcomm Snapdragon X Elite con 4600 puntos, por encima del Apple M1 Pro y muy próximo a éste, y justo por debajo de la iGPU Intel Iris Xe 8 integrada en los Intel Core Ultra 9 185H, que consiguen 4658. Así que ojo con este buen resultado, ya que esto también lo deja por encima de los 4357 puntos del AMD Ryzen 9 8945HS que integra una AMD Radeon 780M @ 2,80 GHz.

Fabricantes de portátiles que usarán el Snapdragon X Elite

Ya ha habido varios fabricantes de portátiles que se han interesado por el Snapdragon X Elite de Qualcomm. Y los modelos que veremos irán desde ultraportátiles, hasta convertibles o 2 en 1. Mientras que las marcas que se conocen por ahora son Acer, ASUS, HP, Lenovo, Microsoft para sus Surface y también Samsung.

Fecha de lanzamiento y problemas a los que se enfrenta el Snapdragon X Elite

Se espera que las unidades estén disponibles para mediados de 2024. Es decir, que hasta dentro de unos meses no saldrán. Esto es uno de los mayores problemas del Snapdragon X Elite, ya que esta espera puede hacer que sus competidores saquen nuevos diseños que superen a estas buenas espectativas. Y por tanto, cuando realmente esté al alcance de todo el público se vea superado por la competencia, quedando «obsoleto».