Итоги 2020 года. Технологии и разработки, которые изменили наши устройства – ключевые события

Привет.

Продолжаем вместе подводить итоги 2020 года, у нас уже вышло несколько материалов на эту тему, ознакомьтесь с ними.

В этой статье постараемся очертить технологии, которые стали доступными в коммерческих устройствах, изменили наши представления о комфорте использования электроники. Обсуждая этот материал с друзьями, когда только родилась его идея, наткнулся на эмоциональное восприятие: “Да что тут говорить, почти ничего не меняется, изменения мизерные и не заслуживают внимания, о чем ты будешь писать?”. В ответ попросил загибать пальцы и начал перечислять то, что можно считать важным для рынка и развития электроники в будущем году, в какой-то момент просто остановился. Если для конкретных коммерческих продуктов пандемия сыграла негативную роль, так как стояли заводы, возник дефицит компонентов, то с технологиями все было ровно наоборот, цикл инвестиций и разработок настолько длинный, что влияние пандемии нивелировалось, и мы не почувствовали влияния этого фактора. Для удобства разобью текст на небольшие главки, так как тут это уместно, будем обсуждать каждую разработку отдельно.

Содержание

1. Техпроцесс 5 нм и первые процессоры от Apple, Qualcomm, Samsung
2. Компьютеры на ARM-процессорах, линейка MacBook от Apple
3. AI-алгоритмы, тензорные и скалярные вычисления
4. Гибкие экраны смартфонов – от эксперимента к массовым продуктам
5. Дисплеи с высокой частотой обновления – 120 Гц как массовый продукт
6. Телевизор превращают в центр умного дома и компьютер
7. Новые модули для камер – 108 мегапикселей
8. Другие технологии – 5G, Wi-Fi 6E, быстрая зарядка и не только

Техпроцесс 5 нм и первые процессоры от Apple, Qualcomm, Samsung

Мы привыкли к тому, что улучшение технологического процесса для процессоров приносит выигрыш в нескольких аспектах – скорость работы, меньшее потребление энергии, меньший нагрев при росте тактовой частоты быстрых ядер. Этот путь развития позволяет сохранять архитектуру процессоров плюс-минус неизменной и добиваться роста других характеристик. Понятно, что никто не оставляет архитектуру неизменной, она также видоизменяется, переходят к другой компоновке ядер, иным программным и аппаратным решениям. Но не будь даже этого, улучшение характеристик процессоров при переходе от 10 нм к 7 нм или от 7 нм к 5 нм было бы заметным.

Переход к техпроцессу 7 нм случился в 2018 году, в конце года появились решения от Apple, Huawei, позднее от Samsung. В 2020 году производители переходят на техпроцесс 5 нм, первым стал процессор от Apple A14 Bionic. Из гонки временно выбывает HiSilicon от Huawei, их процессор на 5 нм готов, но компания из-за американских санкций не может его производить. В Samsung привычно не торопятся, также как Qualcomm предлагает свои решения (Snapdragon 888 как первый процессор с таким техпроцессом) в первом квартале 2021 года.

Выигрыш от перехода на 5 нм очевиден, устройства работают дольше при том же или меньшем размере батареи, что весьма условно для потребителя, так как в рассмотрение нужно брать всю совокупность характеристик. Для производителей разработка процессоров под новый техпроцесс влетает в копеечку. Посмотрите на табличку от IBS, она наглядно показывает, насколько все стало затратным.

Поэтому ждать, что процессоры, выполненные по этой технологической норме, станут доступными в массовом сегменте, невозможно, туда только-только приходят процессоры на 7 нм, и то это модели среднего ценового сегмента. С внедрением 5 нм для массового рынка ровно та же проблема, производство должно развиваться постепенно, оборудование должно окупаться, и этот срок будет больше в 1.5 раза как минимум по сравнению с 7 нм.

В технологической гонке следующая остановка – 3 нм, на этот техпроцесс ориентируются все основные игроки. В Intel планируют запустить фабрики с 3 нм только в 2025 году, а вот TSMC начнет массово их производить в 2023 году. В Samsung планируют начиная с конца 2021 года производить 3 нм (также есть 4 нм). Гонка продолжается на всех парах, и результаты будут интересны для нас, так как в зависимости от готовности техпроцесса на 3 нм та или иная компания сможет вырваться вперед и показать в своих процессорах рост производительности в синтетических тестах. Для части покупателей это важно, так как они сравнивают не реальную производительность в задачах, где задействованы все подсистемы устройств, а виртуальных попугаев.

В Qualcomm с большой долей вероятности перейдут на 3 нм от Samsung в 2022 году, чтобы сохранить скорость развития своих чипсетов. В 2020 году одним из ярких событий на рынке смартфонов стала PR-кампания против процессоров Exynos от Samsung, в которой их называли медленными, плохими и нестабильными в сравнении с решениями от Qualcomm. Множество статей, роликов, в которых это “доказывали”, подгоняя результат под необходимый. К середине года случился апофеоз кампании, когда со ссылкой на таинственные источники утверждалось, что в Samsung закрыли R&D-центр, что занимается процессорами, в будущем Exynos не будет, так как он настолько плох и компания это признает. На деле все обстоит с точностью до наоборот, в Samsung инвестируют миллиарды долларов в это направление, строят новые заводы, активно продают Exynos другим производителям, в первую очередь китайским компаниям.

Компьютеры на ARM-процессорах, линейка MacBook от Apple

Процессор – это сердце любого устройства, а британская компания ARM разрабатывает одноименную архитектуру, она используется в совершенно разных устройствах – телефонах и смартфонах, планшетах, часах и теперь компьютерах. В рамках торговой войны США хотели приобрести ARM, но дело забуксовало, так как никто в мире не хочет, чтобы одна страна контролировала ключевые технологии, это угроза для всех.

Связка Wintel (Windows и Intel-процессоры х86) оказалась под угрозой еще несколько лет назад, когда Microsoft начала активно разрабатывать Windows for ARM, на рынке даже появились такие ноутбуки. Пять лет назад их демонстрировали под стеклом на выставках, показывали рекордное время работы. Но первые модели оказались не очень удачными, так как работали довольно медленно, уступали аналогичным Intel-машинкам. Огрехи убрали, новые ARM-процессоры сохранили время работы, но при этом оказались быстрыми. В силу сложности перехода на такие решения в стане Microsoft не форсировали разработки, это были экспериментальные модели ноутбуков, назвать рынок массовым было невозможно.

В Apple решили все переиначить, так как переход на ARM-архитектуру дает экономию минимум в 100-150 долларов на стоимости процессора. Это дополнительная эффективность, деньги, которые можно положить в карман. В конце 2020 года компания вывела на рынок процессор M1, который показал отличные результаты в синтетических тестах (это сразу три компьютера – Mac Mini, MacBook Air, MacBook Pro).

Так как большая часть приложений написана для х86 процессоров, то их можно запускать на М1 через компилятор, они по большей части работают, производительность более чем удовлетворительна. Преимущество в виде времени работы от одной зарядки осталось. Фактически в Apple толкнули весь рынок к тому, чтобы в 2021 году другие производители создавали свои ARM-решения на Windows, и мы увидим десятки таких моделей.

Буднично, повседневно случилось то, что угрожает позициям Intel, потребительские компьютеры начнут переползать на ARM-архитектуру, что нарастит продажи Qualcomm, а вот связку Wintel поставит на грань выживания. Это не случится завтра, процесс будет постепенным, но он благодаря Apple ускоряется. Чего нельзя отнять у компании, так это способности популяризировать те или иные технологические решения. Поэтому 2020 год можно смело назвать годом, когда ARM-процессоры пришли в компьютеры массово и перестали быть только экспериментом. Это ключевой технологический сдвиг на рынке процессоров, событие, которое нельзя игнорировать, оно меняет весь расклад сил.

AI-алгоритмы, тензорные и скалярные вычисления

Когда начинают рассуждать о существовании искусственного интеллекта в устройствах, я невольно морщусь, настолько набило оскомину это утверждение. То, что называют искусственным интеллектом, является огромным классом математических задач и алгоритмов, что стали возможными за счет появления нового железа, и оно ежегодно совершенствуется.

Теперь для процессора важно не только как много математических операций он может совершить в единицу времени, но насколько быстро он обрабатывает AI-алгоритмы. Для этого производители вводят отдельные ядра, что отвечают за AI и оценивают производительность по ним.

Инженерная мысль идет привычным маршрутом, еще больше процессорных ядер, каждое ядро становится мощнее. Но помимо этого, в 2020 году мы видим переход к универсальной архитектуре, когда память для AI-вычислений объединяется, также как появляются новые технические уловки.

Подробнее об этом можно прочитать на примере процессора Snapdragon 888 и отдельного сопроцессора для AI-вычислений вот тут.

Новое поколение железа открывает чудный новый мир для сервисов и аппаратных функций. Например, в 2020 году распознавание голоса в режиме ожидания появилось в массовых моделях, все благодаря AI-возможностям процессоров. И это только верхушка айсберга, ведь вычислительная фотография стала возможной благодаря тем же наработкам. Как минимум в ближайшее десятилетие AI-алгоритмы будут очень быстро развиваться, что даст нам принципиально новые возможности, а с приходом ARM-процессоров в компьютеры это станет возможным и для них. Как Intel, так и AMD пока отстают в этой гонке.

Гибкие экраны смартфонов – от эксперимента к массовым продуктам

В 2019 году на рынке появился Galaxy Fold, этот смартфон с гибким экраном стал первым коммерческим устройством, хотя в компании подчеркивали, что это эксперимент, даже выделили его в серию Z. В прошлом буква Z обозначала экспериментальные модели. Но в 2020 году эксперимент признан удачным, идет развитие технологии гибких экранов, вся серия теперь имеет букву Z, она ассоциируется с таким типом продуктов.

В мире по пальцам одной руки можно пересчитать тех, кто способен создавать гибкие экраны, в Samsung создавали технологию около десяти лет, добились того, что она экономически целесообразна. Но сам сегмент из-за стоимости устройств остается довольно небольшим (в деньгах он заметен, в штуках ничтожно мал в мировом масштабе). Главным конкурентом выступает Huawei, но продажи их решения Mate X ничтожно малы, хотя в прессе мелькают истории про миллионы проданных смартфонов, подтверждения они не находят. Другие игроки производят ничтожно малые объемы устройств, продают их в минус (посмотрите на Moto RAZR, аппарат не находит спроса на рынке, и на него постоянно снижают цену).

Стратегия Samsung привычна для компании – сверху вниз. Вначале создаются дорогие решения по максимальной стоимости, за их счет финансируются модели в нижних ценовых сегментах. Первый Fold продается в России по цене в 160 тысяч, женская раскладушка Z Flip выходит в марте по стоимости в 120 тысяч рублей. Небольшой гибкий экран, забытый многими форм-фактор раскладушки. Устройство моментально становится популярным как имиджевый аппарат, продажи выше, чем ожидалось. Можно говорить, что смартфоны с гибкими экранами вышли на массовый рынок. При этом технология повзрослела, во втором Fold изменился шарнир, появились новые сценарии использования. Редкий для современного рынка электроники случай, когда устройства, отстоящие друг от друга на один год, так разительно отличаются, прогресс виден невооруженным взглядом. Покупатели это осознают, и Z Fold2 становится значительно популярнее, модель продается в два раза быстрее предшественника. Прямых конкурентов нет, другие компании буксуют на этом рынке, так как не готовы продавать такие устройства даже по себестоимости, она превышает 2 000 долларов, продавать, субсидируя устройства, также не готовы. Поэтому гибкие экраны для всех, кроме Samsung, это удел выставочных устройств, которые показываются с большой помпой. Пример Moto демонстрирует то, что, даже создавая небольшую линейку для привлечения внимания, нет возможности продавать такие устройства широко.

Дисплеи с высокой частотой обновления – 120 Гц как массовый продукт

Кажется, что экраны в мобильных устройствах достигли пика развития, в них вложено огромное количество технологий, они сродни произведению инженерного искусства. В 2020 году впервые для широкой публики становится доступна высокая частота обновления экрана, она делает прокрутку списков, работу с интерфейсом намного комфортнее. Визуально определить разницу сложно, но отключая 120 Гц, вы тут же чувствуете, что-то не то, смартфон начинает “тормозить”. Эта технология влияет на чувства, измерить в бытовых условиях разницу почти невозможно, но флагманы должны обладать большей частотой обновления экрана, чем обычные модели.

В Apple высокую частоту обновления в свой модельный ряд не добавляют, так как это дорого. В Samsung припозднились по сравнению с китайскими компаниями, делают 120 Гц фишкой новых моделей. Многие китайские производители, а также Google, экономят и добавляют экраны с частотой 90 Гц – лучше, чем ничего.

Незаметно для покупателей частота в 120 Гц становится необходимой для флагманов, без этой фишки устройства воспринимаются неполноценными, кажется, что чего-то не доложили.

Телевизор превращают в центр умного дома и компьютер

Умные телевизоры пытаются превратить в центр умного дома, чтобы вы могли управлять с большого экрана разными датчиками, смотреть картинку с камер. Все производители идут в этом направлении не первый год, встраивают дополнительные возможности, но пользователи энтузиазма не разделяют: для многих телевизор – это ТВ и возможность посмотреть на большом экране фильмы, изредка послушать музыку, если человек докупил саундбар.

В линейке смартфонов Galaxy есть опция DeX, когда через HDMI-кабель можно подключиться к телевизору, а на нем работать со всеми приложениями и вашими файлами. Также можно подключить клавиатуру и мышку (как к телевизору, так и к смартфону). В 2020 году DeX начинает работать через Wi-Fi, никакие провода больше не нужны, но число поддерживаемых моделей невелико.

Для тех, кто смог посмотреть на свой ТВ с другой точки зрения, наличие DeX – это реальная возможность отказаться от компьютера. В топовые модели встраивают также средства удаленного доступа к ПК, можно транслировать на панель телевизора рабочий стол любого компьютера и работать на нем.

По отдельности перечисленные технологии не играют никакой роли, но вместе показывают важную веху в развитии телевизоров как таковых. Производители начинают создавать из них комбайн, рынок делится на умные и обычные ТВ. В 2020 году объем продаж умных ТВ превысил таковой для обычных моделей, которые стали стоить недорого (55 дюймов “глупой” модели в рознице можно было купить за 13 тысяч рублей!). Если посчитать все умные телевизоры, которые стоят в домах у людей в России, то окажется, что их уже треть! Рынок развивается медленно, так как старые модели замещаются не так быстро, срок жизни ТВ составляет от 10 лет и выше. Но направление развития понятно, также как и желание людей быть современными. Следующей точкой роста продаж умных ТВ станет умный дом, возможность подключить его к ТВ и управлять с большого экрана для многих видится привлекательной.

Новые модули для камер – 108 мегапикселей

Вычислительная фотография стала стандартом для рынка, алгоритмы обработки снимков в связке с процессорами и отдельными ISP шагнули далеко вперед. Это выдвигает новые требования к железу, нужны модули, что умеют получать максимум деталей, которые затем можно обработать и сделать фотографии интереснее. Сдвиг в первую очередь понятийный, так как по умолчанию новые модули высокого разрешения фотографируют так же, как старые, или даже немного хуже, что видно у производителей второго эшелона. Без алгоритмов обработки качество фотографий с 108-мегапиксельных модулей или других QuadBayer-матриц обычное, раскрываются возможности именно за счет софта.

На рынке господствуют два подхода, одни ставят такие модули как есть и особо не заморачиваются алгоритмами (например, Xiaomi), другие делают ставку на несколько лет вперед и постепенно улучшают качество алгоритмов, вытягивая из железа все что возможно. Примером второго подхода может служить Samsung, первым аппаратом с таким модулем становится Galaxy S20 Ultra, он принципиально иной по восприятию и привычкам в фотографии. В 2020 году выходит несколько прошивок, что меняют его возможности в фотографии, затем появляются другие модели с тем же модулем.

Универсальных решений в фотографии не существует, поэтому растет число модулей для фотосъемки, основная камера, как правило, имеет три модуля, плюс дополнительный ToF. В 2021 году это направление получит свое развитие, но упор будет сделан все же на алгоритмы обработки снимков. Модуль 108 мегапикселей становится той лабораторией, в которой обкатываются новые решения для всех моделей без исключения.

Другие технологии – 5G, Wi-Fi 6E, быстрая зарядка и не только

Выше перечислены технологии, которые стали ключевыми для устройств, это открытие 2020 года, которое, так или иначе, повлияет на весь рынок. Но ведь были и другие технологии, что остались за кадром. Например, продолжилось развитие 5G, появилось большее число устройств с поддержкой нового поколения сетей. Вот только во многих странах сами сети отсутствуют или работают в ограниченном числе мест. В России 5G не появился, запуск переносится на неопределенный срок в силу разных причин (об этом поговорим подробно в итогах года про операторов). В аспекте железа появились новые 5G-модемы, поддержка mmWave, улучшается качество продукта. Но цены на модемы остаются запредельно высокими, что создало для многих производителей необходимость делить одну и ту же модель на два варианта – c 5G и без такового. Себестоимость второго варианта ниже как минимум на 100 долларов, что дает выигрыш в стоимости. Например, Galaxy S20 5G в США стоит порядка 1 000 долларов, в России его продают за 50 тысяч рублей.

В Северной Америке активно развивают Wi-Fi 6E, дополнительный диапазон в 6 ГГц открыт, компании начинают строить публичные Wi-Fi-сети. Многие пользователи надеются, что такие роутеры станут доступны везде, но это утопия. Во-первых, роутеры с поддержкой этой частоты будут дороже. Во-вторых, не во всех странах есть лицензии на технологию. Появление пользовательских устройств отнесено на 2021 год, но история важна для Америки. Ирония заключается в том, что операторы будут строить такие Wi-Fi-сети, чтобы избежать высокой стоимости стройки в 5G.

Быстрая зарядка продолжала эволюционировать, в некоторых случаях можно зарядить аккумулятор на 100% за полчаса. Но отличия в глазах покупателей невелики, большой блок быстрой зарядки выглядит как недостаток. Развивались технологии беспроводной зарядки, чуть подросла скорость, но ничего принципиально нового не случилось.

Отдельно нужно отметить, что многие производители стали бороться с замедлением работы смартфонов, появились программные настройки, что управляют памятью, оптимизируют расположение файлов и их структуру, чтобы из-за Android не возникало коллизий в скорости работы. Пользователи не видят результата сегодня, но со временем он проявляется.

В коротком материале решил сосредоточиться на самом главном, за кадром остались второстепенные события и технологии, но их хватит как минимум еще на один материал. Мы же продолжим подводить итоги 2020 года, впереди разговор про конкретные устройства, аксессуары, описание розничного рынка, а также того, что происходило у операторов. Оставайтесь на связи!

К содержанию >>>

Ссылки по теме

Эльдар Муртазин ([email protected])

Опубликовано — 28 декабря 2020 г.