Smartphone Grafikchips und Gaming

Man sieht sie in der Bahn, in den Kindersitzen der Auto-Rückbank oder genüsslich bei Sonnenschein im Park: die Gattung der "Smartphone-Gamer". Neben klassischen PC- und Konsolen-Spielen haben sich Spiele auf dem Smartphone mittlerweile etabliert und erfreuen sich einer immer größer werdenden Beliebtheit. Die Vorteile liegen auf der Hand: das Smartphone ist handlich, passt in die Hosentasche und ist somit überall dabei. Die Leistung der kleinen "Wunder-Dinger" wächst kontinuierlich und wer noch die guten alten Zeit des Nintendo Game Boy kennt, staunt über die riesigen und gestochen scharfen Displays heutiger Smartphones. Selbst Einsteiger-Smartphones sind wahre Rechenmaschinen im Hosentaschenformat.

Smartphone Grafikchips und Gaming

Spiele, oder besser gesagt Spiele-Apps, sind zwar bei weitem nicht so komplex wie im PC- oder Konsolen-Bereich, aber dank der kleineren Displays muss die Grafik auch nicht so hochwertig wie auf einem PC-Monitor oder dem riesigen Wohnzimmer-Fernseher jenseits der 50" sein. Vereinfachte Grafik-Texturen springen auf einem Smartphone nicht sofort ins Auge.

Nichtsdestotrotz sind Smartphone-Spiele-Apps keine einfachen 8-Bit-Spiele, sondern mitunter rechenintensive 3D-Spiele basierend auf komplexen Grafik-APIs wie OpenGL oder Vulkan (letztere wird sogar von aktuellen PC-Spielen verwendet und bspw. von einer Geforce GTX 1080 Ti unterstützt). Die Anforderungen an das Smartphone sind daher hoch und wenn das Spielen nicht in eine Diashow resultieren soll, muss ein leistungsfähiger Grafikchip verbaut sein.

Test Smartphone GPU Leistung mit einem Xiaomi Redmi Note 7

Wie man in folgendem Video sehr gut sehen kann, erreicht das Xiaomi-Smartphone mit einem Snapdragon 660 Chipsatz mit einer 8 Core CPU (4x 2,2 Ghz und 4x 1,84 Ghz), Adreno 512 GPU und 6 GB Arbeitsspeicher maximal 15 Frames pro Sekunde. Im zweiten Benchmark pendelt sich der FPS-Wert bei ca. 5 ein, was einer Dia-Show entspricht.

Wer also auf einem Smartphone komplexere Games spielen möchte, der muss beim Kauf vor allem auf eine leistungsstarke CPU und Grafikkarte achten, damit die minimalen 25, besser aber 60 Frames pro Sekunde erreicht werden und das Game flüssig spielbar ist.

Smartphone-Grafikchips: Adreno, PowerVR, Apple Bionic, Mali

Wie findet man nun ein Spiele-fähiges Smartphone? Das ist die große Frage und zu Beginn analysieren wir einmal den aktuellen Markt. Stand heute (Mai 2020) existieren vier große Hersteller von Smartphone-Grafikchips

  • PowerVR-GPU von PowerVR Tech­nolo­gies
  • Adreno-GPU von Qual­comm
  • Mali-GPU von ARM
  • Apple Eigenentwicklung

Eine Besonderheit findet man bei Apple. Hier hat man sich im Jahr 2017 entschieden, nicht mehr die GPUs von PowerVR zu verwenden, sondern die Grafikchips selbst zu entwickeln und in den iPhones zu verbauen. Das PowerVR bis zu diesem Zeitpunkt hauptsächlich für Apple produziert hat, hat dies natürlich gravierende wirtschaftliche Folgen für das Unternehmen gehabt.

Ansonsten teilt sich das Lager zwischen der Adreno- und Mali-GPU auf, was vor allem daran liegt, dass Samsung, Huawai und Mediatek ihre eigenen SoC bauen und die sozusagen frei verfügbare Mali-GPU einsetzen.

Begriffserklärung SoC
SoC steht für System-on-a-Chip (dt. Ein-Chip-System), der im Umfeld der Smartphones alle wichtigen Chips wie Prozessor, Grafikkarte, Chipsatz (USB, Peripherie, ...) usw. beinhaltet. Typische SoC sind Snapdragon (Qualcomm), Exynos (Samsung), Kirin (Huawai) oder Bionic (Apple).

Der Vorteil eines SoC ist, dass der Hersteller alle Komponenten aufeinander abstimmen und vor allem in puncto Energieeffizienz optimieren kann.

Die Adreno-GPU gibt es nur im fertigen Package des Snapdragon-SoC von Qualcomm, was von allen anderen Smartphone-Herstellern wie Sony, HTC usw. eingesetzt wird.

  • Apple iPhone: Eigenentwicklung, früher bis 2017 PowerVR-GPU
  • Samsung Smartphones (Exynos): Mali-GPU
  • Huawei Smartphones (Kirin): Mali-GPU
  • Mediatek Smartphones (MT, Helio): Mali-GPU
  • Alle anderen Hersteller (Xiaomi, Sony, HTC usw.): Adreno-GPU

Kommen wir zur spannenden Frage zur Performance der Smartphone-Grafikchips. Analog zu unserer Grafikchiprangliste haben wir einmal einige viel verwendete Grafikchips zusammengetragen.

Grafikchip SoC Leistung (in %)
A13 GPU A13 Bionic Diagrammbalken 100
A12 GPU (4 Cores) A12 Bionic Diagrammbalken 90
Adreno 650 Snapdragon 865 Diagrammbalken 78
Mali-G77 MP11 Exynos 990 Diagrammbalken 72
Adreno 640 Snapdragon 855 Diagrammbalken 64
Mali-G76 MP12 Exynos 9820 Diagrammbalken 63
Mali-G76 MP16 Kirin 990 Diagrammbalken 60
Adreno 630 Snapdragon 845 Diagrammbalken 53
A11 GPU (3 Cores) A11 Bionic Diagrammbalken 48
Mali-G76 MP10 Kirin 980 Diagrammbalken 42
Mali-G72 MP18 Exynos 9810 Diagrammbalken 42
Adreno 540 Snapdragon 835 Diagrammbalken 35
Mali-G52 MP6 Kirin 810 Diagrammbalken 33
Mali-G76 MC4 Helio G90 Diagrammbalken 27
Adreno 615 Snapdragon 670 Diagrammbalken 16
Mali-G72 MP3 Exynos 9611 Diagrammbalken 14
Mali-G52 MC2 Helio G80 Diagrammbalken 14
Adreno 612 Snapdragon 675 Diagrammbalken 13
Adreno 512 Snapdragon 660 Diagrammbalken 13
PowerVR GM9446 Helio P90 Diagrammbalken 12
Mali-G51 MP4 Kirin 710 Diagrammbalken 11
Adreno 610 Snapdragon 665 Diagrammbalken 10
Mali-G72 MP3 Helio P70 Diagrammbalken 10
Adreno 508 Snapdragon 630 Diagrammbalken 8
Mali-G71 MP2 Exynos 7885 Diagrammbalken 8
Mali-G71 MP2 Helio P30 Diagrammbalken 7
Mali-G71 MP2 Exynos 7904 Diagrammbalken 7
Adreno 506 Snapdragon 632 Diagrammbalken 6
Adreno 505 Snapdragon 430 Diagrammbalken 4
PowerVR GE8320 Helio P22 Diagrammbalken 3

Wie man sehr schön erkennen kann, sind die Leistungsunterschiede enorm. Vor allem die Apple iPhones spielen in einer eigenen Liga und leisten ein Vielfaches eines Einsteiger- oder Mittelklasse-Smartphones. Auch wird deutlich, dass die vielmals angepriesenen Snapdragon-SoC auch gravierende Leistungsunterschiede besitzen. Der in diesem Artikel eingesetzt Snapdragon 660 mit Adreno 512 GPU befindet sich in dieser Tabelle auf den hinteren Plätzen und erklärt die schwache Performance im 3DMark-Benchmark.

Alternative - Game Streaming auf dem Smartphone

Wer keinen 4-stelligen Betrag für ein Smartphone wie dem iPhone oder ein Tablet wie dem iPad ausgeben möchte, der kann auf das so genannte Game Streaming setzen, welches wir in diesem Artikel ausführlich beschrieben haben. Hierfür ist keine leistungsfähige Hardware bzw. Grafikkarte notwendig, da die Berechnung der 3D-Szenen im entfernten Rechenzentrum erfolgt. Das Smartphone schickt seine Controller-Eingaben an das Rechenzentrum und erhält (streamed) das fertige Bild. Nach diesem Prinzip können selbst modernste und komplexeste 3D-Spiele auf leistungsschwachen Geräten gespielt werden. Selbst auf einem Smart-TV ohne weitere Hardware ist möglich.

Game Streaming ermöglicht aufwendige PC-Spiele auch auf einfacher Hardware
Selbst aufwendige PC-Spiele wie Destiny 2 lassen sich auf
einfachster Hardware spielen. Quelle: google.com

Zwingende Voraussetzung für Game Streaming ist mobiles Internet mit einem großem Datenvolumen (schnell kommen mehrere GB in wenigen Stunden zusammen) und geringen Latenzzeiten, damit es bei der Videoübertragung nicht zu Rucklern kommt.

Smartphone-Games

Anfangs gab es nur einige wenige Spiele für das Smartphone, die wirklich etwas getaugt haben. Das meiste konnte nicht wirklich überzeugen. Inzwischen ist das Angebot jedoch viel umfangreicher und die Qualität der Spiele hat teilweise stark zugenommen. Unter den Games gibt es sogar einige echte Hits. Der Erfolg von PUBG Mobile ist der beste Beweis dafür. Allein im Mai 2019 setzte das Spiel fast 150 Millionen US-Dollar um. Das ist eine hohe Summe und zeigt auf, wie enorm das Potential des Mobile Gamings ist. Zumal es sich bei PUBG Mobile nur um einen von vielen erfolgreichen Titeln handelt. Jedem ist wahrscheinlich auch Pokémon GO ein Name, welches dafür gesorgt, dass Menschen im realen Leben wie Zombies mit umhergeirrt sind, um virtuelle Pokemons zu fangen.

Hier einige populäre und komplexe Smartphone Spiele:

  • Garena Free Fire: Wonderland
  • PUBG MOBILE – Mad Miramar
  • Roblox
  • Pokemon GO
  • Rise of Kingdoms: Lost Crusade
  • Call of Duty Mobile
  • Modern Combat 5: eSports FPS
Modern Combat 5: eSports FPS
Modern Combat 5: eSports FPS
Pokemon GO
Pokemon GO
Rise of Kingdoms: Lost Crusade
Rise of Kingdoms: Lost Crusade
Call of Duty Mobile
Call of Duty Mobile
Garena Free Fire: Wonderland
Garena Free Fire: Wonderland
PUBG MOBILE – Mad Miramar
PUBG MOBILE – Mad Miramar
Roblox
Roblox
Brothers in Arms 3
Brothers in Arms 3
Need for Speed: NL Rennsport
Need for Speed: NL Rennsport

(Bildquelle aller hier gezeigten Smartphone App Spiele: play.google.com)

Fazit

Die Zeiten sind vorbei als Handy-Spiele auf dem Niveau waren, eine Schlange stundenlang um sich selbst kreisen zu lassen (Nokia "Snake"). Smartphone Spiele sind hochkomplexe 3D-Spiele geworden, die eine schnelle Grafikkarte und Prozessor benötigen, wie man es beispielsweise aus der PC-Welt kennt.

Eine sinnvolle Alternative, die aber aktuell noch in den Kinderschuhen steckt, ist Game Streaming. Hier ist es vereinfacht gesagt egal, welche Hardware im Smartphone steckt.