Samsung Galaxy S21 Ultra im Test: Exynos 2100 im Benchmark und Akkutests

Was wurde letztes Jahr nicht alles über den Exynos 990 des Galaxy S20 Ultra und Galaxy Note 20 Ultra gemeckert. Zu langsam, zu heiß, zu ineffizient soll der Chip gewesen sein, vor allem im Vergleich zu Qualcomm. Dass selbst der Heimatmarkt Korea auf den Snapdragon 865 (Galaxy S20 Ultra) und später im Jahr auf den schnelleren Snapdragon 865 Plus (Galaxy Note 20 Ultra) setzte, war ein deutliches Zeichen.

Der Exynos 990 schaffte es letztlich primär nur nach Europa, wo er unverändert in zwei Smartphones zum Einsatz kam. Als schon der Snapdragon 865 überlegen war, sorgte der Wechsel zum Snapdragon 865 Plus im Herbst erneut für Aufsehen, da keinerlei Veränderungen am Exynos 990 vorgenommen wurden. Ein Jahr zuvor hatte sich Samsung LSI noch die Mühe gemacht, nach dem Exynos 9820 des Galaxy S10 einen etwas schnelleren Exynos 9825 für das Galaxy Note 10 aufzulegen. Warum es keinen höher getakteten „Exynos 995“ für das Galaxy Note 20 Ultra gab, lässt sich im Nachhinein zwar nicht von offizieller Seite erklären, aber zumindest vermuten.

Samsung setzt auf ARM statt Custom-Cores

Schon damals dürfte festgestanden haben, dass der Samsung-LSI-Standort im texanischen Austin geschlossen werden wird, wie dann im Herbst 2019 publik wurde. Die Entwicklung der eigenen M-Kerne – zuletzt als „Lion“ – war damit beendet, neue SoCs mit schnelleren Cores nicht mehr zu erwarten. Stattdessen wird sich der Fokus der Chip-Sparte auf die Integration der neuen ARM-Cores Cortex-X1 und Cortex-A78 verschoben haben, die im neuen Exynos 2100 zum Einsatz kommen.

Mit dem Exynos 2100 will Samsung wieder zu Qualcomm ebenbürtige Konkurrenz anbieten und vertraut dabei im Bereich der CPU auf einen sehr ähnlichen Aufbau, wie ihn auch der neue Snapdragon 888 bietet. ARMs neuer Prime-Core Cortex-X1 soll eine besonders hohe Single-Core-Leistung liefern, während drei Cortex-A78 für die Multi-Core-Leistung sorgen. Soll es besonders effizient zugehen, kommen vier Cortex-A55 zum Zug. Diesen Aufbau nutzt auch Qualcomm beim Snapdragon 888. Eine detaillierte Beschreibung des Exynos 2100 liefert der Artikel zur Ankündigung des SoCs.

Im Galaxy S21 Ultra kombiniert Samsung den Exynos 2100 mit 12 GB LPDDR5-RAM in den Varianten mit 128 GB und 256 GB Speicher sowie mit 16 GB LPDDR5-RAM, wenn zur 512-GB-Variante gegriffen wird. Der Speichercontroller unterstützt anders als bei Qualcomm keinen älteren LPDDR4X-RAM mehr.

Das schnellste Android-SoC hinter Apple

Welche Leistung der Exynos 2100 im Vergleich zum Snapdragon 888 liefert, lässt sich mangels Testgerät für den neuen Qualcomm-Chip noch nicht sagen. Doch für sich alleine betrachtet bringt der Exynos 2100 den von einer Generation zur nächsten erwarteten Sprung bei CPU- und GPU-Leistung. Der neue Cortex-X1 als Prime-Core schneidet im Geekbench 5.1 rund 20 Prozent besser als der Cortex-A77 des Exynos 990 im Galaxy S20 Ultra ab. In puncto Single-Core-Leistung hat Samsung damit den zurzeit schnellsten Android-Chip, wenngleich der Snapdragon 888 vermutlich auf gleichem Niveau liegen wird. Vor dem Exynos 2100 landen Apples A13 aus dem vorletzten und der A14 aus dem letzten Jahr. Ebenfalls 20 Prozent Mehrleistung verzeichnet der Exynos 2100 im Multi-Core-Test, womit er zum Snapdragon 865 und A13 aufschließt. Den A14 müssen alle Probanden mit großem Vorsprung ziehen lassen.

Mehr als 40 Prozent schnellere GPU mit aktueller API

Bis zu 40 Prozent Mehrleistung verspricht Samsung für die neue GPU. Die neue Mali-G78 MP14 kommt anstelle der Mali-G77 MP11 zum Einsatz, sodass Samsung nicht nur eine neue GPU-Generation, sondern auch eine mit mehr Clustern nutzt. Entsprechend imposant und deutlicher als bei der CPU fallen die Zuwächse aus. Ein großes Plus verzeichnet das SoC vor allem unter Verwendung der neuen Vulkan-API im GFXBench Aztec Ruins in 1440p und 1080p. In der Tat schneidet die GPU hier einmal 45 Prozent und einmal 41 Prozent besser ab als die Mali-G77 MP11. Erstmals liefert die GPU Frameraten von annähernd 30 FPS in 1440p sowie über 70 FPS in 1080p.

Unter Verwendung der älteren OpenGL-ES-3.1-API fällt der Vorsprung nicht mehr ganz so dramatisch groß, aber weiterhin deutlich aus. Die Car-Chase-Sequenz des GFXBench liefert in 1080p 25 Prozent mehr Frames und damit erstmals über 60 FPS, der Manhattan-Benchmark sogar 33 Prozent mehr FPS. Beim noch älteren OpenGL ES 3.0 sind es immerhin noch 15 Prozent mehr FPS. In beinahe allen GPU-Benchmarks bleiben Apples A13 und A14 der Maßstab und auch Huawei liefert mit dem Mate 40 Pro und dessen gigantischer Mali-G78 MP24 eine solide Leistung ab, die im 3DMark Wild Life Unlimited (einer von wenigen kompatiblen Benchmarks) vor dem Exynos 2100 liegt. Insgesamt betrachtet ist die neue GPU aber ein riesiger Sprung für Samsung.

Exynos 2100 unter Dauerlast

Relevant ist aber nicht nur, wie viel Leistung der Chip beim einmaligen Benchmark abliefert, sondern auch, inwiefern das SoC mit dem Spielen über einen längeren Zeitraum zurechtkommt. Mit dem GFXBench Manhattan (OpenGL ES 3.1) und dem 3DMark Wild Life Unlimited (Vulkan) hat ComputerBase zwei Benchmarks im Sortiment, die in Dauerschleife durchgeführt das Spielen über einen längeren Zeitraum simulieren. Dabei kristallisierte sich im Test ein in beiden Benchmarks sehr ähnliches Verhalten heraus.

Der Exynos 2100 steigt in den GFXBench Manhattan 3.1 mit einer Leistung leicht unterhalb des Apple A13 ein und verliert dann kontinuierlich an Leistung. Aber selbst nach dem achten Durchgang lassen sich weiterhin 88 Prozent der Ausgangsleistung abrufen. Beim Exynos 990 verhielt es sich letztes Jahr anders: Zunächst einmal gab es von vornherein viel weniger Leistung, doch diese konnte stabil bis inklusive des sechsten Durchgangs abgerufen werden, bevor es einen einmaligen Knick auf 74 Prozent der Leistung gab, die dann bis zum Schluss des Tests gehalten wurde. Beim Exynos 2100 kommt dieser Knick später und nicht ganz so rapide. Aus 99 FPS werden zunächst 85 und dann 72 FPS, die schließlich stabil bis zum Ende gehalten werden. Letztlich bleiben 65 Prozent der ursprünglichen Leistung übrig, was zwar einen größeren Verlust insgesamt bedeutet, aber reicht, um den Exynos 990 um 16 Prozent zu schlagen.

Interessant ist der Vergleich zum etwas älteren Snapdragon 865, der zunächst überhaupt nicht mit dem Exynos 2100 mithalten kann. Der Qualcomm-Chip ist aber für seine in mehreren Smartphones kontinuierlich abrufbare Leistung bekannt, wie er anhand des Sony Xperia 1 II (Test) und des OnePlus 8T (Test) erneut unter Beweis stellt. Das SoC zeichnet eine schnurgerade Linie im Diagramm, sodass die Adreno-650-GPU ab dem neunten Durchgang mehr Leistung als der auf dem Papier schnellere Exynos 2100 liefert. An der Spitze thront einmal mehr Apple, wenngleich auch A13 und A14 teils deutliche Verluste einfahren. Weil die Performance aber von Anfang an extrem hoch ausfällt, reicht es auch im späteren Verlauf des Tests noch für Platz 1 und 2.

Im 3DMark Wild Life Unlimited verhält sich der Exynos 2100 ähnlich. Der automatisiert für 20 Durchgänge ausgelegte Tests startet mit einer hohen Leistung rund 39 Prozent oberhalb des Exynos 990, der anhand des Galaxy Note 20 Ultra vertreten ist. Erneut nimmt die Leistung mit fortlaufendem Test kontinuierlich in kleinen Schritten ab, bevor einmalig zum zwölften Durchgang ein Abfall von 4.884 auf 3.702 Punkte respektive 76 Prozent der Leistung aus dem elften Durchgang erfolgt. Das Galaxy Note 20 Ultra zeigte sich in diesem Test deutlich nervöser. Die Leistung war am Anfang zunächst zwar stabiler abrufbar als beim Exynos 2100, schwankte dann aber, bevor sie komplett einbrach. Dieses Verhalten zeigt der Exynos 2100 nicht mehr. Und auch mit dem Snapdragon 865 nimmt es das SoC diesmal erfolgreich auf, da es zunächst mehr Leistung und im weiteren Verlauf zumindest die gleiche Performance zur Verfügung stellt.

Sehr schneller UFS 3.1 ohne Speicher-Erweiterung

Der Exynos 2100 akzeptiert als Nutzerspeicher ausschließlich Universal Flash Storage 3.1 (UFS 3.1), bei dem ein Teil des NAND-Flash im SLC-Modus („Single Level Cell“) mit nur einem Bit pro Speicherzelle betrieben wird, was insbesondere Schreibvorgänge deutlich beschleunigen soll. Auf das Galaxy S21 Ultra trifft das in der Tat zu, da das 128-GB-Modell beim sequenziellen Schreiben knapp 1.100 MB/s erreicht, während das Galaxy S20 Ultra bei 700 MB/s und das Galaxy Note 20 Ultra bei 800 MB/s lag. Beim sequenziellen Lesen nehmen sich die drei Generationen kaum etwas, wenngleich das Galaxy S21 Ultra etwas besser als das Galaxy S20 Ultra abschneidet. Knapp 1.800 MB/s beim Lesen liefern aber auch Geräte wie das Huawei P40 Pro (Test) oder das Oppo Find X2 Pro (Test). Beim wahlfreien Lesen und Schreiben gibt es ebenfalls signifikante Verbesserungen, sodass das Galaxy S21 Ultra deutlich vor früheren Samsung-Smartphones landet und sich mit dem Huawei Mate 40 Pro ganz oben einsortiert.

Wenig erfreulich ist der Umstand, dass Samsung bei allen Smartphones der Galaxy-S21-Familie die Option des per microSD-Speicherkarte erweiterbaren Speichers gestrichen hat. Dies gilt für alle Geräte in allen Regionen und somit auch für die Modelle mit Snapdragon 888. Wer nicht auf Cloud-Angebote von Google und Co. setzen möchte, muss sich bereits zum Kauf sicher über den benötigten Speicher sein. Samsung kann man zugutehalten, dass der Schritt von 128 auf 256 GB nur 50 Euro kostet. Für 130 Euro mehr gibt es 512 GB und dann auch 16 statt 12 GB RAM.

Großer Akku hält lange durch

Samsung stattet das Galaxy S21 Ultra mit einem 5.000 mAh starken Akku aus. Das entspricht derselben Nennladung, wie sie beim Galaxy S20 Ultra anzutreffen war (Galaxy Note 20 Ultra: 4.500 mAh). Ein direkter Vergleich zwischen beiden Smartphones ist allerdings nicht möglich, da Samsung das Galaxy S20 Ultra mit der Standardeinstellung FHD+ bei 60 Hz auslieferte und das Galaxy S21 Ultra standardmäßig mit FHD+ bei adaptiver Bildwiederholfrequenz von bis zu 120 Hz kommt.

Variable Refresh Rate nur, wenn es hell genug ist

Zur adaptiven Bildwiederholfrequenz sei zudem gesagt, dass diese nicht immer, sondern erst ab einer vom Helligkeitssensor erfassten Umgebungshelligkeit von 40 Lux aktiv ist, wie Anandtech herausgefunden hat. Ist das nicht der Fall, kommt VRR nicht zum Einsatz und das Smartphone benötigt mehr Energie, da es im adaptiven Modus stets mit 120 Hz arbeitet. Warum Samsung so vorgeht, lässt sich nur vermuten, etwa weil bei geringem Umgebungslicht das Display deutlich dunkler ist, damit weniger Energie verbraucht und somit der Einfluss von VRR geringer ausfallen würde.

Fest steht damit aber, dass alle Akkutests, die normalerweise die Nacht durchlaufen (und damit bei Dunkelheit ausgeführt werden), mit künstlicher Beleuchtung durchgeführt werden mussten, damit die adaptive Bildwiederholfrequenz aktiv ist. Alle Tests wurden per WLAN zur Fritz!Box 7590 im selben Raum über Wi-Fi 5 durchgeführt. Das Display war dabei auf 200 cd/m² im manuellen Modus mit Farbprofil „Lebendig“ kalibriert.

Im Streaming-Akkutest schneidet das Galaxy S21 Ultra hervorragend ab. Die Wiedergabe erfolgte in 720p-Auflösung mit 24 FPS, die das Galaxy S21 Ultra dank adaptivem Display mit 24 Hz wiedergeben kann. Eine Laufzeit von über 20 Stunden katapultiert das Smartphone an die Spitze der aktuellen High-End-Geräte, gleichauf mit dem OnePlus 8T. Nur das Motorola Moto G7 Power (Test) hält noch länger durch. Im Vergleich zum Galaxy S20 Ultra mit ebenfalls 5.000 mAh sowie fixen 60 Hz bei selber Auflösung und Helligkeit kommt das Galaxy S21 Ultra auf 8 Prozent längere Laufzeiten.

Im PCMark 2.0 fällt das Ergebnis mit 9:34 Stunden mittelmäßig aus, da in diesem Test viele Android-Anwendungen simuliert werden und das Gerät mit 120 Hz arbeitet. Im Videomodus oder bei der Betrachtung von statischen Inhalten wie Bildern oder Websites (ohne Scrollen) profitiert das Galaxy S21 Ultra eher von seinem adaptiven Display, nicht aber im PCMark. Das Galaxy S20 Ultra schaffte mit der 60-Hz-Standardeinstellung rund 25 Prozent längere Laufzeiten.

Weitere Akkutests sind geplant

Ähnliche, wenngleich nicht ganz so lange Laufzeiten erzielt aber auch das Galaxy S21 Ultra mit reduzierter Bildwiederholfrequenz. In einem eigenen Artikel ist für einen späteren Zeitpunkt ein Vergleich unter den verschiedenen Display-Modi geplant. Zugegebenermaßen hatte ComputerBase schon einige Messwerte gesammelt, bis die 40-Lux-Einschränkung im adaptiven Modus bekannt wurde und die ermittelten Ergebnisse damit hinfällig waren. Bei zwei Benchmarks, drei verfügbaren Auflösungen und zwei Bildwiederholfrequenzen müssen zwölf Tests durchgeführt werden, die aufgrund ihrer langen Laufzeiten alleine rund zwei Wochen Zeit beanspruchen.

Samsung verzichtet auf Netzteil und Kopfhörer

Die Galaxy-S21-Serie ist die erste von Samsung, die ohne Ladegerät auskommt. Dieser Schritt sei – wie bei Apple – aus Umweltgründen vollzogen worden. Zum einen spart sich Samsung das Netzteil mit der Argumentation, dass viele Ladegeräte ohnehin beim Anwender vorhanden sind, zum anderen fällt so die Verpackung kleiner aus. Auch Kopfhörer liegen nicht mehr bei, lediglich ein USB-Typ-C-Kabel gibt es noch.

Geladen werden kann die Galaxy-S21-Serie mit vermutlich so gut wie jedem Netzteil, auch mit denen von Fremdanbietern. Im Test klappte es problemlos mit Netzteilen von Samsung selbst, aber auch Ladegeräte von Anker, Apple, Dynabook, Google, Lenovo und OnePlus funktionierten. Kabelgebundenes Laden ist beim Galaxy S21 Ultra mit maximal 25 Watt möglich, alternativ gibt es kabelloses Laden mit bis zu 15 Watt.