Mobilní procesory roku 2018: nárůst funkcí strojového učení

Není divu, že letošní chytré telefony mají rychlejší procesory než procesory z minulého roku - k tomu dochází každý rok. Novinkou v tomto roce je však převaha funkcí strojového učení, které téměř každý výrobce procesorů nabízí jako způsob rozlišení svých zařízení. To platí pro výrobce telefonů, kteří navrhují své vlastní čipy, nezávislé nebo obchodní prodejce čipů, kteří prodávají procesory prodejcům telefonů, a dokonce i výrobci IP, kteří navrhují jádra, která jdou do samotných procesorů.

Pozadí

Nejprve trochu pozadí: všechny moderní aplikační procesory zahrnují návrhy (často označované jako duševní vlastnictví nebo IP) od jiných společností, zejména od firem jako ARM, Imagination Technologies, MIPS a Ceva. Taková IP se může objevit v různých formách - například ARM prodává vše od základní licence pro 32bitovou a 64bitovou architekturu až po specifická jádra pro procesory, grafiku, zpracování obrazu atd., Které mohou návrháři čipů použít k vytvářet procesory. Návrháři čipů obvykle kombinují tato jádra s vlastními návrhy a dělají různá rozhodnutí týkající se paměti, propojení a dalších funkcí ve snaze vyvážit výkon s požadavky na energii, velikostí a náklady.

Na čele procesoru má většina čipů kombinaci větších jader, která jsou výkonnější a běží rychleji a tepleji, a menších jader, která jsou účinnější. Telefony obvykle většinou používají menší jádra, ale pro náročné úkoly se přepnou na jádra s vyšším výkonem a použijí kombinaci jader a GPU a dalších jader k nejlepšímu řízení výkonových potřeb a tepelných hledisek (nemůžete provozujte vysoce výkonná jádra velmi dlouho, protože by se přehřály a obvykle to nemusíte). Nejznámějšími příklady velkých jader jsou jádra ARM Cortex-A75 a A73; odpovídající menší jádra by byla A55 a A53. V dnešních špičkových telefonech často uvidíte každý z nich čtyři v takzvaném oktávovém rozvržení, i když někteří prodejci přistupovali jiným způsobem.

Pokud jde o grafiku, existuje ještě větší rozmanitost. Někteří výrobci si vybírají linii Mali od společnosti ARM, jiní si vybírají PowerVR společnosti Imagination Technologies a další se rozhodnou navrhnout své vlastní grafické jádra. A ještě větší rozmanitost se týká věcí, jako je zpracování obrazu, zpracování digitálního signálu a pozdější funkce AI.

Jablko

Společnost Apple začala ve svých telefonních oznámeních o pádu tlačit své schopnosti umělé inteligence, včetně zejména čipu „A11 Bionic“ používaného v zařízeních iPhone 8 a 8 Plus a iPhone X.

A11 Bionic je šestjádrová architektura se dvěma vysoce výkonnými jádry a čtyřmi účinnými jádry. Společnost Apple navrhuje vlastní jádra (pod licencí architektury ARM) a tradičně tlačí výkon s jedním vláknem. Toto je krok od čtyřjádrového A10 Fusion a Apple řekl, že výkonová jádra v A11 jsou až o 25 procent rychlejší než v A10, zatímco čtyři jádra účinnosti mohou být až o 70 procent rychlejší než čip A10 Fusion. Řekl také, že grafický procesor je až o 30 procent rychlejší.

Apple hovoří o čipu s duálním jádrem „Neural Engine“, který může pomoci s rozpoznáváním scény v aplikaci fotoaparátu, a Face ID a Animoji na iPhone X. Společnost také vydala API s názvem CoreML, které pomáhá třetím stranám vývojáři vytvářejí aplikace, které to využívají.

Apple obvykle neposkytuje mnoho informací o svých procesorech, ale říká, že neuronový motor A11 je dvoujádrový design, který dokáže zpracovat až 600 miliard operací za sekundu pro zpracování v reálném čase.

Na rozdíl od většiny ostatních výrobců procesorů Apple integruje modem do svých aplikačních procesorů a místo toho používá samostatné modemy Qualcomm nebo Intel. Tam byla nějaká diskuse o zda Apple podporuje pouze funkce v jeho Qualcomm modemech, které jsou také podporovány Intel; v praxi to znamená, že telefony iPhone podporují agregaci třícestných nosičů, ale ne některé z pokročilejších funkcí.

Huawei

Huawei byl také brzy na AI push, a volal jeho Kirin 970, který to oznámilo u přehlídky IFA loni na podzim, “první mobilní jednotka zpracování AI na světě”. Kirin 970 se nyní používá v Huawei Mate 10. Zahrnuje čtyři jádra procesorů Cortex-A73 s rychlostí až 2, 4 GHz a čtyři A53 s rychlostí až 1, 8 GHz, spolu s GPU Mali G72 MP12 GPU.

Co je nového v 970 je to, co Huawei nazývá NPU neboli Neural Processing Unit. Společnost uvedla, že úkoly, které mohou být přeneseny do tohoto procesoru, mohou vidět 25krát vyšší výkon a 50krát vyšší účinnost než ty, které běží v klastru CPU. To je zaměřeno zejména na rychlejší rozpoznávání obrázků a lepší fotografii. Na výstavě Huawei řekl, že telefon dokáže zpracovat 1, 92 16bitových TeraFLOP.

Kirin 970 má procesor s duálním obrazovým signálem, modem LTE kategorie 18 s agregací 5 nosných a MIMO 4-by-4, které by měly umožňovat maximální rychlost stahování 1, 2 Gbps.

Na Mobile World Congress, Huawei oznámila svůj první 5G modem, Balong 5G01, který by podle něj byl prvním 5G modemem, který bude dodáván. Zdá se pravděpodobné, že některé budoucí aplikační procesory také přijmou tento modem, ale to ještě nebylo oznámeno. Technicky jsou všechny tyto produkty vytvořeny dceřinou společností HiSilicon.

Qualcomm

Čip, který se letos stane jádrem většiny vlajkových telefonů Android v USA, je Snapdragon 845 společnosti Qualcomm. Jedná se o upgrade Snapdragon 835, který byl použit ve většině prémiových telefonů Android pro rok 2017 a je již používán v severoamerické verze Galaxy S9.

Jako u většiny ostatních dodavatelů, Qualcomm tlačí neuronové sítě a umělé inteligence jako jednu z největších oblastí vylepšení v letošním čipu spolu se zvýšeným zaměřením na „ponoření“ - což v podstatě znamená lepší zobrazování.

V oblasti AI Qualcomm rád mluví o tom, že má vícejádrový neuronový procesor (NPE), který pro inferenci používá novou verzi svého Hexagon DSP a také CPU a GPU.

Čip má Hexagon 685 DSP, což Qualcomm říká, že může více než zdvojnásobit výkon zpracování AI; CPU Kryo 385, které uvádí zvýšení výkonu o 25 až 30 procent pro svá výkonová jádra (čtyři jádra ARM Cortex-A75 s rychlostí až 2, 85 GHz) a až o 15 procent zvýšení pro jeho „výkonová jádra“ (čtyři Cortex-A55 jádra běžící až do 1, 8 GHz), se všemi sdílenými 2MB L3 cache a Adreno 630 GPU, které Qualcomm říká, že budou podporovat 30% zlepšení výkonu nebo 30% snížení výkonu, a až 2, 5krát rychlejší displeje.

V oblasti AI čip podporuje velké množství různých rámců strojového učení a společnost říká, že to funguje pro věci jako klasifikace objektů, detekce obličeje, segmentace scény, rozpoznávání reproduktorů atd. Dvě zvýrazněné aplikace jsou živé efekty bokeh (pro vytváření portrétů s rozmazaným pozadím) a aktivního snímání hloubky a strukturovaného světla, které by mělo umožnit vylepšené rozpoznávání obličeje. Přesunutím konferencí z cloudu do zařízení Qualcomm říká, že získáte výhody nízké latence, soukromí a vyšší spolehlivosti.

V oblasti zobrazování má čip novou verzi Spectra ISP společnosti Qualcomm, vylepšené snímání videa Ultra HD s redukcí šumu na více rámečcích, schopnost zachytit 16 megapixelové video rychlostí 60 snímků za sekundu a 720p zpomalené video rychlostí 480 snímků za sekundu. Pro VR podporuje 845 displeje s rozlišením 2K-2K při 120 snímcích za sekundu, což je velký krok z 1, 5 K na 1, 5 K při 60 snímcích za sekundu podporovaných 835.

Mezi další funkce patří zabezpečená procesorová jednotka, která používá své vlastní jádro k ukládání bezpečnostních informací mimo jádro a pracuje s CPU a schopností Qualcomm TrustZone.

845 integruje modem X20, který společnost Qualcomm uvedla v loňském roce a je schopen podporovat LTE kategorii 18 (s rychlostí až 1, 2 Gbps), až 5 agregací nosných a 4X4 MIMO, a používá techniky, jako je licencovaný asistovaný přístup, aby zrychlil rychlosti možné ve více oblastech.

Čip je vyráběn na 10nm procesu Samsung s nízkou spotřebou.

Qualcomm také vyrábí řadu aplikačních procesorů Snapdragon 600, vedených 660, které používají mnozí čínští prodejci, včetně Oppo a Vivo. Při přípravě kongresu Mobile World Congress představil rodinu Snapdragon 700, která má mnoho stejných funkcí jako rodina 800, včetně Hexagon DSP, Spectra ISP, grafické grafiky Adreno a CPU Kryo. Ve srovnání s 660, Qualcomm říká, že nabídne 2x vylepšení v aplikacích AI na zařízení a 30% zlepšení energetické účinnosti.

Samsung

I když používá procesory Qualcomm na většině svých severoamerických telefonů, na mnoha jiných trzích, Samsung používá své vlastní procesory Exynos a začíná tyto procesory zpřístupňovat jiným výrobcům telefonů.

Jeho novou špičkou je model Exynos 9810, který společnost Samsung použije v mezinárodních verzích Galaxy S9 a S9 +.

Společnost Samsung opět tlačí nové funkce pro „software založený na hlubokém učení“, který říká, že pomáhá procesoru přesně identifikovat položky nebo osoby v telefonech a podporuje hloubkový smysl pro rozpoznávání obličeje.

9810 je také čip s osmi jádry, se čtyřmi jádry A55 pro energetickou účinnost a čtyřmi vlastními návrhy CPU pro výkon. Společnost Samsung uvádí, že tato nová jádra, která mohou běžet až do 2, 9 GHz, mají širší potrubí a optimalizovanou vyrovnávací paměť, což jim oproti loňskému roku 8895 dává dvojnásobný výkon jednojádrového výkonu a 40% vícejádrového výkonu ve srovnání s jeho předchůdcem. Zveřejněná měřítka ukazují zlepšení v reálném světě, ale ne tolik, jak bylo požadováno; v tomto bodě jsem stále skeptická vůči všem mobilním měřítkům.)

Mezi další funkce patří grafika Mali-G72 MP18, podpora až 3840-by-2400 displejů a 4096-by-2160 displejů, procesor s duálním obrazovým signálem (ISP) a podpora 4K snímání rychlostí 120 snímků za sekundu. 9810 má také modem kategorie 18 s agregací 6 nosičů a 4-by-4 MIMO pro downlink (2 CA pro uplink), s maximální downlinkovou rychlostí 1, 2 Gbps a 200 Mbs uploadů. Na papíře to odpovídá modemům kategorie 18, které Qualcomm i Huawei mají ve svých současných špičkových čipech. Stejně jako model Snapdragon 845 se vyrábí v procesu 10nm FinFET společnosti Samsung druhé generace.

MediaTek

MediaTek byl více hráčem v telefonech střední třídy a níže a minulý měsíc představil nový čip s názvem Helio P60, který byl zaměřen na trh „New Premium“ - telefon střední třídy v rozsahu 200 až 400 USD, který nabízí všechny základní vlastnosti vyšších telefonů. První telefon oznámil, že bude používat tento čip je Oppo R15.

Špičkovým procesorem společnosti, který byl oznámen v loňském roce, je Helio X30, což je dekádrový procesor zaměřený na prémiové telefony. To zahrnuje dvě jádra procesorů ARM Cortex-A73 běžící až do 2, 5 GHz, čtyři jádra Cortex-A53 běžící až do 2, 2 GHz a čtyři jádra A35, která mohou běžet až do 1, 9 GHz, spolu s grafikou PowerVR řady 7XT Plus společnosti Imagination na 800 GHz a LTE kategorie 10 modem schopný agregace 3 nosných na downlinku. Je to zajímavý čip, vyrobený na 10nm procesu TSMC, a prosazuje myšlenku, že více jader může být flexibilnější. Mezi telefony oznámenými, že to používají, jsou Meizu Pro 7 Plus s duálními obrazovkami a Vernee Apollo 2 (přední 8MP, 16MP + 13MP zadní kamery).

V loňském roce společnost MediaTek oznámila dva procesory na středním trhu, Helio P23 a P30, zaměřené na globální trhy a konkrétně na Čínu, každý s osmi jádry Cortex-A53 běžícími na frekvenci 2, 53 GHz a grafikou Mali G71 MP2. To jsou čipy, které P60 je navržen tak, aby nahradil, a nabízejí více energie a umožňují řadu nových funkcí.

P60 nabízí vyšší výkon a je návratem k velkému.LITTLE konfiguraci ARM a MediaTek tlačeným v předchozích letech, kombinující čtyři výkonnější ARM Cortex-A73 až do 2, 0 GHz se čtyřmi efektivnějšími Cortex-A53 jádra, také při 2, 0 GHz. K nim se připojuje GPU ARM Mali G72 NMP3 až do 800 MHz a všechny jsou řízeny čtvrtou verzí technologie CorePilot MediaTek pro plánování, kde se provádějí úkoly. Ve srovnání s P23 a P30, MediaTek říká, že P60 nabízí 70% vylepšení výkonu v operacích CPU i GPU.

MediaTek se také dostává na pásový vůz AI, s P60 včetně platformy NeuroPilot pro hardwarovou akceleraci neuronové sítě. To podporuje Google Neuronovou síť Google (NN) a běžné rámce AI, včetně TensorFlow, TensorFlow Lite, Caffe a Caffe 2. Toto je ve skutečnosti specializovaný digitální signálový procesor schopný 280 GMAC (miliardy operací vícenásobného hromadění za sekundu). Je navržen tak, aby jej bylo možné používat například při rozpoznávání obličeje pro odemknutí telefonu (něco, co jsme dosud viděli u telefonů vyšší třídy, ale dosud ne u telefonů střední třídy), a rozpoznávání objektů, dokonce iu videa, rychlostí 60 snímků za sekundu.

Kromě toho má P60 řadu nových obrazových funkcí, včetně tří procesorů obrazových senzorů, které mohou podporovat konfiguraci dvou kamer 16 a 20 MP senzorů nebo jednu kameru až 32 MP. (Ještě jsem neviděl telefon ve výrobě s kamerovým senzorem s tolika megapixely, ale prý přicházejí.) Tyto senzory přidávají funkce redukce šumu a bokeh v reálném čase (rozmazání pozadí používané v režimech na výšku).

Čip obsahuje modem, který podporuje stahování kategorie 7 (až 300 Mb / s) a nahrávání kategorie 13 (až 150 Mb / s s agregací 2 nosičů). Vyrábí se na procesu 12nm FinFet společnosti TSMC, který podle společnosti pomáhá dosáhnout 25% úspory energie pro aplikace náročné na energii, jako jsou hry, a celkově 12% úspory energie.

Spreadtrum

Společnost Spreadtrum, která vyrábí modemy většinou prodávané na čínském trhu, oznámila partnerství se společností Intel, která bude používat 5G modem Intel a procesory kompatibilní s ARM. To je ještě pár let, takže detaily ještě nejsou k dispozici.

Všimněte si, že zatímco Spreadtrum není v USA příliš viditelný, na obchodním trhu aplikačních procesorů sleduje pouze Qualcomm a MediaTek. Většinou prodává produkty s procesory ARM a vlastním 4G modemem, ale má dohodu a společnost Intel je menšinovým vlastníkem. To vedlo k čipu s procesory Intel a modemu Spreadtrum (opak nového oznámení).

PAŽE

Samozřejmě to nejsou jen výrobci čipů, kteří vidí AI jako další velkou vlnu, a společnosti, které dělají IP, také v této oblasti dělají velký tlak.

ARM, nejúspěšnější výrobci IP, minulý měsíc oznámila sadu IP pro strojové učení, včetně hardwaru i softwaru, a poslala to na Mobile World Congress.

Toto dabované projektové trillium zahrnuje návrhy procesorů (IP) pro strojové učení (ML) a detekci objektů (OD), spolu s novou softwarovou knihovnou.

Procesor ML je navržen tak, aby seděl uvnitř aplikačního procesoru a pracoval vedle jádra CPU, GPU a displeje. Softwarová knihovna, která je známá jako ARM NN (neuronová síť), je navržena tak, aby podporovala rámce jako TensorFlow, Caffe a Android NN. To umožňuje těmto aplikacím spouštět software samotný na stávajících procesorech, které mají procesory ARM a grafiku; i když samozřejmě bude výrazně urychleno, když běží na procesorech, které obsahují ML jádra. Software třetích stran bude také pracovat na jádru procesoru. ARM říká, že jádro ML bylo navrženo od základu speciálně pro provoz neuronových sítí. Může spouštět jak 8, tak 16bitové aplikace, i když trend je zaměřit se na 8bitovou jednoduchost.

Procesor OD je navržen tak, aby seděl vedle obrazového signalizačního procesoru (ISP), aby poskytoval detekci objektů s nízkou spotřebou, konkrétně pro aplikace, jako je detekce obličeje a sledování pohybu. Jedná se o vyhrazený hardwarový blok navržený pro použití s ​​novými senzorovými technologiemi, jako jsou stereoskopické kamery.

ARM uvedl, že nová IP bude k dispozici pro náhled vývojářů v dubnu a bude obecně k dispozici koncem tohoto roku, ale vzhledem k typickému časovému cyklu je nepravděpodobné, že by se nová procesorová jádra objevila v čipech až do roku 2019 nebo později. Software, který pracuje na existujících jádrech, by mohl být samozřejmě nasazen mnohem dříve.

ARM také prosazovala některá nová řešení pro internet věcí, včetně nového řešení SIM nazvaného Kigen, které bylo navrženo tak, aby bylo zabudováno do SoC pro nízkoenergetická zařízení nahrazující dnešní fyzické karty SIM.

Technologie představivosti

Imaginace, známá pro svou grafiku PowerVR, oznámila loni na podzim svou neuronovou síťovou IP, PowerVR 2NX Neural Network Acceleration (NNA). Jedná se o flexibilní architekturu s jedním až osmi jádry, z nichž každé může obsahovat 256 8-bitových jednotek hromadného hromadění (MAC). Představivost říká, že dokáže provádět více než 3, 2 bilionů operací za sekundu.

Ceva

Na trh se dostávají i další prodejci IP. Ceva, která je známá svými DSP jádry, právě oznámila NeuPro, rodinu procesorových jader AI určených pro okrajová zařízení. Jsou založeny na procesorech, které firma prodala v oblasti počítačového vidění, a využívají rámec CDNN pro řadu „procesů AI“. To bude fungovat s běžnými strojovými vzdělávacími rámci a převést je tak, aby fungovaly na mobilních procesorech pro inferencování. Společnost plánuje procesory od 2 do 12, 5 teraopů za sekundu (TOPS) určené pro spotřební, sledovací a ADAS produkty (pro autonomní vozidla). Ceva uvedl, že jeden z hlavních zákazníků v automobilovém průmyslu plánuje umožnit 100 TOPS výkonu při spotřebě méně než 10 wattů. Licencování začne v druhé polovině tohoto roku.

Ceva také oznámila svou PentaG platformu DSP pro 5G baseband modemy. Společnost říká, že její současné DSP jsou ve 40 procentech světových telefonů, pokrývají asi 900 milionů telefonů ročně a v modemech od společností Intel, Samsung a Spreadtrum. Nová platforma má více umělé inteligence, která se používá zejména pro „adaptaci odkazů“. Ve světě 5G mohou mít telefony více linek k základnové stanici a Ceva říká, že jeho hardware a software pomáhá určit nejlepší spojení každých pár milisekund. To může ušetřit spoustu energie ve srovnání s použitím samotného softwaru. Nejedná se o univerzální DSP nebo neuronový síťový čip, ale spíše o ten, který je navržen speciálně pro komunikaci. Právě bylo ohlášeno a mělo by být k dispozici ve třetím čtvrtletí.

Ceva také vyvíjí velký tlak na DSP na trhu se základnovými stanicemi 5G a uvedla, že až 50 procent nové rádiové infrastruktury 5G bude využívat firemní DSP IP, včetně systémů od Nokia a ZTE.

Jak je pravděpodobné, že doporučíte PCMag.com?