Mobilni procesorji leta 2018: poraba funkcij strojnega učenja

Ni presenetljivo, da so letošnji pametni telefoni opremljeni s hitrejšimi procesorji kot tisti iz lanskega leta - kar se dogaja vsako leto. Kar je novost v tem letu, je prevlado funkcij strojnega učenja, ki jih skoraj vsak proizvajalec procesorjev označuje kot način razlikovanja svojih naprav. To velja za prodajalce telefonov, ki oblikujejo lastne čipe, neodvisne ali trgovske prodajalce čipov, ki prodajajo procesorje prodajalcem telefonov, in celo za proizvajalce IP, ki oblikujejo jedra, ki gredo v procesorje sami.

Ozadje

Najprej malo ozadja: vsi sodobni aplikacijski procesorji vključujejo modele (ki jih pogosto imenujemo intelektualna lastnina ali IP) drugih podjetij, zlasti podjetij, kot so ARM, Imagination Technologies, MIPS in Ceva. Takšen IP se lahko pojavlja v različnih oblikah - na primer ARM prodaja vse, od osnovne licence za njegovo 32-bitno in 64-bitno arhitekturo, do specifičnih jeder za CPU, grafiko, obdelavo slik itd., Ki jih lahko nato oblikovalci čipov uporabijo ustvarite procesorje. Običajno oblikovalci čipov ta jedra mešajo in se ujemajo z lastnimi dizajni ter se odločajo za več pomnilnika, medsebojnih povezav in drugih funkcij, da bi uravnotežili zmogljivost z potrebami po energiji, velikostjo in stroški.

Na sprednji strani CPU-ja ima večina čipov kombinacijo večjih jeder, ki so zmogljivejša in delujejo hitreje in vroče, ter manjših jeder, ki so učinkovitejša. Običajno bodo telefoni večino uporabljali manjša jedra, toda za zahtevnejša opravila bodo prešli na jedra z večjo zmogljivostjo in uporabili kombinacijo jeder in GPU ter drugih jeder za najboljše upravljanje potreb po zmogljivosti in toplotnih razlogov (ne morete zaganjajte visokozmogljiva jedra zelo dolgo, saj bi se ta pregrevala in jih običajno ni treba). Najbolj znana primera za velika jedra sta ARM-ova Cortex-A75 in A73 jedra; manjši jedri bi ustrezali A55 in A53. V današnjih telefonih višjega cenovnega razreda boste pogosto videli štiri od teh v tistem, kar je znano kot okta osrednja jedra, čeprav so nekateri prodajalci uporabili druge pristope.

Pri grafiki je več raznolikosti: nekateri prodajalci izbirajo linijo Mali ARM, drugi izbirajo PowerVR Imagination Technologies, tretji pa se odločijo za oblikovanje lastnih grafičnih jeder. In še več je raznolikosti, ko gre za stvari, kot so obdelava slik, digitalna obdelava signalov in pozno AI funkcije.

Apple

Apple je svoje zmogljivosti AI začel prodajati v svojih telefonskih napovedih, med drugim predvsem čip A11 Bionic, ki se uporablja v iPhone 8 in 8 Plus, ter iPhone X.

A11 Bionic je šestjedrna arhitektura, ki ima dve visokozmogljivi jedri in štiri jedra učinkovitosti. Apple oblikuje lastna jedra (pod licenco ARM za arhitekturo) in že tradicionalno pospeši delovanje z enim navojem. To je korak več od štirijedrnega A10 Fusion, Apple pa je dejal, da so zmogljivosti jeder v A11 do 25 odstotkov hitrejše kot v A10, medtem ko so štiri jedra učinkovitosti lahko tudi do 70 odstotkov hitrejša od čipa A10 Fusion. Povedalo je tudi, da je grafični procesor do 30 odstotkov hitrejši.

Apple govori o čipu, ki ima dvojedrni "Neural Engine", ki lahko pomaga pri prepoznavanju scene v aplikaciji za kamero, in Face ID ter Animoji na iPhone X. Podjetje je izdal tudi API, imenovan CoreML, za pomoč tretjim osebam razvijalci ustvarijo aplikacije, ki to izkoristijo.

Apple običajno ne daje veliko informacij o svojih procesorjih, vendar pravi, da je nevronski motor A11 Bionic dvojedrni dizajn, ki lahko v realnem času opravi do 600 milijard operacij na sekundo.

Za razliko od večine drugih proizvajalcev procesorjev Apple ne integrira modema v svoje aplikacijske procesorje in namesto tega uporablja samostojne modeme Qualcomm ali Intel. V zvezi s tem je bilo, ali Apple samo podpira funkcije v svojih modulih Qualcomm, ki jih podpira tudi Intel; V praksi to pomeni, da iPhoni podpirajo tristransko združevanje nosilcev, ne pa tudi nekaterih naprednejših funkcij.

Huawei

Huawei je bil prav tako zgodaj aktiven AI in je svoj Kirin 970, ki ga je objavila na razstavi IFA, napovedal, "prva mobilna procesorska enota AI na svetu." Kirin 970 se trenutno uporablja v Huawei Mate 10. Vsebuje štiri Cortex-A73 CPU jedra, ki delujejo do 2, 4 GHz, in štiri A53, ki delujejo do 1, 8 GHz, ter ARM-ov Mali G72 MP12 GP12.

Še posebej novo pri modelu 970 je, kar Huawei imenuje NPU ali Nevronska procesna enota. Družba je povedala, da lahko naloge, ki jih lahko naložimo v ta procesor, dosežejo 25-kratno zmogljivost in 50-krat večjo učinkovitost v primerjavi s tistimi, ki delujejo v procesorju. Namenjen je predvsem hitrejšemu prepoznavanju slike in boljši fotografiji. Huawei je na razstavi dejal, da lahko telefon obdeluje 1, 92 16-bitnih TeraFLOP-ov.

Kirin 970 ima signalni procesor z dvojno sliko, LTE modem kategorije 18 s 5-nosilnim združevanjem in 4-za-4 MIMO, ki naj bi omogočil največjo hitrost nanosa 1, 2 Gbps.

Huawei je na mobilnem svetovnem kongresu napovedal svoj prvi 5G modem, Balong 5G01, za katerega je dejal, da bo prvi 5G modem. Verjetno bo ta modem sprejel tudi nekaj prihodnjih procesorjev aplikacij, vendar to še ni bilo objavljeno. Tehnično gledano vse te izdelke ustvarja hčerinska družba HiSilicon podjetja.

Qualcomm

Čip, ki bo verjetno v središču večine vodilnih telefonov Android v ZDA letos, je Qualcommov Snapdragon 845. Gre za nadgradnjo Snapdragona 835, ki je bila uporabljena v večini vrhunskih Android telefonov leta 2017 in se že uporablja v severnoameriške različice Galaxy S9.

Tako kot večina drugih ponudnikov tudi Qualcomm pritiska na nevronske mreže in AI kot eno največjih področij izboljšav letošnjega čipa, skupaj s povečano osredotočenostjo na "potopitev" - kar v bistvu pomeni boljše slikanje.

Na področju AI se Qualcomm rad pogovarja o tem, da ima večjedrni Neural Processing Engine (NPE), ki uporablja novo različico svojega Hexagon DSP ter CPU in GPU za zagovarjanje.

Čip ima Hexagon 685 DSP, za katerega Qualcomm pravi, da lahko več kot podvoji zmogljivost obdelave AI; procesor Kryo 385, za katerega pravi, da zagotavlja 25 do 30-odstotno povečanje zmogljivosti svojih jeder za delovanje (štiri jedra ARM Cortex-A75, ki delujejo do 2, 85 GHz), in do 15-odstotno povečanje zmogljivosti za njegova "jedra učinkovitosti (štiri Cortex-A55 jedra, ki delujejo do 1, 8 GHz), z vsemi skupnimi predpomnilniki L3 z 2 MB, in GP-jem Adreno 630, za katerega Qualcomm pravi, da bo podpiral 30-odstotno izboljšanje zmogljivosti ali 30-odstotno zmanjšanje porabe energije in do 2, 5-krat hitrejši zasloni.

Na področju AI čip podpira veliko različnih okvirov strojnega učenja in podjetje pravi, da to deluje za stvari, kot so klasifikacija predmetov, zaznavanje obrazov, segmentacija scene, prepoznavanje zvočnikov itd. Dve poudarjeni aplikaciji sta v živo bokeh učinki (za izdelavo portretov z zamegljenim ozadjem) in aktivnim zaznavanjem globine ter strukturirano svetlobo, kar naj bi omogočilo boljše prepoznavanje obrazov. S prehodom inferencing iz oblaka na napravo Qualcomm pravi, da boste dobili prednosti nizke zamude, zasebnosti in izboljšane zanesljivosti.

Na področju slikanja ima čip novo različico ISP-a Qualcomm Spectra, izboljšan zajem videa visoke ločljivosti z večkratnim zmanjševanjem hrupa, možnost zajema 16-milijona slikovnih pik pri 60 sličicah na sekundo in 720p počasi video pri 480 sličic na sekundo. Za VR 845 podpira prikazovalnike z ločljivostjo 2K do 2K pri 120 sličicah na sekundo, kar je velik korak v primerjavi z 1, 5K za 1, 5K pri 60 sličicah na sekundo, ki jih podpira 835.

Druge funkcije vključujejo varno procesno enoto, ki uporablja svoje jedro za shranjevanje varnostnih informacij zunaj jedra in deluje s procesorjem CPU in Qualcommovim TrustZone.

Model 845 združuje modem X20, ki ga je Qualcomm predstavil lani in ki lahko podpira LTE kategorijo 18 (s hitrostmi do 1, 2 Gbps), do 5 nosilcev in 4X4 MIMO, za hitrejše pa uporablja tehnike, kot je licencirani dostop hitrosti so možne na več območjih.

Čip je izdelan po Samsungovem 10nm postopku z majhno porabo.

Qualcomm naredi tudi družino aplikacijskih procesorjev Snapdragon 600, ki jo vodi 660, ki jo uporabljajo številni kitajski prodajalci, med njimi Oppo in Vivo. Pred pričetkom svetovnega kongresa mobilne telefonije je predstavila družino Snapdragon 700, ki ima številne enake lastnosti kot družina 800, vključno s Hexagon DSP, Spectra ISP, Adreno grafiko in Kryo CPU. V primerjavi s 660 Qualcomm pravi, da bo ponudil 2x izboljšanje aplikacij AI na napravi in ​​30-odstotno izboljšanje energetske učinkovitosti.

Samsung

Čeprav uporablja procesorje Qualcomm na večini svojih severnoameriških telefonov, Samsung na številnih drugih trgih uporablja lastne procesorje Exynos in takšne procesorje ponuja na voljo drugim proizvajalcem telefonov.

Njegov novi vrhunski model je Exynos 9810, ki ga bo Samsung uporabljal v mednarodnih različicah Galaxy S9 in S9 +.

Samsung spet napeljuje nove funkcije za "programsko opremo, ki temelji na globokem učenju", za katero pravi, da procesorju pomaga natančno prepoznati predmete ali osebe v telefonih in podpira globino občutka za prepoznavanje obrazov.

9810 je tudi oktansko jedrni čip, s štirimi A55 jedri za energijsko učinkovitost in štirimi oblikovalskimi procesorji po meri za zmogljivost. Samsung pravi, da imajo ta nova jedra, ki lahko delujejo do 2, 9 GHz, širši cevovod in optimiziran pomnilnik predpomnilnika, kar jim daje dvakratno enojedrno zmogljivost in 40 odstotkov več zmogljivosti več jeder v primerjavi s predhodnikom, lanskim 8895. (Objavljena merila uspešnosti kažejo izboljšave v resničnem svetu, vendar ne toliko, kot je bilo zahtevano; v tej točki ostajam skeptičen do vseh meril za mobilne naprave.)

Druge funkcije vključujejo grafiko Mali-G72 MP18, podporo do 3840 zaslonov 2400 in zaslonov 4096 na 2160, procesor z dvojnim slikovnim signalom (ISP) in podporo za zajem 4K pri 120 sličicah na sekundo. 9810 ima tudi modem kategorije 18 s 6 združevanjem nosilcev in 4-za-4 MIMO za nižjo povezavo (2 CA za navzgornjo povezavo), z največjo 1, 2 Gbps hitrosti navzdol in 200 prenosi v Mbs. Na papirju se to ujema z modemi kategorije 18, ki jih imata Qualcomm in Huawei v svojih trenutnih glavnih čipih. Tako kot Snapdragon 845 je tudi ta izdelan po Samsungovi drugi generacijski 10-nm procesu FinFET.

MediaTek

MediaTek je bolj igralec v telefonih srednjega cenovnega razreda in manj, prejšnji mesec pa je predstavil nov čip, imenovan Helio P60, namenjen trgu "New Premium" - telefon srednjega trga v razponu od 200 do 400 dolarjev, ki ponuja vse osnovne lastnosti telefonov višjega cenovnega razreda. Prvi telefon, ki bo objavil ta čip, je Oppo R15.

Vrhunski procesor podjetja, ki so ga napovedali že lani, je Helio X30, ki je dekanalni procesor, namenjen vrhunskim telefonom. Sem spadata dva jedra procesorja ARM Cortex-A73, ki delujejo do 2, 5 GHz, štiri jedra Cortex-A53, ki delujejo do 2, 2 GHz, in štiri jedra A35, ki lahko delujejo do 1, 9 GHz, skupaj z grafiko PowerVR Series 7XT Plus Imagination na 800 GHz in modem LTE kategorije 10, ki omogoča združevanje s 3 nosilci na nizozemski povezavi. To je zanimiv čip, ki je izdelan v 10-nm postopku TSMC-a in spodbudi idejo, da je več jeder lahko bolj prilagodljivo. Med telefoni, ki to uporabljajo, sta Meizu Pro 7 Plus z dvojnimi zasloni in Vernee Apollo 2 (8MP sprednja kamera, 16MP + 13MP zadnje kamere).

Lani je MediaTek napovedal dva procesorja za srednje trge, Helio P23 in P30, usmerjena na svetovne trge in posebej na Kitajsko, vsak z osmimi Cortex-A53 jedri, ki delujejo na 2, 53 GHz, in Mali G71 MP2 grafiko. To so čipi, s katerimi je P60 zasnovan tako, da nudi večjo moč in omogoča vrsto novih funkcij.

P60 ponuja večjo zmogljivost in je vrnitev k velikim.LITTLE konfiguraciji ARM in MediaTek, ki sta bila v preteklih letih združena s štirimi najmočnejšimi ARM Cortex-A73 do 2, 0 GHz s štirimi učinkovitejšimi Cortex-A53 jedra, tudi pri 2, 0 GHz. Tem se pridružuje ARM Mali G72 NMP3 GPU do 800 MHz, vse pa nadzira četrta različica tehnologije MediaTek CorePilot za načrtovanje, kjer se izvajajo naloge. V primerjavi s P23 in P30 MediaTek pravi, da P60 ponuja 70-odstotno izboljšanje zmogljivosti tako v CPU kot v GPU.

Tudi MediaTek postaja na AI pasu, P60 pa vključuje tudi NeuroPilot platformo za pospeševanje strojne opreme nevronskih omrežij. To podpira Googlovo nevronsko omrežje Android (NN) in skupne okvire AI, vključno s TensorFlow, TensorFlow Lite, Caffe in Caffe 2. To je učinkovito specializiran digitalni signalni procesor z zmogljivostjo 280 GMAC-ov (več milijard operacij množenja in kopičenja na sekundo). Zasnovan je tako, da se uporablja za stvari, kot je prepoznavanje obraza pri odklepanju telefona (nekaj, kar smo videli pri telefonih višjega cenovnega razreda, vendar ne v telefonih srednjega cenovnega razreda) in prepoznavanje predmetov, tudi v videoposnetkih, pri 60 sličicah na sekundo.

Poleg tega ima P60 številne nove slikovne funkcije, vključno s tremi procesorji slikovnih senzorjev, ki lahko podpirajo konfiguracijo dvojnih kamer s 16 in 20 MP senzorji ali eno samo kamero do 32 MP. (Še nisem zasledila telefona v proizvodnji s senzorjem fotoaparata s toliko megapikseli, a menda prihajajo.) Ti senzorji dodajajo funkcije za zmanjšanje hrupa, skupaj z bokejem v realnem času (zamegljenost ozadja, uporabljenega v portretih).

Čip vključuje modem, ki podpira prenose kategorije 7 (pri hitrosti do 300 Mbps) in nalaganje kategorije 13 (do 150 Mbps z združevanjem 2 nosilcev). Izdelana je po TSMC-jevem 12-nm procesu FinFet, za katerega podjetje pravi, da mu pomaga do 25-odstotnega prihranka energije za energijsko intenzivne aplikacije, kot so igre, in 12-odstotni prihranek energije na splošno.

Spreadtrum

Spreadtrum, zaradi katerega se modemi večinoma prodajajo na kitajskem trgu, je napovedal partnerstvo z Intelom, ki bo uporabljal Intelov 5G modem in ARM-združljive CPU-je. To je še nekaj let, zato podrobnosti še niso na voljo.

Upoštevajte, da čeprav Spreadtrum v ZDA ni zelo viden, na trgu trgovskih programov aplikacij sledi samo Qualcomm in MediaTek. Večinoma prodaja izdelke z ARM-jevimi procesorji in lastnim 4G modemom, ima pa posel in Intel je v manjšinski lasti. To je povzročilo čip z Intelovimi CPU-ji in Spreadtrumovim modemom (nasprotno od nove napovedi).

ROKA

Seveda niso samo proizvajalci čipov tisti, ki AI vidijo kot naslednji velik val, in podjetja, ki ustvarjajo IP, so tudi na tem področju močno napredovala.

ARM, najuspešnejši od izdelovalcev IP, je prejšnji mesec napovedal nabor IP za strojno učenje, vključno s strojno in programsko opremo, in to spodbudil na mobilnem svetovnem kongresu.

Projekt, imenovan Trillium, vključuje zasnove procesorjev (IP) tako za strojno učenje (ML) kot za odkrivanje objektov (OD), skupaj z novo knjižnico programske opreme.

Procesor ML je zasnovan tako, da je znotraj aplikacijskega procesorja in deluje poleg CPU-ja, GPU-ja in prikaznega jedra. Knjižnica programske opreme, imenovana ARM NN (nevronska mreža), je zasnovana tako, da podpira okvire, kot so TensorFlow, Caffe in Android NN. To omogoča, da se te aplikacije samo izvajajo prek programske opreme na obstoječih procesorjih, ki imajo ARM CPU in grafiko; Seveda pa se bo ob zagonu na procesorjih, ki vključujejo jedra ML, precej pospešila. Programska oprema drugih proizvajalcev bo delovala tudi na procesorskem jedru. ARM pravi, da je bilo jedro ML zasnovano od začetka posebej za izvajanje nevronskih mrež. Lahko zažene tako 8 kot 16-bitne aplikacije, čeprav je trend, da se zaradi preprostosti osredotočimo na 8-bitne programe.

Procesor OD je zasnovan tako, da sedi poleg procesorja za slikovno signalizacijo (ISP) in tako zagotavlja zaznavanje objektov z majhno močjo, posebej za aplikacije, kot sta zaznavanje obrazov in sledenje gibanju. To je namenski strojni blok, zasnovan za uporabo z novimi senzorskimi tehnologijami, kot so stereoskopske kamere.

ARM je dejal, da bo nov IP na voljo za predogled razvijalcev aprila in bo na splošno na voljo pozneje letos, vendar je glede na tipičen časovni cikel malo verjetno, da bi se nova procesorska jedra pojavila v čipih do leta 2019 ali pozneje. Seveda bi lahko programsko opremo, ki deluje na obstoječih jedrih, uvedli veliko prej.

ARM je predstavil tudi nove rešitve za internet stvari, vključno z novo SIM-kartico, imenovano Kigen, zasnovano tako, da se vgradi v SoC-je za naprave z majhno porabo, da nadomestijo današnje fizične kartice SIM.

Imagination Technologies

Domišljija, znana po svoji grafiki PowerVR, je lansko jesen napovedala svoj nevronski mrežni IP, PowerVR 2NX Neural Network Acceleration (NNA). To je fleksibilna arhitektura z enim do osmimi jedri, od katerih lahko vsako vsebuje 256 8-bitnih enot za večkratno kopičenje (MAC). Domišljija pravi, da lahko izvede več kot 3, 2 trilijona operacij na sekundo.

Ceva

Na trg prihajajo tudi drugi prodajalci IP. Ceva, ki je znana po svojih jedrih DSP, je pravkar napovedala NeuPro, družino procesorskih jeder AI, zasnovanih za robne naprave. Ti temeljijo na procesorjih, ki jih je podjetje prodalo na področju računalniškega vida, in uporabljajo okvir CDNN za različne "AI procese." To bo delovalo s skupnimi okviri strojnega učenja in jih pretvorilo v tekaške mobilne procesorje. Podjetje načrtuje procesorje v razponu od 2 do 12, 5 teraopov na sekundo (TOPS), zasnovane za potrošniške, nadzorne in ADAS izdelke (za avtonomna vozila). Ceva je povedala, da ena večja stranka avtomobilov načrtuje, da bo omogočil 100 TOPS zmogljivosti z manj kot 10 vatov moči. Licenciranje se bo začelo v drugi polovici letošnjega leta.

Ceva je objavila tudi svojo PentaG platformo DSP-jev za 5G bazne pasove. V podjetju pravijo, da so njegovi trenutni DSP-ji v 40 odstotkih svetovnih mobilnih telefonov, ki pokrivajo približno 900 milijonov telefonov na leto, in v modemovih Intel, Samsung in Spreadtrum. Nova platforma ima več AI, ki se uporablja predvsem za "prilagoditev povezav". V svetu 5G imajo mobilni telefoni lahko več povezav do bazne postaje, Ceva pa pravi, da njegova strojna in programska oprema pomagata določiti najboljšo povezavo vsakih nekaj milisekund. To lahko prihrani veliko energije v primerjavi s samo programsko opremo. To ni splošni namenski DSP ali nevronski omrežni čip, temveč takšen, ki je zasnovan posebej za komunikacijo. Pravkar je bil objavljen in bo na voljo v tretjem četrtletju.

Ceva si močno prizadeva tudi za DSP na trgu baznih postaj 5G in je dejala, da bo kar 50 odstotkov nove radijske infrastrukture 5G uporabljalo DSP IP podjetja, vključno s sistemi Nokia in ZTE.

Kako verjetno priporočate PCMag.com?