Мобільні процесори 2018 року: зростання можливостей машинного навчання

Не дивно, що цьогорічні смартфони оснащені швидшими процесорами, ніж ті, що минулого року, що відбувається щороку. Але що нового в цьому році - це переважання функцій машинного навчання, які майже кожен постачальник процесорів рекламує як спосіб диференціювати свої пристрої. Це стосується постачальників телефонів, які розробляють власні мікросхеми, незалежних чи торгових постачальників чіпів, які продають процесори телефонним постачальникам, і навіть виробників ІС, які проектують ядра, що йдуть в процесори самі.

Фон

По-перше, трохи інформації: усі сучасні процесори додатків включають конструкції (які часто називають інтелектуальною власністю або IP) від інших компаній, зокрема фірм, таких як ARM, Imagination Technologies, MIPS та Ceva. Такий IP може з'являтися в різних формах - наприклад, ARM продає все, від базової ліцензії на його 32-бітну та 64-бітну архітектуру, до конкретних ядер для процесорів, графіки, обробки зображень тощо, якими потім можуть використовувати дизайнери чіпів створити процесори. Зазвичай дизайнери мікросхем змішують і узгоджують ці ядра з власними конструкціями та роблять різні варіанти пам’яті, взаємозв’язків та інших функцій, намагаючись збалансувати продуктивність з потребами в електроенергії, розміром та вартістю.

На передній частині процесора більшість мікросхем мають комбінацію більш великих ядер, які є більш потужними та працюють швидше і гарячіше, і менших ядер, які ефективніші. Зазвичай телефони будуть використовувати більш дрібні ядра більшу частину часу, але для складних завдань переключиться на більш високопродуктивні ядра та використовуватиме комбінацію ядер і GPU та інших ядер, щоб найкраще керувати потребами в роботі та тепловими міркуваннями (ви не можете запускати високоефективні сердечники дуже довго, тому що вони перегріваються, і зазвичай цього не потрібно). Найвідомішими прикладами для великих ядер є ядра Cortex-A75 та A73 ARM; відповідні менші ядра були б A55 і A53. У сучасних телефонах високого класу ви часто бачите чотири з них у тому, що відомо як октанове ядро, хоча деякі постачальники застосовують інші підходи.

Що стосується графіки, то тут є більше різноманітності: деякі виробники вибирають лінію ARM на Малі, інші вибирають PowerVR Imagination Technologies, а треті вирішують створити власні графічні ядра. І ще більше розмаїття стосується таких речей, як обробка зображень, цифрова обробка сигналів, а також пізні функції AI.

Apple

Apple почала просувати свої можливості AI у своїх оголошеннях про осінні телефони, зокрема, чіп "A11 Bionic", який використовується в iPhone 8 та 8 Plus, а також iPhone X.

A11 Bionic - це шестиядерна архітектура з двома високопродуктивними ядрами та чотирма ядрами ефективності. Apple розробляє власні сердечники (за ліцензією на архітектуру ARM) і традиційно розширює однопоточні характеристики. Це йде на крок від чотирьохядерного A10 Fusion, і Apple заявила, що продуктивні сердечники в A11 до 25 відсотків швидше, ніж в A10, в той час як чотири ядра ефективності можуть бути до 70 відсотків швидше, ніж чіп A10 Fusion . Також було сказано, що графічний процесор швидше на 30 відсотків.

Apple розповідає про чіп, який має двоядерний "Neural Engine", який може допомогти розпізнавати сцену в додатку для камери, а також Face ID і Animoji на iPhone X. Компанія також випустила API під назвою CoreML, щоб допомогти сторонній компанії розробники створюють додатки, які цим користуються.

Apple, як правило, не дає багато інформації про свої процесори, але каже, що нейронний двигун A11 Bionic є двоядерною конструкцією, яка може виконувати до 600 мільярдів операцій в секунду для обробки в режимі реального часу.

На відміну від більшості інших виробників процесорів, Apple не інтегрує модем у свої прикладні процесори, а натомість використовує автономні модеми Qualcomm або Intel. Існували певні суперечки щодо того, чи підтримує Apple лише функції в своїх модемах Qualcomm, які також підтримує Intel; На практиці це означає, що iPhone підтримує тристороння агрегація носіїв, але не деякі більш вдосконалені функції.

Huawei

Huawei також рано почав діяти AI, і назвав його Kirin 970, про який він оголосив на виставці IFA минулої осені, "першим у світі мобільним процесором AI". Kirin 970 використовується зараз у Huawei Mate 10. Він включає чотири процесорні ядра Cortex-A73, що працюють на частоті до 2, 4 ГГц, і чотири A53, які працюють на частоті до 1, 8 ГГц, а також графічний процесор Mali G72 MP12 ARM ARM.

Особливо новим у 970 є те, що Huawei називає своїм NPU, або нейронним процесором. Компанія заявила, що завдання, які можна завантажити на цей процесор, можуть бачити в 25 разів більше продуктивності і в 50 разів ефективніше порівняно з тими, що працюють на кластерному процесорі. Це спрямовано, зокрема, на швидше розпізнавання зображень та кращу фотографію. На виставці Huawei заявив, що телефон може обробити 1, 92 16-розрядних TeraFLOP.

У Kirin 970 є процесор сигналу з подвійним зображенням, LTE-модем категорії 18 з агрегацією 5 носіїв і MIMO 4 на 4, який повинен забезпечити максимальну швидкість завантаження 1, 2 Гбіт / с.

На мобільному світовому конгресі Huawei оголосив про свій перший 5G-модем Balong 5G01, який заявив, що це перший 5G-модем, що поставляється. Здається, що цей модем також прийматимуть деякі майбутні процесори програм, але це ще не було оголошено. Технічно всі ці продукти створені філією HiSilicon фірми.

Qualcomm

Чіп, який, можливо, лежить в основі більшості флагманських телефонів Android у США цього року - це Snapdragon 845 Qualcomm. Це оновлення Snapdragon 835, яке використовувалось у більшості преміальних телефонів Android Android 2017 року і вже використовується у північноамериканські версії Galaxy S9.

Як і у більшості інших постачальників, Qualcomm висуває нейромережі та AI як одну з найбільших областей вдосконалення цьогорічного чіпа, поряд із посиленням уваги на «зануренні» - що, по суті, означає кращу візуалізацію.

В області AI Qualcomm любить говорити про наявність багатоядерного Neural Processing Engine (NPE), який використовує нову версію свого шестигранника DSP, а також процесор і GPU для зараження.

У чіпа є шестигранник DSP Hexagon 685, який, як каже Qualcomm, може перевищувати подвійну ефективність обробки AI; процесор Kryo 385, який, за його словами, забезпечує підвищення продуктивності на 25-30 відсотків для його ядер (чотири ядра ARM Cortex-A75, що працюють до 2, 85 ГГц), і до 15-відсоткового підвищення продуктивності для своїх “ядер ефективності (чотири Ядра Cortex-A55, що працюють на частоті до 1, 8 ГГц) з усіма спільними можливостями кеш-пам’яті L3 2 Мб; і графічним процесором Adreno 630, який, як каже Qualcomm, підтримує 30-відсоткове підвищення продуктивності або 30-відсоткове зниження потужності, а також до 2, 5 разів швидше відображається.

В області AI чіп підтримує велику кількість різних систем машинного навчання, і компанія каже, що це працює для таких речей, як класифікація об'єктів, виявлення обличчя, сегментація сцени, розпізнавання динаміків і т. Д. Два виділені додатки - це ефекти живого боке ( для створення портретів із розмитим фоном) та активного зондування глибини та структурованого світла, що повинно дозволяти покращити розпізнавання обличчя. Переміщуючи перехід із хмари на пристрій, Qualcomm каже, що ви отримуєте переваги низької затримки, конфіденційності та покращеної надійності.

У зоні візуалізації чіп має нову версію Spectra ISP Qualcomm, покращене захоплення відео у форматі Ultra HD із багатокадровим зменшенням шуму, можливість зйомки 16-мегапікселевого відео при 60 кадрах в секунду та 720p уповільненому відео при 480 кадрів в секунду. Для VR 845 підтримує дисплеї з роздільною здатністю 2К на 2К зі швидкістю 120 кадрів в секунду, що є великим кроком в порівнянні з 1, 5К на 1, 5К зі швидкістю 60 кадрів в секунду, що підтримується 835.

Інші функції включають захищений процесорний блок, який використовує власне ядро ​​для зберігання інформації про безпеку поза ядром та працює з процесором та можливістю TrustZone процесора Qualcomm.

845 інтегрує модем X20, який Qualcomm представив минулого року, який здатний підтримувати LTE категорію 18 (зі швидкістю до 1, 2 Гбіт / с), до 5 агрегацій несучих та 4X4 MIMO, та використовує методи, такі як ліцензований доступ, щоб зробити швидше швидкість можлива в більшості областей.

Мікросхема виробляється на 10-нм процесах малої потужності від Samsung.

Qualcomm також робить сімейство прикладних процесорів Snapdragon 600 на чолі з 660, який використовується багатьма китайськими постачальниками, включаючи Oppo та Vivo. Напередодні Всесвітнього конгресу мобільних пристроїв вона представила сімейство Snapdragon 700, яке має багато таких же особливостей, як і сімейство 800, включаючи DSP Hexagon, ISP Spectra, графіку Adreno та процесор Kryo. Порівняно з 660, Qualcomm каже, що він запропонує вдвічі покращити додатки AI на пристрої та 30-відсоткове підвищення енергоефективності.

Samsung

Хоча він використовує процесори Qualcomm на більшості своїх північноамериканських телефонів, на багатьох інших ринках Samsung використовує власні процесори Exynos і починає робити такі процесори доступними для інших виробників телефонів.

Його новий топ-лайн - Exynos 9810, який Samsung буде використовувати в міжнародних версіях Galaxy S9 і S9 +.

Знову ж таки, Samsung пропонує нові функції для «програмного забезпечення, заснованого на глибокому навчанні», яке, за його словами, допомагає процесору точно ідентифікувати предмети або особи в телефонах, а також підтримує відчуття глибини для розпізнавання обличчя.

9810 також є окта-ядерним чіпом, з чотирма ядрами A55 для енергоефективності та чотирма індивідуальними конструкціями процесора для продуктивності. Samsung каже, що ці нові ядра, які можуть працювати на швидкості до 2, 9 ГГц, мають більш широкий конвеєр і оптимізовану кеш-пам’ять, що дає їм удвічі більше одноядерну продуктивність і на 40 відсотків більше багатоядерну продуктивність порівняно з попередником минулого року 8895. ( Опубліковані орієнтири показують поліпшення в реальному світі, але не настільки, наскільки заявляли; я до цього часу скептично ставляюся до всіх орієнтирів для мобільних пристроїв.)

До інших функцій належать графіки Mali-G72 MP18, підтримка до 3840 -2400 дисплеїв та 4096 -2121-дисплеїв, подвійний процесор сигналу зображення (ISP) та підтримка 4K-зйомки зі 120 кадрів в секунду. У 9810 також є модем категорії 18 з 6 агрегацією несучої та 4-на-4 MIMO для низхідній лінії зв'язку (2 CA для висхідної лінії зв'язку), з максимальною швидкістю 1, 2 Гбіт / с і низкою завантаженням 200 Мбіт. На папері це відповідає модемам категорії 18, які і Qualcomm, і Huawei мають у своїх поточних чіпах. Як і Snapdragon 845, він виробляється на 10-метровому процесорі FinFET другого покоління Samsung.

MediaTek

MediaTek є більш популярним гравцем серед телефонів середнього рівня та нижче, і минулого місяця представив новий чіп під назвою Helio P60, орієнтований на ринок "Нової премії" - телефон середнього ринку в діапазоні від 200 до 400 доларів, який пропонує всі основні характеристики телефонів вищого класу. Перший телефон, який оголосив, що використовуватиме цей чіп, - Oppo R15.

Головний процесор компанії, оголошений минулого року, - це Helio X30, який є основним процесором, орієнтованим на преміум-телефони. Сюди входять два ядра процесора ARM Cortex-A73, що працюють на швидкості до 2, 5 ГГц, чотири ядра Cortex-A53, що працюють на частоті до 2, 2 ГГц, і чотири ядра A35, які можуть працювати на частоті до 1, 9 ГГц, а також графічні зображення PowerVR Series 7XT Plus 7XT Plus на 800 ГГц і LTE-модем категорії 10, здатний до 3-несучої агрегації по низхідній лінії зв'язку. Це цікава мікросхема, що виробляється в 10-нм процесі TSMC, і підштовхує ідею, що більше ядер може бути більш гнучким. Серед телефонів, які оголосили, що користуються цим, є Meizu Pro 7 Plus з подвійними екранами, і Vernee Apollo 2 (передня камера 8 Мп, задні камери 16 Мп + 13 Мп).

Минулого року MediaTek оголосив про два процесори середнього ринку, Helio P23 і P30, орієнтовані на світові ринки та конкретно для Китаю, кожен з вісьмома ядрами Cortex-A53, що працюють на частоті 2, 53 ГГц, та графікою Mali G71 MP2. Це мікросхеми, які P60 розроблені для витіснення та забезпечення більшої потужності та створення низки нових функцій.

P60 пропонує більш високу продуктивність і повертається до великої конфігурації ARM та MediaTek в минулому році, поєднуючи чотири найпотужніших ARM Cortex-A73 до 2, 0 ГГц з чотирма більш ефективними Cortex-A53 ядра, також на частоті 2, 0 ГГц. До них приєднується графічний процесор ARM Mali G72 NMP3 на частоті до 800 МГц, і всі вони керуються четвертою версією технології CoreTilot MediaTek для планування, де виконують завдання. У порівнянні з P23 і P30, MediaTek каже, що P60 пропонує 70-відсоткове підвищення продуктивності як в процесорі, так і в GPU.

MediaTek теж потрапляє на смугу AI, P60 включає платформу NeuroPilot для апаратного прискорення нейронної мережі. Це підтримує нейронну мережу Google Android (NN) та загальні рамки AI, включаючи TensorFlow, TensorFlow Lite, Caffe та Caffe 2. Це ефективно спеціалізований цифровий сигнальний процесор, здатний до 280 GMAC (мільярди операцій, що множать-накопичують в секунду). Він розроблений для використання у таких речах, як розпізнавання обличчя для розблокування телефону (те, що ми бачили в телефонах високого класу, але не в телефонах середнього класу дотепер), і розпізнавання об'єктів, навіть у відео, зі швидкістю 60 кадрів в секунду.

Крім того, P60 має ряд нових функцій зображення, включаючи три процесори датчиків зображення, які можуть підтримувати подвійну камеру з датчиками 16 і 20 МП або одну камеру до 32 МП. (Я ще не бачив телефон у виробництві з датчиком камери з такою кількістю мегапікселів, але вони нібито приходять.) Ці датчики додають функції зменшення шуму разом із боке в режимі реального часу (розмиття фону, що використовується в портретних режимах) .

У мікросхемі входить модем, який підтримує завантаження категорії 7 (зі швидкістю до 300 Мбіт / с) та завантаження категорії 13 (до 150 Мбіт / с з 2 агрегацією несучої). Він виготовляється за допомогою 12-нм-технологічного процесу FinFet TSMC, який, за словами компанії, допомагає забезпечити 25-відсоткову економію енергії для енергоємних додатків, таких як ігри, та 12-відсоткову економію енергії в цілому.

Spreadtrum

Компанія Spreadtrum, завдяки якій модеми в основному продаються на китайському ринку, оголосила про партнерство з Intel, яке використовуватиме 5G-модем Intel та сумісні з ARM-процесори. Це ще пару років, тому деталі ще не доступні.

Зверніть увагу, що хоча Spreadtrum не дуже помітний у США, він відслідковує лише Qualcomm та MediaTek на торговому ринку для процесорів додатків. Він здебільшого продає продукцію з процесорами ARM та власним 4G-модемом, але має угоду з Intel і є меншою власністю. Це призвело до отримання мікросхеми з процесорами Intel та модемом Spreadtrum (протилежне новому оголошення).

ARM

Звичайно, не тільки виробники мікросхем бачать AI як наступну велику хвилю, а компанії, що здійснюють ІС, також роблять великий поштовх у цій галузі.

ARM, найуспішніший з IP-виробників, оголосив набір IP-адрес для машинного навчання минулого місяця, включаючи як апаратне, так і програмне забезпечення, і висунув це на Всесвітньому конгресі Mobile.

Дублізований проект Trillium, це включає в себе конструкції процесорів (IP) як для машинного навчання (ML), так і для виявлення об'єктів (OD), а також нову бібліотеку програмного забезпечення.

Процесор ML призначений для розташування всередині прикладного процесора і працює поруч із процесором, графічним процесором та ядром дисплея. Бібліотека програмного забезпечення, відома як ARM NN (нейронна мережа), призначена для підтримки таких систем, як TensorFlow, Caffe та Android NN. Це дає змогу цим програмам запускатись лише через програмне забезпечення на існуючих процесорах, які мають процесори та графіку ARM; хоча, звичайно, це буде значно скорочено при запуску на процесорах, що включають ядра ML. Програмне забезпечення сторонніх виробників також буде працювати на ядрі процесора. ARM каже, що ядро ​​ML було розроблено з нуля спеціально для роботи нейронних мереж. Він може запускати як 8, так і 16-бітні додатки, хоча тенденція полягає в тому, щоб зосередитись на 8-бітних простотах.

Процесор OD призначений для того, щоб сидіти поруч із процесором сигналізації зображення (ISP), щоб забезпечити виявлення об'єктів низької потужності, спеціально для таких додатків, як виявлення обличчя та рух стеження. Це спеціальний апаратний блок, призначений для використання з новими сенсорними технологіями, такими як стереоскопічні камери.

ARM заявила, що новий IP буде доступний для попереднього перегляду розробника в квітні і, як правило, буде доступний пізніше цього року, але, враховуючи типовий часовий цикл, навряд чи нові процесорні ядра з’являться в мікросхемах до 2019 року або пізніше. Звичайно, програмне забезпечення, яке працює на існуючих ядрах, може бути розгорнуте набагато швидше.

ARM також запропонувала нові рішення для Інтернету речей, включаючи нове SIM-рішення під назвою Kigen, розроблене для вбудовування в SoC для пристроїв малої потужності для заміни сьогоднішніх фізичних SIM-карт.

Технології уявлення

Уява, відома своєю графікою PowerVR, оголосила про свою осеру нейронної мережі минулої осені - прискорення нейронної мережі PowerVR 2NX (NNA). Це гнучка архітектура, що має від одного до восьми ядер, кожне з яких може мати 256 8-бітових одиниць множинного накопичення (MAC). Уява зазначає, що воно може виконувати понад 3, 2 трлн операцій в секунду.

Ceva

Інші постачальники ІР також виходять на ринок. Ceva, яка відома своїми ядрами DSP, щойно оголосила NeuPro, сімейство процесорних ядер AI, призначених для крайових пристроїв. Вони ґрунтуються на процесорах, які фірма продала в області комп'ютерного зору, і використовують рамку CDNN для різноманітних "процесів AI". Це буде працювати з загальними рамками машинного навчання та перетворювати їх на мобільні процесори для зараження. Компанія планує процесори від 2 до 12, 5 тераоп в секунду (TOPS), призначені для споживачів, спостереження та продуктів ADAS (для автономних транспортних засобів). Ceva сказав, що один з головних автомобільних замовників планує забезпечити 100 TOPS продуктивності, використовуючи менше 10 Вт потужності. Ліцензування розпочнеться у другій половині цього року.

Ceva також оголосила про свою платформу PentaG DSP для 5G базових модемів. Компанія каже, що її нинішні DSP є в 40 відсотках у світі, що охоплюють близько 900 мільйонів телефонів на рік, а також модеми від Intel, Samsung та Spreadtrum. Нова платформа має більше AI, зокрема використовується для "адаптації посилань". У світі 5G телефони можуть мати декілька посилань на базову станцію, і Ceva каже, що її апаратне та програмне забезпечення допомагає визначити найкраще посилання кожні кілька мілісекунд. Це може заощадити багато енергії в порівнянні з використанням програмного забезпечення лише. Це не DSP загального призначення або мікросхема нейронної мережі, а скоріше розроблений спеціально для зв'язку. Це було лише оголошено і має з’явитися у третьому кварталі.

Ceva також робить великий поштовх для DSP на ринку базової станції 5G, і заявила, що аж 50 відсотків нової радіоінфраструктури 5G використовуватимуть DSP IP компанії, включаючи системи Nokia та ZTE.

З якою ймовірністю ви рекомендуєте PCMag.com?