Мобилни процесори на 2018 г.: възходът на функциите за машинно обучение

Не е изненадващо, че тази година смартфоните разполагат с по-бързи процесори от тези от миналата година - това се случва всяка година. Новото през тази година е преобладаването на функциите за машинно обучение, които почти всеки производител на процесори говори като начин за разграничаване на техните устройства. Това важи за доставчиците на телефони, които проектират свои собствени чипове, независимите или търговски доставчици на чипове, които продават процесори на телефонни доставчици, и дори за производителите на IP, които проектират ядрата, които влизат в процесорите сами.

Заден план

Първо малко предистория: всички съвременни процесори за приложения включват дизайни (често наричани интелектуална собственост или IP) от други компании, по-специално фирми като ARM, Imagination Technologies, MIPS и Ceva. Такъв IP може да се появи в различни форми - например ARM продава всичко - от основен лиценз за 32-битната и 64-битовата си архитектура, до специфични ядра за процесори, графика, обработка на изображения и т.н., които дизайнерите на чипове могат да използват, за да създаване на процесори. Обикновено дизайнерите на чипове смесват и съпоставят тези ядра със собствени дизайни и правят различни решения по отношение на паметта, взаимните връзки и други функции, в опит да балансират производителността с изискванията за мощност, размер и цена.

На лицевата част на процесора повечето чипове имат комбинация от по-големи ядра, които са по-мощни и работят по-бързо и по-горещо, и по-малки ядра, които са по-ефективни. Обикновено телефоните ще използват по-малките ядра през повечето време, но за по-трудни задачи ще преминат към ядра с по-висока производителност и ще използват комбинация от двете ядра и GPU и други ядра за най-доброто управление на нуждите от производителност и топлинни съображения (не можете пускайте високоефективните ядра много дълго, защото те биха прегрели и обикновено не е необходимо). Най-известните примери за големите ядра са Cortex-A75 и A73 ядра на ARM; съвпадащите по-малки ядра биха били A55 и A53. В съвременните телефони от висок клас често ще виждате четири от всеки, в това, което е известно като октавно ядро ​​оформление, въпреки че някои доставчици са предприели други подходи.

За графиката има по-голямо разнообразие, като някои доставчици избират линията на Mali за ARM, други избират PowerVR на Imagination Technologies, а трети предпочитат да проектират свои собствени графични ядра. И има още повече разнообразие, що се отнася до неща като обработка на изображения, цифрова обработка на сигнали и по-късно, AI функции.

ябълка

Apple започна да натиска своите AI възможности в своите есенни телефонни съобщения, включително по-специално чипа "A11 Bionic", използван в iPhone 8 и 8 Plus, както и iPhone X.

A11 Bionic е шестоядрена архитектура, с две ядра с висока производителност и четири ядра на ефективност. Apple проектира свои собствени ядра (под лиценз за архитектура на ARM) и традиционно изтласква едноредовна производителност. Това е крачка от четириядрената A10 Fusion и Apple заяви, че производителните ядра в A11 са до 25 процента по-бързи, отколкото в A10, докато четирите ядра на ефективност могат да бъдат до 70 процента по-бързи от A10 Fusion чипа, Той също така каза, че графичният процесор е с до 30 процента по-бърз.

Apple говори за чипа, който има двуядрен „Neural Engine“, който може да помогне за разпознаване на сцената в приложението за камера, както и Face ID и Animoji на iPhone X. Компанията пусна и API, наречен CoreML, за да помогне на трети страни разработчиците създават приложения, които се възползват от това.

Apple обикновено не дава много информация за своите процесори, но казва, че невронният двигател A11 Bionic е двуядрен дизайн, който може да извършва до 600 милиарда операции в секунда за обработка в реално време.

За разлика от повечето други производители на процесори, Apple не интегрира модема в своите приложни процесори и вместо това използва самостоятелни Qualcomm или Intel модеми. Има известен спор дали Apple поддържа само функциите в своите Qualcomm модеми, които също се поддържат от Intel; на практика това означава, че iPhones поддържат трипосочна агрегация на носители, но не и някои от по-модерните функции.

Huawei

Huawei също беше рано на AI и нарече своя Kirin 970, който обяви на изложението IFA миналата есен, „първият мобилен AI процесор в света“. Kirin 970 се използва в момента в Huawei Mate 10. Той включва четири Cortex-A73 CPU ядра, работещи на честота до 2.4 GHz и четири A53, работещи на честота до 1.8 GHz, заедно с GPM Mali G72 MP12 GPU на ARM.

Особено ново в 970 е това, което Huawei нарича своя NPU или Neural Processing Unit. Компанията заяви, че задачите, които могат да бъдат заредени на този процесор, могат да видят 25 пъти по-висока производителност и 50 пъти по-голяма ефективност спрямо тези, работещи в процесорния клъстер. Това е насочено по-специално към по-бързо разпознаване на изображения и по-добра фотография. По време на шоуто Huawei каза, че телефонът може да обработва 1.92 16-битови TeraFLOP.

Kirin 970 има процесор за сигнали с двойно изображение, LTE модем от категория 18 с агрегация с 5 носителя и MIMO 4 по 4, който трябва да даде възможност за максимална скорост на изтегляне от 1, 2 Gbps.

По време на Световния мобилен конгрес Huawei обяви първия си 5G модем Balong 5G01, който заяви, че ще бъде първият 5G модем, който ще бъде доставен. Изглежда вероятно някои бъдещи процесорни приложения също да приемат този модем, но това все още не е обявено. Технически всички тези продукти са създадени от дъщерното дружество на HiSilicon на фирмата.

Qualcomm

Чипът, който вероятно ще е в основата на повечето водещи телефони на Android в САЩ тази година, е Snapdragon 845 на Qualcomm. Това е ъпгрейд на Snapdragon 835, който беше използван в повечето от първокласните телефони на Android Android през 2017 г. и вече се използва в северноамериканските версии на Galaxy S9.

Както при повечето други доставчици, Qualcomm натиска невронните мрежи и AI като една от най-големите области на подобрения в тазгодишния чип, заедно с увеличения фокус върху "потапянето" - което по същество означава по-добро изобразяване.

В областта на AI Qualcomm обича да говори за наличието на многоядрен Neural Processing Engine (NPE), който използва нова версия на своя Hexagon DSP, както и процесора и GPU за заразяване.

Чипът има Hexagon 685 DSP, за който Qualcomm казва, че може да удвои производителността на AI обработка; процесор Kryo 385, който според него осигурява увеличение на производителността с 25 до 30 процента за своите ядра (четири ядра ARM Cortex-A75, работещи до 2, 85 GHz), и до 15 процента увеличение на производителността за своите „ядра на ефективност (четири Cortex-A55 ядра, работещи на честота до 1, 8 GHz), като всички споделят 2MB L3 кеш памет и Adreno 630 графичен процесор, за който Qualcomm твърди, че ще поддържа подобрение на производителността с 30 процента или намаляване на мощността с 30 процента, както и до 2, 5 пъти по-бързи дисплеи.

В областта на AI чипът поддържа голям брой различни рамки за машинно обучение и компанията казва, че това работи за неща като класификация на обекти, разпознаване на лица, сегментиране на сцената, разпознаване на говорители и др. Две подчертани приложения са ефекти на bokeh на живо (за създаване на портрети с размазан фон) и активно засичане на дълбочината и структурирана светлина, което трябва да позволява подобрено разпознаване на лицето. Чрез преместването на облаците от облака към устройството, Qualcomm казва, че получавате предимствата на ниската латентност, поверителност и подобрена надеждност.

В областта на изображенията чипът има нова версия на Spectra ISP на Qualcomm, подобрен Ultra HD видео заснемане с мулти кадър намаляване на шума, възможност за заснемане на 16-мегапикселово видео при 60 кадъра в секунда и 720p бавно видео при 480 кадри в секунда. За VR, 845 поддържа дисплеи с резолюция 2K-на-2K със 120 кадъра в секунда, голяма стъпка нагоре от 1.5K-на-1.5K при 60 кадъра в секунда, поддържана от 835.

Други функции включват защитен процесор, който използва собственото си ядро ​​за съхраняване на информация за сигурност извън ядрото и работи с процесора и възможностите на TrustZone на Qualcomm.

845 интегрира модема X20, който Qualcomm представи миналата година, който е в състояние да поддържа LTE категория 18 (със скорост до 1, 2 Gbps), до 5 носещи операции и 4X4 MIMO и използва техники като лицензиран подпомаган достъп, за да направи по-бърз скорости са възможни в повече области.

Чипът е произведен по 10nm процес на Samsung с ниска мощност.

Qualcomm прави и семейството приложни процесори Snapdragon 600, ръководено от 660, което се използва от много китайски доставчици, включително Oppo и Vivo. В навечерието на Mobile World Congress тя представи семейството Snapdragon 700, което има много от същите характеристики като семейството 800, включително Hexagon DSP, Spectra ISP, Adreno графика и Kryo CPU. В сравнение с 660, Qualcomm казва, че ще предложи 2-кратно подобрение на AI приложенията на устройството и 30-процентно подобрение на енергийната ефективност.

Samsung

Въпреки че използва процесори Qualcomm в повечето си телефони в Северна Америка, на много други пазари Samsung използва собствени процесори Exynos и започва да предоставя такива процесори на разположение на други производители на телефони.

Новият му най-висок клас е Exynos 9810, който Samsung ще използва в международни версии на Galaxy S9 и S9 +.

Отново Samsung настоява за нови функции за "базиран на дълбоко обучение софтуер", който според него помага на процесора за точно идентифициране на елементи или лица в телефоните и поддържа дълбочина за разпознаване на лица.

9810 също е окта-ядрен чип, с четири ядра A55 за енергийна ефективност и четири потребителски процесора за производителност. Samsung казва, че тези нови ядра, които могат да работят до 2, 9 GHz, имат по-широк тръбопровод и оптимизирана кеш памет, което им дава два пъти по-голяма едноядрена производителност и 40 процента повече многоядрена производителност в сравнение с предшественика си, миналата година 8895. (Публикуваните показатели показват подобрения в реалния свят, но не толкова, колкото се твърди; в този момент оставам скептичен към всички мобилни показатели.)

Други функции включват Mali-G72 MP18 графика, поддръжка за до 3840 на 2400 дисплеи и 4096 на 2160 дисплеи, двоен процесор за сигнален образ (ISP) и поддръжка за 4K заснемане при 120 кадъра в секунда. 9810 също има модем от категория 18 с 6 агрегации на носители и 4-на-4 MIMO за низходяща връзка (2 CA за възходяща връзка), с максимална скорост от 1, 2 Gbps за низходяща връзка и 200 Mbs качвания. На хартия това съвпада с модемите от категория 18, които Qualcomm и Huawei имат в сегашните си топ чипове. Подобно на Snapdragon 845, той се произвежда по второто поколение 10nm FinFET процес на Samsung.

MediaTek

MediaTek е повече от играчите в телефоните от средния клас и по-долу, и миналия месец представи нов чип, наречен Helio P60, насочен към пазара на "New Premium" - телефон от средния пазар в диапазона от $ 200 до $ 400, който предлага всички основни характеристики на телефоните от по-висок клас. Първият телефон обяви, че ще използва този чип е Oppo R15.

Основният процесор на компанията, обявен миналата година, е Helio X30, който е декариран процесор, насочен към премиум телефони. Това включва две процесорни ядра ARM Cortex-A73, работещи на скорост до 2.5 GHz, четири ядра Cortex-A53, работещи на скорост до 2.2 GHz, и четири ядра A35, които могат да работят на скорост до 1.9 GHz, заедно с графиката на PowerVR Series 7XT Plus на Imagination при 800 GHz и LTE модем от категория 10, способен да комбинира 3 носителя по низходящата линия. Това е интересен чип, произведен по 10nm процеса на TSMC и тласка идеята, че повече ядра могат да бъдат по-гъвкави. Сред телефоните, които обявиха, че използват това, са Meizu Pro 7 Plus с двойни екрани и Vernee Apollo 2 (8MP предна камера, 16MP + 13MP задни камери).

Миналата година MediaTek обяви два процесора за среден пазар, Helio P23 и P30, насочени към глобалните пазари и конкретно за Китай, всеки с осем Cortex-A53 ядра, работещи на 2, 53 GHz, и Mali G71 MP2 графика. Това са чиповете, които P60 са проектирани да заместват и предлагат повече мощност и дават възможност за серия от нови функции.

P60 предлага по-висока производителност и е възвръщане на големите.LITTLE конфигурация ARM и MediaTek, изтласкани в предишни години, комбинирайки четири от по-мощните ARM Cortex-A73 на скорост до 2, 0 GHz с четири от по-ефективния Cortex-A53 ядра, също на 2, 0 GHz. Към тях се присъединява ARM Mali G72 NMP3 GPU с честота до 800 MHz и всички се контролират от четвъртата версия на технологията CoreTilot на MediaTek за планиране, където задачите се изпълняват. В сравнение с P23 и P30, MediaTek казва, че P60 предлага 70-процентно подобрение на производителността както в процесора, така и в графичния процесор.

MediaTek също се захваща с лентата на AI, като P60 включва своята NeuroPilot платформа за хардуерно ускорение на невронната мрежа. Това поддържа Google Android Neural Network (NN) и общите AI рамки, включително TensorFlow, TensorFlow Lite, Caffe и Caffe 2. Това е ефективно специализиран цифров сигнален процесор, способен на 280 GMAC (милиарди операции с многократно натрупване в секунда). Той е предназначен да се използва за неща като разпознаване на лице за отключване на телефон (нещо, което сме виждали в телефоните от висок клас, но не и телефони от среден клас досега) и разпознаване на обекти, дори и във видеоклипове, при 60 кадъра в секунда.

В допълнение, P60 има редица нови функции на изображението, включително три процесора на сензори за изображения, които могат да поддържат конфигурация с двойна камера от 16 и 20 MP сензори или една камера с до 32 MP. (Все още не съм виждал телефон в производство със сензор за камера с толкова много мегапиксели, но те уж идват.) Тези сензори добавят функции за намаляване на шума, заедно с боке в реално време (замъгляване на фона, използван в портретни режими), Чипът включва модем, който поддържа изтегляния от категория 7 (със скорост до 300 Mbps) и качвания от категория 13 (до 150 Mbps с 2 агрегиране на носител). Той е произведен по 12-нм процес на FinFet на TSMC, който компанията казва, че му помага да осигури 25-процентова икономия на енергия за енергоемки приложения като игри и 12-процентова икономия на енергия като цяло.

Spreadtrum

Spreadtrum, който прави модемите, продавани предимно на китайския пазар, обяви партньорство с Intel, което ще използва 5G модем на Intel и ARM-съвместими процесори. Това е още няколко години, така че подробности все още не са налични.

Обърнете внимание, че макар Spreadtrum да не е много видим в САЩ, той проследява само Qualcomm и MediaTek на търговския пазар за приложни процесори. Той продава най-вече продукти с ARM процесори и собствен 4G модем, но има сделка и е миноритарна собственост на Intel. Това доведе до чип с процесори на Intel и модема на Spreadtrum (обратното на новото съобщение).

ARM

Разбира се, не само производителите на чипове виждат AI като следващата голяма вълна, а и компаниите, които правят IP, също правят голям тласък в тази област.

ARM, най-успешният от създателите на IP, обяви набор от IP за машинно обучение миналия месец, включително хардуер и софтуер, и настоя на Mobile World Congress.

Dubbed Project Trillium, това включва дизайнерски процесори (IP) както за машинно обучение (ML), така и за разпознаване на обекти (OD), заедно с нова софтуерна библиотека.

ML процесорът е проектиран да се намира в приложен процесор и да работи до процесора, графичния процесор и ядрото на дисплея. Софтуерната библиотека, известна като ARM NN (невронна мрежа), е проектирана да поддържа рамки като TensorFlow, Caffe и Android NN. Това дава възможност на тези приложения да работят само чрез софтуер на съществуващи процесори, които имат ARM процесори и графика; въпреки че разбира се, той ще бъде ускорен значително, когато работи на процесори, които включват ML ядра. Софтуерът на трети страни също ще работи върху процесорното ядро. ARM казва, че ядрото на ML е създадено от самото начало специално за работа с невронни мрежи. Той може да стартира както 8, така и 16-битови приложения, въпреки че тенденцията е да се съсредоточим върху 8-битовите за простота.

OD процесорът е проектиран да седи до процесора за сигнализиране на изображения (ISP), за да осигури откриване на обекти с ниска мощност, специално за приложения като разпознаване на лица и движение за проследяване. Това е специален хардуерен блок, предназначен да се използва с нови сензорни технологии като стереоскопични камери.

ARM заяви, че новият IP ще бъде наличен за визуализация на разработчиците през април и обикновено ще бъде наличен по-късно тази година, но предвид типичния времеви цикъл е малко вероятно новите ядра на процесора да се появят в чиповете до 2019 г. или по-късно. Разбира се, софтуерът, който работи на съществуващи ядра, може да бъде внедрен много по-бързо.

ARM също предложи някои нови решения за Интернет на нещата, включително ново SIM решение, наречено Kigen, предназначено да бъде вградено в SoCs за устройства с ниска мощност, които да заменят днешните физически SIM карти.

Технологии за въображение

Въображението, известно със своята PowerVR графика, обяви своя невронна мрежа IP миналата есен, PowerVR 2NX Neural Network Acceleration (NNA). Това е гъвкава архитектура с едно до осем ядра, всяко от които може да има 256 8-битови мултиплей-акумулиращи единици (MACs). Въображението казва, че може да извърши над 3, 2 трилиона операции в секунда.

Ceva

Други IP доставчици също влизат на пазара. Ceva, която е известна със своите DSP ядра, току-що обяви NeuPro, семейство AI процесорни ядра, предназначени за крайни устройства. Те надграждат процесори, които фирмата е продала в областта на компютърното зрение и използват рамката CDNN за различни „AI процеси“. Това ще работи с общите рамки за машинно обучение и ще ги преобразува в мобилни процесори за заразяване. Компанията планира процесори, вариращи от 2 до 12, 5 тераопса в секунда (TOPS), предназначени за потребители, наблюдение и ADAS продукти (за автономни превозни средства). Ceva заяви, че един основен клиент на автомобили планира да даде възможност на 100 TOPS производителност, използвайки по-малко от 10 вата мощност. Лицензирането ще започне през втората половина на тази година.

Ceva също обяви своята PentaG платформа от DSP за 5G базови модеми. Компанията казва, че сегашните й DSP са в 40 процента от световните телефони, обхващат около 900 милиона телефона годишно и в модеми от Intel, Samsung и Spreadtrum. Новата платформа има повече AI, използван по-специално за „адаптиране на връзката“. В света на 5G телефоните могат да имат множество връзки към базова станция, а Ceva казва, че нейният хардуер и софтуер помага да се определи най-добрата връзка на всеки няколко милисекунди. Това може да спести много енергия в сравнение само с използването на софтуер. Това не е DSP с общо предназначение или невронна мрежа, а по-скоро е създаден специално за комуникация. Току-що беше обявено и би трябвало да се появи на пазара през третото тримесечие.

Ceva също прави голям тласък за DSP на пазара на 5G базови станции и заяви, че цели 50 процента от новата радиоинфраструктура 5G ще използват DSP IP на компанията, включително системи от Nokia и ZTE.

Колко вероятно е да препоръчате PCMag.com?