Processadors mòbils del 2018: l’augment de les funcions d’aprenentatge automàtic

No és d'estranyar, els telèfons intel·ligents d'aquest any disposen de processadors més ràpids que els de l'any passat, que passa cada any. Però el que és nou aquest any és el predomini de les funcions d’aprenentatge automàtic que gairebé tots els venedors de processadors ofereixen com una manera de diferenciar els seus dispositius. Això és cert per als venedors de telefonia que dissenyen els seus propis xips, els venedors de xip independents o comerciants que venen processadors a proveïdors de telefonia i, fins i tot, els fabricants d’IP que dissenyen els nuclis que entren en els mateixos processadors.

Antecedents

Primer fons: tots els processadors moderns d'aplicacions inclouen dissenys (sovint coneguts com a propietat intel·lectual o IP) d'altres empreses, especialment empreses com ARM, Imagination Technologies, MIPS i Ceva. Aquesta IP pot aparèixer en diverses formes: per exemple, ARM ven tot, des d’una llicència bàsica per a la seva arquitectura de 32 i 64 bits, fins a nuclis específics per a CPU, gràfics, processament d’imatges, etc., que els dissenyadors de xip poden utilitzar per crear processadors. Normalment, els dissenyadors de xips barregen i combinen aquests nuclis amb dissenys propis i adopten diverses opcions sobre memòria, interconnexió i altres funcions, per tal d'equilibrar el rendiment amb els requisits de potència, mida i cost.

Al front de la CPU, la majoria de xips tenen una combinació de nuclis més grans que són més potents i funcionen més ràpidament i més calent, i nuclis més petits que són més eficients. Normalment, els telèfons utilitzaran els nuclis més petits la majoria del temps, però per a tasques exigents passaran als nuclis de major rendiment i utilitzaran una combinació de nuclis i GPU i altres nuclis per gestionar el millor rendiment de les necessitats i consideracions tèrmiques (no es pot Feu servir els nuclis d’alt rendiment durant molt de temps, perquè s’escalfen massa i, normalment, no cal que). Els exemples més coneguts per als grans nuclis són els nuclis Cortex-A75 i A73 dels ARM; els nuclis més petits corresponents serien l’A55 i A53. En els telèfons de gamma alta actuals, sovint en podreu veure quatre, en el que es coneix com a disseny d'octa-core, tot i que alguns venedors han adoptat altres enfocaments.

Per als gràfics, hi ha més diversitat: alguns venedors trien la línia Mali d’ARM, d’altres trien el PowerVR d’Imagination Technologies, i d’altres opten per dissenyar els seus propis nuclis gràfics. I encara hi ha més diversitat quan es tracta de coses com ara el processament d’imatges, el processament digital de senyal i, fins a finals, les funcions d’IA.

poma

Apple va començar a impulsar les seves capacitats d’IIA als anuncis de telefonia de la seva tardor, inclòs sobretot el xip “A11 Bionic” utilitzat a l’iPhone 8 i 8 Plus, així com l’iPhone X.

L’A11 Bionic és una arquitectura de sis nuclis, amb dos nuclis d’alt rendiment i quatre nuclis d’eficiència. Apple dissenya els seus propis nuclis (sota una llicència d'arquitectura ARM) i tradicionalment ha impulsat el rendiment d'un filet. Es tracta d'un pas més gran de l'A10 Fusion de quatre nuclis i Apple va dir que els nuclis de rendiment a l'A11 són fins a un 25 per cent més ràpids que a l'A10, mentre que els quatre nuclis d'eficiència poden ser fins a un 70 per cent més ràpids que el xip A10 Fusion. També va dir que el processador gràfic és fins a un 30 per cent més ràpid.

Apple parla del xip amb un "Neural Engine" de doble nucli, que pot ajudar al reconeixement d'escenes a l'aplicació per a càmeres, i a Face ID i Animoji a l'iPhone X. La companyia també va llançar una API anomenada CoreML, per ajudar a tercers. els desenvolupadors creen aplicacions que s’aprofiten.

Apple normalment no dóna molta informació sobre els seus processadors, però diu que el motor neuronal A11 Bionic és un disseny de dos nuclis que pot realitzar fins a 600 mil milions d’operacions per segon per a processament en temps real.

A diferència de la majoria de la resta de fabricants de processadors, Apple no integra el mòdem en els seus processadors d'aplicacions, sinó que utilitza mòdems autònoms Qualcomm o Intel. Hi ha hagut certa controvèrsia sobre si Apple només admet les funcions dels seus mòdems Qualcomm que també són compatibles amb Intel; a la pràctica, això significa que els iPhones admeten l’agregació de portadors de tres vies, però no algunes de les funcions més avançades.

Huawei

Huawei també va ser precoç per impulsar l'AI i va anomenar el seu Kirin 970, que va anunciar a la mostra IFA la tardor passada, "la primera unitat mòbil de processament d'AI del món". El Kirin 970 s’utilitza ara mateix a l’Huawei Mate 10. Inclou quatre nuclis de CPU Cortex-A73 que funcionen fins a 2, 4 GHz i quatre A53s que funcionen fins a 1, 8 GHz, juntament amb la GPU Mali G72 MP12 de l’ARM.

El 970 és el que és especialment nou al que Huawei anomena la seva NPU, o unitat de processament neural. La companyia ha dit que les tasques que es poden descarregar amb aquest processador poden veure 25 vegades el rendiment i 50 vegades l'eficiència enfront de les que funcionen al clúster de la CPU. Això es dirigeix ​​sobretot a un reconeixement més ràpid d’imatges i a una millor fotografia. A la fira, Huawei va dir que el telèfon pot processar 1, 92 TeraFLOPs de 16 bits.

El Kirin 970 té un processador de senyal d'imatge doble, un mòdem de categoria 18 LTE amb agregació de 5 portadors i un MIMO 4 per 4 que hauria d'habilitar una velocitat màxima de descàrrega d'1, 2 Gbps.

Al Mobile World Congress, Huawei va anunciar el seu primer mòdem 5G, el Balong 5G01, que va dir que seria el primer mòdem 5G a enviar. Sembla probable que algun processador d’aplicacions futures també adopti aquest mòdem, però això encara no s’ha anunciat. Tècnicament, tots aquests productes són creats per la filial HiSilicon de la firma.

Qualcomm

El xip que probablement estigui al cor de la majoria dels telèfons emblemàtics Android als Estats Units aquest any és Snapdragon 845 de Qualcomm. Es tracta d’una actualització del Snapdragon 835, que es va utilitzar en la majoria dels telèfons Android premium 2017 i que ja s’utilitza a les versions nord-americanes del Galaxy S9.

Com en la majoria dels altres venedors, Qualcomm està pressionant les xarxes neuronals i la IA com una de les grans àrees de millora del xip d’enguany, juntament amb un focus més en la “immersió”, que significa essencialment una millor imatge.

A la zona d'AI, a Qualcomm li agrada parlar d'un motor de processament neuronal (NPE) multi-core, que utilitza una nova versió del seu Hexagon DSP, així com la CPU i la GPU per fer referència.

El xip té l’Hexàgon 685 DSP, que Qualcomm diu que pot més que doblar el rendiment de processament d’AI; una CPU Kryo 385, que segons assegura proporciona un augment del rendiment del 25 al 30 per cent per als seus nuclis de rendiment (quatre nuclis ARM Cortex-A75 amb fins a 2, 85 GHz) i fins a un augment del rendiment del 15 per cent per als seus nuclis d'eficiència (quatre Nucli de Cortex-A55 amb una capacitat de fins a 1, 8 GHz), amb tots compartint una memòria cau L3 de 2 MB i una GPU Adreno 630, que Qualcomm diu que permetrà una millora del rendiment del 30 per cent o una reducció de potència del 30 per cent, i fins a 2, 5 vegades. pantalles més ràpides.

A la zona d'AI, el xip admet un gran nombre de diferents marcs d'aprenentatge de màquines i la companyia diu que funciona per a coses com ara la classificació d'objectes, la detecció de rostres, la segmentació d'escenes, el reconeixement de altaveus, etc. per a la realització de retrats amb un fons borrós) i una detecció activa de profunditat i una llum estructurada, que ha de permetre un millor reconeixement facial. Si traslladeu la referència del núvol al dispositiu, Qualcomm diu que obté els avantatges de baixa latència, privadesa i fiabilitat millorada.

A la zona d’imatges, el xip té una nova versió del Qualcomm’s Spectra ISP, captura de vídeo Ultra HD millorada amb reducció de soroll multi-frame, la capacitat de capturar vídeo de 16 megapíxels a 60 fotogrames per segon i vídeo de 720p slow-mo a 480. fotogrames per segon. Per a VR, els 845 suporten pantalles amb una resolució 2K-by-2K a 120 fotogrames per segon, un gran pas des dels 1, 5K-per-1, 5K a 60 fotogrames per segon suportats pel 835.

Altres funcions inclouen una unitat de processament segura, que utilitza el seu nucli propi per emmagatzemar informació de seguretat fora del nucli, i funciona amb la capacitat de CPU i Qualcomm TrustZone.

El 845 integra el mòdem X20 que Qualcomm va introduir l'any passat, que és capaç de suportar la categoria 18 LTE (amb velocitats de fins a 1, 2 Gbps), fins a 5 agregacions de portadors i MIMO 4X4, i utilitza tècniques com l'accés assistit amb llicència per fer més ràpid. velocitats possibles en més zones.

El xip es fabrica en un procés de baixa potència de 10nm de Samsung.

Qualcomm també forma la família de processadors d'aplicacions Snapdragon 600, dirigits pel 660, que fan servir molts proveïdors xinesos, inclosos Oppo i Vivo. Durant la presentació del Mobile World Congress, va introduir la família Snapdragon 700, que té moltes de les mateixes funcions que la família 800, inclosos els Hexagon DSP, Spectra ISP, gràfics Adreno i CPU Kryo. En comparació amb el 660, Qualcomm diu que oferirà una millora 2x en les aplicacions AI en dispositius i una millora del 30 per cent en l'eficiència energètica.

Samsung

Mentre utilitza processadors Qualcomm a la majoria dels seus telèfons nord-americans, en molts altres mercats, Samsung utilitza els seus propis processadors Exynos i comença a posar a disposició d'altres fabricants de telèfons aquests processadors.

El seu nou top-of-the-line és l'Exynos 9810, que Samsung utilitzarà en versions internacionals del Galaxy S9 i S9 +.

De nou, Samsung impulsa noves funcions per a "programari basat en l'aprenentatge profund", que segons ell ajuda al processador a identificar amb precisió articles o persones dels telèfons, i admet el sentit profund per al reconeixement facial.

El 9810 també és un xip d'octa-core, amb quatre nuclis A55 per a l'eficiència d'energia i quatre dissenys personalitzats de CPU per al rendiment. Samsung diu que aquests nous nuclis, que poden funcionar fins a 2, 9 GHz, tenen un pipeline més ampli i una memòria cau optimitzada, donant-los el doble del rendiment d’un nucli i un 40 per cent més de rendiment multi-core respecte al seu predecessor, el 8895 de l’any passat. Els punts de referència publicats mostren millores en el món real, però no tant com es reclama; segueixo sent escèptic de tots els punts de referència mòbils en aquest moment.)

Altres funcions inclouen els gràfics Mali-G72 MP18, suport per a fins a 3840-per-2400 pantalles i 4096 per 2160 pantalles, un processador de senyal d'imatge doble (ISP) i suport per a la captura 4K a 120 fotogrames per segon. El 9810 també compta amb un mòdem de categoria 18 amb 6 agregacions de portadors i 4 per 4 MIMO per a enllaç descendent (2 CA per a enllaç en línia), amb una velocitat de descens de 1.2 Gbps màxim i 200 Mbs de càrrega. En paper, això coincideix amb els mòdems de la categoria 18 que Qualcomm i Huawei tenen en els seus tops actuals. Igual que el Snapdragon 845, es fabrica amb el procés de FinFET de 10nm de segona generació de Samsung.

MediaTek

MediaTek ha estat un jugador més dels telèfons de gamma mitjana i inferior, i el mes passat va introduir un nou xip anomenat Helio P60 dirigit al mercat "New Premium" (telèfon de mercat mitjà) de la gamma de 200 a 400 dòlars que ofereixen tot el característiques bàsiques dels telèfons de gamma alta. El primer telèfon que va anunciar que utilitzarà aquest xip és l’Oppo R15.

El principal processador de l’empresa, anunciat l’any passat, és l’Helio X30, que és un processador descentralitzat dirigit als telèfons premium. Inclou dos nuclis de CPU ARM Cortex-A73 amb fins a 2, 5 GHz, quatre nuclis Cortex-A53 amb fins a 2, 2 GHz i quatre nuclis A35 que poden funcionar fins a 1, 9 GHz, juntament amb els gràfics PowerVR Series 7XT Plus de Imagination a 800 GHz i un mòdem de la categoria 10 LTE capaç d’agregar 3 portadors al enllaç descendent. És un xip interessant, produït en el procés de 10 nm de TSMC i que empeny la idea que més nuclis poden ser més flexibles. Entre els telèfons que han anunciat que s’utilitzen es troben el Meizu Pro 7 Plus amb pantalles duals i la Vernee Apollo 2 (càmera frontal de 8MP, càmeres posteriors de 16MP + 13MP).

L’any passat, MediaTek va anunciar dos processadors de mercat mitjà, l’Helio P23 i el P30, destinats als mercats mundials i específicament a la Xina, cadascun amb vuit nuclis Cortex-A53 amb 2, 53 GHz i gràfics Mali G71 MP2. Es tracta dels xips que el P60 està dissenyat per substituir, i que ofereixen més potència i permeten una sèrie de noves funcions.

El P60 ofereix un rendiment més gran i suposa un retorn a la configuració gran.LITTLE ARM i MediaTek impulsats els anys anteriors, combinant quatre dels més potents ARM Cortex-A73 de fins a 2, 0 GHz amb quatre del més eficient Cortex-A53 nuclis, també a 2, 0 GHz. A aquestes s’uneix una GPU ARM Mali G72 NMP3 de fins a 800 MHz, i totes estan controlades per la quarta versió de la tecnologia CorePilot de MediaTek per programar on s’executen les tasques. En comparació amb el P23 i el P30, MediaTek assegura que el P60 ofereix una millora del rendiment del 70 per cent en operacions de CPU i GPU.

MediaTek també s'està incorporant al carro de la IA, amb el P60 que inclou la seva plataforma NeuroPilot per a l'acceleració del maquinari de xarxa neuronal. Això és compatible amb Google Android Neural Network (NN) i els marcs habituals d'AI, inclosos TensorFlow, TensorFlow Lite, Caffe i Caffe 2. Es tracta efectivament d’un processador de senyal digital especialitzat capaç de 280 GMAC (milers de milions d’operacions que s’acumulen multiplicar per segon). Està dissenyat per utilitzar-se per a coses com el reconeixement facial per desbloquejar un telèfon (cosa que hem vist als telèfons de gamma alta però no en telèfons de gamma mitjana fins ara), i el reconeixement d'objectes, fins i tot en vídeos, a 60 fotogrames per segon.

A més, el P60 ofereix diverses funcions d’imatge noves, incloent tres processadors de sensors d’imatge que poden suportar una configuració de doble càmera de sensors de 16 i 20 MP o una sola càmera de fins a 32 MP. (Encara no he vist un telèfon en producció amb un sensor de càmera amb tants megapíxels, però suposadament venen.) Aquests sensors afegeixen funcions de reducció de soroll, juntament amb el bokeh en temps real (el desenfocament del fons que s’utilitza en els modes retratats).

El xip inclou un mòdem que admet les descàrregues de la categoria 7 (fins a 300 Mbps) i les càrregues de la categoria 13 (fins a 150 Mbps amb 2 agregacions de portadors). Es fabrica amb el procés FinFet de 12 nm de TSMC, que la companyia diu que l’ajuda a estalviar un 25 per cent d’energia per a aplicacions amb molta energia com jocs, i un estalvi d’energia del 12 per cent en general.

Difusió

Spreadtrum, que fa que els mòdems es venguin majoritàriament al mercat xinès, van anunciar una col·laboració amb Intel que utilitzarà el mòdem 5G i les CPU compatibles amb ARM. Encara es fa un parell d’anys i, per tant, encara no hi ha detalls.

Tingueu en compte que si bé Spreadtrum no és gaire visible als EUA, només traça Qualcomm i MediaTek al mercat comerciant dels processadors d'aplicacions. Principalment ven productes amb CPU ARM i el seu mòdem 4G propi, però té un tracte i Intel és propietat minoritària. Això ha donat com a resultat un xip amb CPU Intel i mòdem de Spreadtrum (al contrari del nou anunci).

BRAÇA

Per descomptat, no només els fabricants de xips veuen AI com la propera gran onada, i les empreses que fan la propietat intel·lectual també han estat fent una gran empenta en aquest àmbit.

ARM, el més reeixit dels fabricants d’IP, va anunciar una suite d’IP per a aprenentatge automàtic el mes passat, incloent-hi tant el maquinari com el programari, i ho va impulsar al Mobile World Congress.

Projected Trillium, que inclou dissenys de processador (IP) tant per a Machine Learning (ML) com per a Detection Object (OD), juntament amb una nova biblioteca de programari.

El processador ML està dissenyat per situar-se dins d’un processador d’aplicacions i executar-se al costat de la CPU, la GPU i el nucli de visualització. La biblioteca de programari, que es coneix com ARM NN (xarxa neuronal), està dissenyada per donar suport a marcs com TensorFlow, Caffe i Android NN. Això permet que aquestes aplicacions només puguin funcionar amb programari en processadors existents que tinguin CPU i gràfics ARM; Tot i que, per descomptat, s’augmentarà considerablement quan s’executeu en processadors que inclouen els nuclis de ML. El programari de tercers també funcionarà en el nucli del processador. ARM diu que el nucli de ML es va dissenyar des de la base, específicament, per executar xarxes neuronals. Pot executar aplicacions tant de 8 com de 16 bits, tot i que la tendència és centrar-se en 8 bits per senzillesa.

El processador OD està dissenyat per situar-se al costat d’un processador de senyalització d’imatges (ISP), per tal de proporcionar una detecció d’objectes de baixa potència, específicament per a aplicacions com la detecció de la cara i el seguiment del moviment. Es tracta d’un bloc de maquinari dedicat dissenyat per a ser utilitzat amb noves tecnologies de sensors com les càmeres estereoscòpiques.

ARM va dir que la nova IP estaria disponible per a la previsualització dels desenvolupadors a l'abril i que seria generalment disponible a finals d'aquest any, però, donat un cicle de temps típic, és poc probable que els nous nuclis de processador apareguin en xips fins al 2019 o més tard. Per descomptat, el programari, que funciona en nuclis existents, es podria desplegar molt abans.

ARM també va impulsar algunes solucions noves per a Internet of Things, inclosa una nova solució SIM anomenada Kigen, dissenyada per ser construïda a SoCs per dispositius de baix consum per substituir les targetes SIM físiques actuals.

Tecnologies d’imaginació

La imaginació, coneguda pels seus gràfics PowerVR, va anunciar la seva IP de xarxa neuronal la tardor passada, el PowerVR 2NX Neural Network Acceleration (NNA). Aquesta és una arquitectura flexible amb un a vuit nuclis, cadascun dels quals pot tenir 256 unitats de acumulació multiplaça de 8 bits (MACs). La imaginació diu que pot realitzar més de 3, 2 bilions d’operacions per segon.

Ceva

Altres venedors IP també entren al mercat. Ceva, conegut pels seus nuclis DSP, acaba d’anunciar NeuPro, una família de nuclis de processador AI dissenyats per a dispositius de punta. Aquests es basen en processadors que la firma ha venut a l’àrea de visió d’ordinadors i utilitzen el marc CDNN per a diversos “processos d’AI”. Funcionarà amb els marcs comuns d’aprenentatge de màquines i convertirà aquests en funcionar en processadors mòbils per fer referència. L’empresa planifica processadors d’entre 2 i 12, 5 teraops per segon (TOPS) dissenyats per a productes de consum, vigilància i productes ADAS (per a vehicles autònoms). Ceva ha dit que un dels principals clients de l'automòbil té previst habilitar 100 TOPS de rendiment amb una potència inferior a 10 watts. Les llicències començaran a la segona meitat d’aquest any.

Ceva també va anunciar la seva plataforma de DSPs PentaG per a mòdems de banda base 5G. La companyia diu que els seus actuals DSP es troben en el 40 per cent dels telèfons mòbils, que cobreixen prop de 900 milions de telèfons a l'any i en mòdems d'Intel, Samsung i Spreadtrum. La nova plataforma té més IA, utilitzada particularment per a "l'adaptació d'enllaços". Al món 5G, els telèfons poden tenir diversos enllaços a una estació base i Ceva assegura que el seu maquinari i el seu programa ajuden a determinar el millor enllaç cada pocs mil·lisegons. Això pot estalviar molta potència en comparació amb l'ús del programari sol. No es tracta d’un DSP d’ús general o d’un xip de xarxa neuronal, sinó d’un disseny específic per a comunicacions. S'acaba d'anunciar i hauria d'estar disponible al tercer trimestre.

Ceva també està fent una gran empenta per als DSP al mercat de les estacions base 5G, i va dir que fins a un 50 per cent de la nova infraestructura de ràdio 5G utilitzarà la DSP IP de la companyia, inclosos sistemes de Nokia i ZTE.

Quina probabilitat tens de recomanar PCMag.com?