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Procesadores móviles de 2018: el aumento de las características de aprendizaje automático

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No es sorprendente que los teléfonos inteligentes de este año presenten procesadores más rápidos que los del año pasado, eso sucede cada año.Pero lo nuevo este año es el predominio de las características de aprendizaje automático que casi todos los proveedores de procesadores están promocionando como una forma de diferenciar sus dispositivos.Esto es cierto para los proveedores telefónicos que diseñan sus propias papas fritas, los proveedores de chips independientes o comerciales que venden procesadores a proveedores telefónicos e incluso para los fabricantes de IP que diseñan los núcleos que ingresan a los procesadores mismos.

Fondo

Primero un poco de antecedentes: todos los procesadores de aplicaciones modernos incluyen diseños (a menudo denominados propiedad intelectual, o IP) de otras compañías, especialmente empresas como BRAZO, Tecnologías de imaginación, MIPS y CEVA.Dicha IP puede aparecer en varias formas, por ejemplo, BRAZO vende todo, desde una licencia básica para su arquitectura de 32 y 64 bits, hasta núcleos específicos para CPU, gráficos, procesamiento de imágenes, etc.., que los diseñadores de chips pueden usar para crear procesadores.Por lo general, los diseñadores de chips mezclan y combinan estos núcleos con diseños propios, y toman varias decisiones con respecto a la memoria, las interconexiones y otras características, en un esfuerzo por equilibrar el rendimiento con los requisitos de energía, el tamaño y el costo..

En el frente de la CPU, la mayoría de los chips tienen una combinación de núcleos más grandes que son más potentes y funcionan más rápido y más caliente, y núcleos más pequeños que son más eficientes.Por lo general, los teléfonos utilizarán los núcleos más pequeños la mayor parte del tiempo, pero para las tareas exigentes cambiarán a los núcleos de mayor rendimiento y utilizarán una combinación de núcleos y GPU y otros núcleos para administrar mejor las necesidades de rendimiento y las consideraciones térmicas (no puedeEjecute los núcleos de alto rendimiento por mucho tiempo, porque se sobrecalentarían, y generalmente no es necesario).Los ejemplos más conocidos para los grandes núcleos son los núcleos Cortex-A75 y A73 de BRAZO;Los núcleos más pequeños coincidentes serían el A55 y el A53.En los teléfonos de alta gama de hoy, a menudo verá cuatro de cada uno, en lo que se conoce como un diseño de ocho core, aunque algunos proveedores han adoptado otros enfoques.

Para los gráficos, hay más diversidad, con algunos proveedores que eligen la línea Mali de BRAZO, otros que eligen PowVR de Tecnologías de imaginación, y otros que optan por diseñar sus propios núcleos de gráficos.Y hay aún más diversidad cuando se trata de cosas como el procesamiento de imágenes, el procesamiento de señales digitales y las funciones de IA.

Manzana

Manzana comenzó a empujar sus capacidades de IA en sus anuncios de teléfono de otoño, incluidos los chip "A11 Bionic (abre en una nueva ventana)" utilizada en el iPhone 8 y 8 Plus, así como el iPhone X.

El A11 Bionic es una arquitectura de seis núcleos, con dos núcleos de alto rendimiento y cuatro núcleos de eficiencia.Manzana diseña sus propios núcleos (bajo una licencia de arquitectura BRAZO), y tradicionalmente ha presionado un rendimiento único.Este es un paso adelante de la fusión A10 de cuatro núcleos, y Manzana dijo que los núcleos de rendimiento en el A11 son hasta un 25 por ciento más rápido que en el A10, mientras que los cuatro núcleos de eficiencia pueden ser hasta un 70 por ciento más rápido que el chip de fusión A10.También dijo que el procesador de gráficos es hasta un 30 por ciento más rápido.

Manzana habla sobre el chip que tiene un "motor neuronal" de doble núcleo, que puede ayudar con el reconocimiento de la escena en la aplicación de la cámara y la identificación de la cara y la animoji en el iPhone X.La compañía también lanzó una API llamada CoreMl, para ayudar a los desarrolladores de terceros a crear aplicaciones que aprovechen esto..

Manzana generalmente no ofrece mucha información sobre sus procesadores, pero dice que el motor neuronal biónico A11 es un diseño de doble núcleo que puede realizar hasta 600 mil millones de operaciones por segundo para el procesamiento en tiempo real..

A diferencia de la mayoría de los otros fabricantes de procesadores, Manzana no integra el módem en sus procesadores de aplicaciones, y en su lugar utiliza módems independientes de Qualcomm o Intel.Ha habido cierta controversia sobre si Manzana solo admite las características en sus módems Qualcomm que también son compatibles con Intel;En la práctica, esto significa que los iPhones admiten la agregación de operadores de 3 vías, pero no algunas de las características más avanzadas.

Huawei

Huawei también llegó temprano al impulso de IA, y llamó a su Kirin 970, que anunció en el show de IFA el otoño pasado, "la primera unidad de procesamiento de IA móvil del mundo del mundo."El Kirin 970 se usa en este momento en el Huawei Mate 10.Incluye cuatro núcleos de CPU Cortex-A73 que funcionan hasta 2.4 GHz y cuatro A53 corriendo hasta 1.8 GHz, junto con GPU Mali G72 MP12 de Arm's Mali.

Lo que es particularmente nuevo en el 970 es lo que Huawei llama su NPU, o unidad de procesamiento neuronal.La compañía ha dicho que las tareas que se pueden descargar a este procesador pueden ver 25 veces el rendimiento y 50 veces la eficiencia versus las que se ejecutan en el clúster de la CPU.Esto está dirigido en particular a un reconocimiento de imagen más rápido y una mejor fotografía.En el show, Huawei dijo que el teléfono puede procesar 1.92 Teraflops de 16 bits.

El Kirin 970 tiene un procesador de señal de doble imagen, un módem LTE de categoría 18 con agregación de 5 portadores y 4 por 4 MIMO que debería permitir una velocidad de descarga máxima de 1.2GBPS.

En el Mobile World Congress, Huawei anunció su primer módem 5G, el Balong 5G01, que dijo que sería el primer módem 5G en enviar.Parece probable que algunos procesadores de aplicaciones futuras también adopten este módem, pero eso aún no se ha anunciado.Técnicamente, todos estos productos son creados por la subsidiaria Hisilicon de la firma.

Qualcomm

El chip que probablemente estará en el corazón de la mayoría de los teléfonos Android insignia en los Estados Unidos este año es el Snapdragon 845 de Qualcomm.Esta es una actualización del Snapdragon 835, que se utilizó en la mayoría de los teléfonos Android premium de 2017, y ya se usa en las versiones norteamericanas del Galaxy S9.

Al igual que con la mayoría de los otros proveedores, Qualcomm está presionando las redes neuronales y la IA como una de las mayores áreas de mejoras en el chip de este año, junto con un mayor enfoque en la "inmersión", lo que esencialmente significa mejor imágenes.

En el área de IA, a Qualcomm le gusta hablar sobre tener un motor de procesamiento neural de múltiples núcleos (NPE), que utiliza una nueva versión de su DSP Hexagon, así como la CPU y la GPU para inferencias.

El chip tiene el Hexagon 685 DSP, que Qualcomm dice que puede más del rendimiento de procesamiento de IA doble;Una CPU KRYO 385, que dice que proporciona un aumento de rendimiento del 25 al 30 por ciento para sus núcleos de rendimiento (cuatro núcleos de BRAZO Cortex-A75 que funcionan hasta 2.85 GHz), y hasta un aumento de rendimiento del 15 por ciento para sus "núcleos de eficiencia (cuatro núcleos Cortex-A55 que se extienden hasta 1.8 GHz), todo compartiendo un caché L3 de 2 MB;y una GPU Adreno 630, que según Qualcomm apoyará una mejora del rendimiento del 30 por ciento o una reducción de energía del 30 por ciento, así como hasta 2.5 veces pantallas más rápidas.

En el área de IA, el chip admite una gran cantidad de diferentes marcos de aprendizaje automático, y la compañía dice.Dos aplicaciones resaltadas son efectos bokeh en vivo (para producir retratos con un fondo borrosa) y detección de profundidad activa y luz estructurada, lo que debería permitir un mejor reconocimiento facial.Al mover la inferencia de la nube al dispositivo, Qualcomm dice que obtiene los beneficios de baja latencia, privacidad y mejor confiabilidad.

En el área de imágenes, el chip tiene una nueva versión del Spectra ISP de Qualcomm, una captura de video Ultra HD mejorada con reducción de ruido de múltiples cuadros, la capacidad de capturar videos de 16 megapíxeles a 60 cuadros por segundo y un video lento de 720p a 480cuadros por segundo.Para la realidad virtual, el 845 admite pantallas con una resolución de 2k por 2k a 120 cuadros por segundo, un gran paso hacia arriba del 1.5K-by-1.5k a 60 cuadros por segundo respaldado por el 835.

Otras características incluyen una unidad de procesamiento segura, que utiliza su propio núcleo para almacenar información de seguridad fuera del núcleo, y funciona con la CPU y la capacidad de confianza de Qualcomm..

Mobile Processors of 2018: The Rise of Machine Learning Features

El 845 integra el módem X20 que Qualcomm presentó el año pasado, que es capaz de soportar la categoría 18 LTE (con velocidades de hasta 1.2 Gbps), hasta 5 agregación de operadores y MIMO 4x4, y utiliza técnicas como el acceso asistido con licencia para hacer velocidades más rápidas posibles en más áreas.

El chip se fabrica en el proceso de baja potencia de 10 nm de Samsung.

Qualcomm también fabrica la familia Snapdragon 600 de procesadores de solicitud, dirigida por el 660, que es utilizada por muchos proveedores chinos, incluidos Oppo y Vivo.En el período previo al Mobile World Congress, presentó a la familia Snapdragon 700, que tiene muchas de las mismas características que la familia 800, incluidos el Hexagon DSP, Spectra ISP, Adreno Graphics y Kryo CPU.En comparación con el 660, Qualcomm dice que ofrecerá una mejora 2x en las aplicaciones de IA en el dispositivo y una mejora del 30 por ciento en la eficiencia energética.

Samsung

Si bien utiliza procesadores Qualcomm en la mayoría de sus teléfonos norteamericanos, en muchos otros mercados, Samsung utiliza sus propios procesadores Exynos y está comenzando a poner a disposición de otros procesadores para otros fabricantes de teléfonos.

Su nuevo Top of the-Line es el Exynos 9810, que Samsung utilizará en versiones internacionales del Galaxy S9 y S9+.

Una vez más, Samsung está presionando nuevas características para el "software basado en el aprendizaje profundo", que dice que ayuda al procesador a identificar con precisión elementos o personas en los teléfonos, y respalda el sentido de profundidad para el reconocimiento facial.

El 9810 también es un chip de ocho núcleos, con cuatro núcleos A55 para eficiencia energética y cuatro diseños de CPU personalizados para el rendimiento.Samsung dice que estos nuevos núcleos, que pueden funcionar hasta 2.9GHz, tiene una tubería más amplia y una memoria de caché optimizada, dándoles el doble de rendimiento de un solo núcleo y un 40 por ciento más de rendimiento de múltiples núcleos en comparación con su predecesor, el 8895 del año pasado.(Los puntos de referencia publicados muestran mejoras en el mundo real, pero no tanto como se afirma; sigo escéptico de todos los puntos de referencia móviles en este momento.)

Otras características incluyen gráficos Mali-G72 MP18, soporte para pantallas de hasta 3840 por 2400 y pantallas 4096 por 2160, un procesador de señal de imagen dual (ISP) y soporte para captura 4K a 120 cuadros por segundo.El 9810 también tiene un módem de categoría 18 con 6 agregación de portadores y 4 por 4 MIMO para enlace descendente (2 Ca para enlace ascendente), con un máximo 1.Velocidad de enlace descendente de 2 GBP y cargas de 200 MBS.En el papel, esto coincide con los módems de categoría 18 que tanto Qualcomm como Huawei tienen en sus chips superiores actuales.Al igual que el Snapdragon 845, se fabrica en el proceso FINFET de 10 nm de segunda generación de Samsung.

Mediatokek

Mediatokek ha sido más un jugador en teléfonos de rango medio y a continuación, y el mes pasado introdujo un nuevo chip llamado Helio P60 dirigido al mercado "nuevo premium": teléfono del mercado medio en el rango de $ 200- $ 400 que ofrece todo elCaracterísticas básicas de los teléfonos de extremo superior.El primer teléfono anunció que usará este chip es el OPPO R15.

El mejor procesador de la compañía, anunciado el año pasado, es el Helio X30, que es un procesador Deca-Core dirigido a teléfonos premium.Esto incluye dos núcleos de CPU de BRAZO Cortex-A73 que funcionan hasta 2.5 GHz, cuatro núcleos Cortex-A53 que funcionan hasta 2.2 GHz y cuatro núcleos A35 que pueden funcionar hasta 1.9 GHz, junto con los gráficos PowerVR Series 7xt Plus de Imagination a 800 GHz y un módem LTE Categoría 10 capaz de agregación de 3 transportistas en el enlace descendente.Es un chip interesante, producido en el proceso de 10 nm de TSMC, y empuja la idea de que más núcleos pueden ser más flexibles.Entre los teléfonos anunció que el uso de esto se encuentran el Meizu Pro 7 Plus con pantallas duales, y el Vernee Apollo 2 (cámara frontal de 8MP, cámaras traseras de 16MP + 13MP).

El año pasado, Mediatokek anunció dos procesadores de mercado medio, Helio P23 y P30, dirigidos específicamente a los mercados globales y China, cada uno con ocho núcleos Cortex-A53 que se ejecutan en 2.53 GHz y gráficos Mali G71 MP2.Estos son los chips que el P60 está diseñado para reemplazar, y ofrece más potencia y habilita una serie de nuevas características..

El P60 ofrece más rendimiento y es un regreso a la gran.Little Configuration Arm y Mediatokek presionaron en años anteriores, combinando cuatro de la Cortex-A73 más poderosa de hasta 2.0 GHz con cuatro de los núcleos Cortex-A53 más eficientes, también a las 2.0 GHz.A estos se unen un GPU MALI G72 NMP3 BRAZO a hasta 800 MHz, y todos están controlados por la cuarta versión de la tecnología CorePilot de Mediatokek para la programación donde se ejecutan las tareas..En comparación con el P23 y el P30, Mediatokek dice que el P60 ofrece una mejora del rendimiento del 70 por ciento en las operaciones de CPU y GPU.

Mediatokek también está llegando al carro de IA, con el P60 que incluye su plataforma de neuropilot para la aceleración de hardware de la red neuronal.Esto admite Google Android Neural Network (NN) y los marcos de IA comunes, incluidos TensorFlow, Tensorflow Lite, Caffe y Caffe 2.Este es efectivamente un procesador de señal digital especializado capaz de 280 GMAC (miles de millones de operaciones acumuladas multiplicada por segundo).Está diseñado para usarse para cosas como el reconocimiento facial para desbloquear un teléfono (algo que hemos visto en teléfonos de alta gama pero no en teléfonos de rango medio hasta ahora), y reconocimiento de objetos, incluso en videos, a 60 cuadros por segundo.

Además, el P60 tiene una serie de nuevas características de imagen, incluidos tres procesadores de sensores de imagen que pueden admitir una configuración de doble cámara de sensores de 16 y 20 MP o una sola cámara con hasta 32 MP.(Todavía no he visto un teléfono en producción con un sensor de cámara con tantos megapíxeles, pero supuestamente vienen.) Estos sensores agregan características de reducción de ruido, junto con bokeh en tiempo real (la desenfoque del fondo utilizada en los modos de retrato).

El chip incluye un módem que admite descargas de Categoría 7 (a hasta 300 Mbps) y cargas de categoría 13 (hasta 150 Mbps con 2 agregación de portadores).Se fabrica en el proceso FINFET de 12 nm de TSMC, que la compañía dice que lo ayuda a ofrecer un 25 por ciento de ahorro de energía para aplicaciones intensivas en energía, como juegos y un 12 por ciento de ahorro de energía en general..

Trama de extensión

Trama de extensión, que hace que los módems se vendan principalmente en el mercado chino, anunciaron una asociación con Intel que utilizará las CPU de módem 5G de Intel y las CPU compatibles con el brazo.Esto todavía está a un par de años de distancia, por lo que los detalles aún no están disponibles..

Tenga en cuenta que si bien Trama de extensión no es muy visible en los Estados Unidos, solo sigue a Qualcomm y Mediatokek en el mercado comercial de procesadores de aplicaciones.Principalmente vende productos con CPU de brazo y su propio módem 4G, pero tiene un trato y es propiedad minoritaria por, Intel.Esto ha resultado en un chip con Intel CPU y el módem de spreadtrum (lo contrario del nuevo anuncio).

BRAZO

Por supuesto, no solo son los fabricantes de chips los que ven la IA como la próxima gran ola, y las compañías que hacen la IP también han estado haciendo un gran impulso en esta área.

BRAZO, el más exitoso de los fabricantes de IP, anunció un conjunto de IP para el aprendizaje automático el mes pasado, incluidos el hardware y el software, y lo impulsó al Mobile World Congress.

Apodado Project Trillium, esto incluye diseños de procesadores (IP) tanto para el aprendizaje automático (ML) como para la detección de objetos (OD), junto con una nueva biblioteca de software.

El procesador ML está diseñado para sentarse dentro de un procesador de aplicaciones y ejecutar junto a la CPU, GPU y Mostrar núcleo.La biblioteca de software, que se conoce como Arm NN (NEUNAL NECHE), está diseñada para admitir marcos como TensorFlow, Caffe y Android NN.Esto permite que estas aplicaciones se ejecuten solo a través del software en procesadores existentes que tienen CPU y gráficos BRAZO;Aunque, por supuesto, se acelerará considerablemente cuando se ejecute en procesadores que incluyen los núcleos de ML.El software de terceros también funcionará en el núcleo del procesador.Arm dice que el núcleo ML fue diseñado desde cero específicamente para ejecutar redes neuronales.Puede ejecutar aplicaciones de 8 y 16 bits, aunque la tendencia es centrarse en 8 bits por simplicidad.

El procesador OD está diseñado para sentarse junto con un procesador de señalización de imagen (ISP), para proporcionar una detección de objetos de baja potencia, específicamente para aplicaciones como el movimiento de detección y seguimiento de la cara.Este es un bloque de hardware dedicado diseñado para usarse con nuevas tecnologías de sensores como cámaras estereoscópicas.

Arm dijo que la nueva IP estaría disponible para la vista previa del desarrollador en abril y que generalmente estaría disponible a finales de este año, pero dado un ciclo de tiempo típico, es poco probable que los nuevos núcleos de procesador aparezcan en las chips hasta 2019 o posteriormente.Por supuesto, el software, que funciona en los núcleos existentes, podría implementarse mucho antes.

BRAZO también presionó algunas soluciones nuevas para Internet de las cosas, incluida una nueva solución SIM llamada Kigen, diseñada para construirse dentro de SOCS para dispositivos de baja potencia para reemplazar las tarjetas SIM físicas de hoy en día..

Tecnologías de imaginación

La imaginación, conocida por sus gráficos PowerVR, anunció su IP de redes neuronales el otoño pasado, la aceleración de la red neuronal PowerVR 2NX (NNA).Esta es una arquitectura flexible con de uno a ocho núcleos, cada uno de los cuales puede tener 256 unidades de acumulación multiplaz de 8 bits (MAC).La imaginación ha dicho que puede realizar más de 3.2 billones de operaciones por segundo.

CEVA

Otros proveedores de IP también están entrando en el mercado.CEVA, conocida por sus núcleos DSP, acaba de anunciar Neupro, una familia de núcleos de procesador de IA diseñados para dispositivos de borde.Estas construidas en procesadores que la empresa ha vendido en el área de visión por computadora y utilizan el marco CDNN para una variedad de "procesos de IA."Esto funcionará con los marcos de aprendizaje automático común y los convertirá para que se ejecuten en procesadores móviles para inferencias.La compañía planea procesadores que van de 2 a 12.5 Teraops por segundo (TOPS) diseñados para productos de consumo, vigilancia y ADAS (para vehículos autónomos).CEVA ha dicho que un cliente automotriz importante planea permitir 100 tops de rendimiento utilizando menos de 10 vatios de energía.Las licencias comenzarán en la segunda mitad de este año.

CEVA también anunció su plataforma Pentag de DSP para módems de banda base 5G.La compañía dice que sus DSP actuales están en el 40 por ciento de los teléfonos del mundo, que cubre alrededor de 900 millones de teléfonos al año, y en módems de Intel, Samsung y Trama de extensión.La nueva plataforma tiene más IA, utilizada particularmente para "Adaptación de enlaces."En el mundo 5G, los teléfonos pueden tener múltiples enlaces a una estación base, y CEVA dice que su hardware y software ayudan a determinar el mejor enlace cada pocos milisegundos.Esto puede ahorrar mucha potencia en comparación con el uso de software solo.Este no es un DSP de uso general o un chip de red neuronal, sino que se diseñó específicamente para comunicaciones.Se acaba de anunciar y debería estar disponible en el tercer trimestre.

CEVA también está haciendo un gran impulso para los DSP en el mercado de la estación base 5G, y ha dicho que hasta el 50 por ciento de la nueva infraestructura de radio 5G utilizará la IP DSP de la compañía, incluidos los sistemas de Nokia y ZTE.

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