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Processadores móveis de 2018: a ascensão dos recursos de aprendizado de máquina

techserving |
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Não é de surpreender que os smartphones deste ano apresentem processadores mais rápidos do que os do ano passado - isso acontece todos os anos.Mas o que há de novo neste ano é a predominância de recursos de aprendizado de máquina que praticamente todos os fornecedores de processadores estão divulgando como uma maneira de diferenciar seus dispositivos.Isso é verdade para os fornecedores de telefone que projetam seus próprios chips, os fornecedores de chips independentes ou comerciais que vendem processadores para telefonar fornecedores e até os fabricantes de IP que projetam os núcleos que entram nos próprios processadores.

Fundo

Primeiro, um pouco de fundo: todos os processadores de aplicação modernos incluem projetos (geralmente chamados de propriedade intelectual ou IP) de outras empresas, principalmente empresas como BRAÇO, Tecnologias de imaginação, MIPs e CEVA.Esse IP pode aparecer de várias formas-por exemplo, o BRAÇO vende de tudo, desde uma licença básica para sua arquitetura de 32 e 64 bits, até núcleos específicos para CPUs, gráficos, processamento de imagens, etc.., que os designers de chips podem usar para criar processadores.Normalmente, os designers de chips misturam e combinam esses núcleos com os projetos próprios e fazem várias escolhas em relação à memória, interconexões e outros recursos, em um esforço para equilibrar o desempenho com requisitos de energia, tamanho e custo.

Na frente da CPU, a maioria dos chips tem uma combinação de núcleos maiores que são mais poderosos e são mais rápidos e mais quentes, e núcleos menores que são mais eficientes.Normalmente, os telefones usarão os núcleos menores na maioria das vezes, mas para tarefas exigentes mudarão para os núcleos de desempenho superior e usarão uma combinação de núcleos e GPU e outros núcleos para melhor gerenciar necessidades de desempenho e considerações térmicas (você não podeExecute os núcleos de alto desempenho por muito tempo, porque eles superaquecem, e geralmente você não precisa).Os exemplos mais conhecidos para os grandes núcleos são os núcleos Cortex-A75 e A73 da BRAÇO;Os núcleos menores correspondentes seriam o A55 e A53.Nos telefones de alta qualidade de hoje, você costuma ver quatro de cada um, no que é conhecido como um layout oca-core, embora alguns fornecedores tenham adotado outras abordagens.

Para gráficos, há mais diversidade, com alguns fornecedores escolhendo a linha Mali da Arm, outros escolhendo o PowerVR da Tecnologias de imaginação e outros ainda optando por projetar seus próprios núcleos gráficos.E há ainda mais diversidade quando se trata de coisas como processamento de imagens, processamento de sinal digital e, ultimamente, a IA funciona.

Maçã

A Maçã começou a pressionar seus recursos de IA em seus anúncios de telefone de outono, incluindo o chip "A11 Bionic (abre em uma nova janela) usado no iPhone 8 e 8 Plus, bem como no iPhone X.

O A11 Bionic é uma arquitetura de seis núcleos, com dois núcleos de alto desempenho e quatro núcleos de eficiência.A Maçã projeta seus próprios núcleos (sob uma licença de arquitetura de BRAÇO) e tradicionalmente empurrou o desempenho de thread único.Este é um passo a partir da fusão de quatro núcleos A10, e a Maçã disse que os núcleos de desempenho no A11 são até 25 % mais rápidos do que no A10, enquanto os quatro núcleos de eficiência podem ser até 70 % mais rápidos que o chip de fusão A10.Ele também disse que o processador gráfico é até 30 % mais rápido.

Maçã fala sobre o chip ter um "mecanismo neural" de núcleo duplo, que pode ajudar com o reconhecimento de cenas no aplicativo de câmera e o Face ID e o Animoji no iPhone X.A empresa também lançou uma API chamada Coreml, para ajudar desenvolvedores de terceiros a criar aplicativos que aproveitam isso.

A Maçã normalmente não fornece muitas informações sobre seus processadores, mas diz que o A11 Bionic Neural Engine é um design de núcleo duplo que pode executar até 600 bilhões de operações por segundo para processamento em tempo real.

Ao contrário da maioria dos outros fabricantes de processadores, a Maçã não integra o modem em seus processadores de aplicativos e, em vez disso, usa modems independentes de Qualcomm ou Intel.Houve alguma controvérsia sobre se a Maçã suporta apenas os recursos em seus modems Qualcomm que também são suportados pela Intel;Na prática, isso significa que os iPhones suportam a agregação de transportadores de 3 vias, mas não alguns dos recursos mais avançados.

Huawei

A Huawei também foi cedo para o push da IA e chamou seu Kirin 970, que anunciou no IFA Show no outono passado, "a primeira unidade de processamento de IA móvel do mundo."O Kirin 970 está usado agora no Huawei Mate 10.Inclui quatro núcleos CPU Cortex-A73 em execução em até 2.4 GHz e quatro A53s em execução até 1.8 GHz, juntamente com a GPU Mali G72 MP12 do BRAÇO.

O que é particularmente novo no 970 é o que a Huawei chama de NPU, ou unidade de processamento neural.A empresa disse que as tarefas que podem ser descarregadas para esse processador podem ver 25 vezes o desempenho e 50 vezes a eficiência versus aqueles que estão em execução no cluster da CPU.Isto é destinado em particular a um reconhecimento de imagem mais rápido e melhor fotografia.No show, a Huawei disse que o telefone pode processar 1.92 Teraflops de 16 bits.

O Kirin 970 possui um processador de sinal de imagem dupla, um modem de categoria 18 LTE com agregação de 5 portadores e MIMO 4 por 4 que deve permitir uma velocidade máxima de download de 1.2Gbps.

No Mobile World Congress, a Huawei anunciou seu primeiro modem 5G, o Balong 5G01, que afirmou que seria o primeiro modem 5G a enviar.Parece provável que alguns futuros aplicativos processadores adotem este modem também, mas isso ainda não foi anunciado.Tecnicamente, todos esses produtos são criados pela subsidiária Hisilicon da empresa.

Qualcomm

O chip provavelmente estará no coração da maioria dos principais telefones Android nos EUA este ano é o Snapdragon 845 da Qualcomm.Esta é uma atualização do Snapdragon 835, que foi usado na maior parte dos telefones Android premium de 2017, e já é usado nas versões norte -americanas do Galaxy S9.

Assim como na maioria dos outros fornecedores, a Qualcomm está pressionando as redes neurais e a IA como uma das maiores áreas de melhorias no chip deste ano, juntamente com um foco aumentado em "imersão" - que essencialmente significa imagens melhores.

Na área da IA, a Qualcomm gosta de falar sobre ter um mecanismo de processamento neural de vários núcleos (NPE), que usa uma nova versão do seu Hexagon DSP, bem como a CPU e a GPU para inferir.

O chip possui o Hexagon 685 DSP, que a Qualcomm diz que pode mais que o dobro do desempenho do processamento da IA;Uma CPU KRYO 385, que, segundo ele.85 GHz), e até um aumento de 15 % no desempenho de seus "núcleos de eficiência (quatro núcleos Cortex-A55 em execução a até 1.8 GHz), com todos compartilhando um cache L3 de 2 MB;e uma GPU Adreno 630, que a Qualcomm diz que apoiará uma melhoria de desempenho de 30 % ou uma redução de energia de 30 %, bem como até 2.5 vezes mais rápidas exibições.

Na área da IA, o chip suporta um grande número de diferentes estruturas de aprendizado de máquina, e a empresa diz que isso funciona para coisas como classificação de objetos, detecção de rosto, segmentação de cenas, reconhecimento de alto -falantes e etc.Duas aplicações destacadas são efeitos de bokeh ao vivo (para produzir retratos com fundo borrado) e sensor de profundidade ativa e luz estruturada, o que deve permitir um melhor reconhecimento de rosto.Ao mover inferir da nuvem para o dispositivo, a Qualcomm diz que você obtém os benefícios de baixa latência, privacidade e melhor confiabilidade.

Na área de imagem, o chip possui uma nova versão do ISP do Spectra da Qualcomm, captura de vídeo Ultra HD aprimorada com redução de ruído com vários quadros, a capacidade de capturar vídeo de 16 megapixels a 60 quadros por segundo e 720p Video Slow-Mo em 480quadros por segundo.Para VR, o 845 suporta displays com uma resolução de 2k-by-2k a 120 quadros por segundo, um grande passo a partir do 1.5k-by-1.5k a 60 quadros por segundo apoiado pelo 835.

Outros recursos incluem uma unidade de processamento segura, que usa seu próprio núcleo para armazenar informações de segurança fora do kernel, e trabalha com a CPU e a capacidade de confiança da Qualcomm.

Mobile Processors of 2018: The Rise of Machine Learning Features

O 845 integra o modem X20 que a Qualcomm introduziu no ano passado, capaz de apoiar a categoria LTE 18 (com velocidades de até 1.2 Gbps), até 5 agregação de transportadoras e 4x4 MIMO e usa técnicas como acesso assistido por licenciado para tornar as velocidades mais rápidas possíveis em mais áreas.

O chip é fabricado no processo de baixa potência de 10nm da Samsung.

A Qualcomm também faz da família de processadores de aplicação do Snapdragon 600, liderada pelo 660, que é usado por muitos fornecedores chineses, incluindo Oppo e Vivo.No período que antecedeu o Mobile World Congress, introduziu a família Snapdragon 700, que possui muitos dos mesmos recursos que a família 800, incluindo o Hexagon DSP, Spectra ISP, Adreno Graphics e Kryo CPU.Comparado com o 660, a Qualcomm diz que oferecerá uma melhoria de 2x nas aplicações de IA no dispositivo e uma melhoria de 30 % na eficiência de energia.

Samsung

Embora use processadores Qualcomm na maioria de seus telefones norte -americanos, em muitos outros mercados, a Samsung usa seus próprios processadores Exynos e está começando a disponibilizar esses processadores para outros fabricantes de telefones.

Seu novo topo de linha é o Exynos 9810, que a Samsung usará nas versões internacionais do Galaxy S9 e S9+.

Novamente, a Samsung está pressionando novos recursos para o "software baseado em aprendizado profundo", que, segundo ele.

O 9810 também é um chip octa-core, com quatro núcleos A55 para eficiência de energia e quatro projetos de CPU personalizados para desempenho.Samsung diz que esses novos núcleos, que podem ser executados em até 2.9GHz, tenha um pipeline mais amplo e memória de cache otimizada, dando a eles duas vezes o desempenho único e 40 % mais desempenho multi-núcleo em comparação com seu antecessor, 8895 do ano passado.(Os benchmarks publicados mostram melhorias no mundo real, mas não tanto quanto as reivindicadas; continuo cético em relação a todos os benchmarks móveis neste momento.)

Outros recursos incluem gráficos Mali-G72 MP18, suporte para telas de até 3840 por 2400 e exibições 4096 por 2160, um processador de sinal de imagem duplo (ISP) e suporte para captura 4K a 120 quadros por segundo.O 9810 também possui um modem de categoria 18 com 6 agregação portadora e 4 por 4 MIMO para downlink (2 CA para uplink), com um máximo de 1.2 Gbps de velocidade de downlink e uploads de 200 MBs.No papel, isso corresponde aos modems da categoria 18 que a Qualcomm e a Huawei têm em seus melhores chips atuais.Como o Snapdragon 845, é fabricado no processo FINFET de segunda geração da Samsung..

MEDIATEK

A MEDIATEK tem sido mais um jogador em telefones intermediários e abaixo, e no mês passado introduziu um novo chip chamado Helio P60 destinado ao mercado de "novo premium"-telefone de mercado na faixa de US $ 200 a US $ 400 que oferece todo oRecursos básicos dos telefones de ponta mais alta.O primeiro telefone anunciou que usará este chip é o Oppo R15.

O principal processador da empresa, anunciado no ano passado, é o Helio X30, que é um processador DECA-CORE destinado a telefones premium.Isso inclui dois núcleos de CPU córtex-a73 de braço em execução em até 2.5 GHz, quatro núcleos Cortex-A53 em execução a até 2.2 GHz e quatro núcleos A35 que podem ser executados em até 1.9 GHz, juntamente com os gráficos da série Powervr 7xt da Imagination PLUS a 800 GHz e um modem da categoria LTE 10 capaz de agregação de 3 portadores no Downlink.É um chip interessante, produzido no processo de 10nm do TSMC, e leva a ideia de que mais núcleos podem ser mais flexíveis.Entre os telefones anunciou que o uso disso está o Meizu Pro 7 Plus com telas duplas e o Vernee Apollo 2 (câmera frontal de 8MP, câmeras traseiras de 16mp + 13mp).

No ano passado, a Mediatek anunciou dois processadores de mercado intermediário, o Helio P23 e o P30, destinados a mercados globais e China especificamente, cada um com oito núcleos Cortex-A53 em 2 corridas em 2.53 GHz e gráficos Mali G71 MP2.Estes são os chips que o P60 foi projetado para substituir e oferecer mais energia e permitir uma série de novos recursos.

O P60 oferece mais desempenho e é um retorno ao grande.Pequeno braço de configuração e mediaatek empurraram nos anos anteriores, combinando quatro dos braços mais poderosos Cortex-A73 em até 2.0 GHz com quatro dos núcleos Cortex-A53 mais eficientes, também em 2.0 GHz.Eles são unidos por um BRAÇO Mali G72 NMP3 GPU a até 800 MHz e são todos controlados pela quarta versão da tecnologia Corepilot da MEDIATEK para agendamento onde as tarefas são.Comparado com o p23 e p30, o Mediatek diz que o P60 oferece um aumento de 70 % no desempenho nas operações de CPU e GPU.

MEDIATEK também está entrando na onda da IA, com o P60, incluindo sua plataforma de neuropilot para aceleração de hardware de rede neural.Isso suporta o Google Android Neural Network (NN) e as estruturas comuns de IA, incluindo Tensorflow, Tensorflow Lite, Caffe e Caffe 2.Este é efetivamente um processador de sinal digital especializado capaz de 280 GMACs (bilhões de operações multiplinárias acumuladas por segundo).Ele foi projetado para ser usado para coisas como reconhecimento facial para desbloquear um telefone (algo que vimos em telefones de ponta, mas não em telefones de gama média até agora) e reconhecimento de objetos, mesmo em vídeos, a 60 quadros por segundo.

Além disso, o P60 possui vários novos recursos de imagem, incluindo três processadores de sensores de imagem que podem suportar uma configuração de câmera dupla de sensores de 16 e 20 MP ou uma única câmera em até 32 MP.(Eu ainda não vi um telefone em produção com um sensor de câmera com tantos megapixels, mas eles supostamente estão vindo.) Esses sensores adicionam recursos de redução de ruído, juntamente com o bokeh em tempo real (o embaçamento do fundo usado nos modos de retrato).

O chip inclui um modem que suporta downloads de categoria 7 (a até 300 Mbps) e uploads de categoria 13 (até 150 Mbps com 2 agregação de portador).Ele é fabricado no processo FINFET de 12 nm do TSMC, que a empresa diz que ajuda a oferecer 25 % de economia de energia para aplicações com uso intensivo de energia, como jogos e economia de energia de 12 % em geral.

Spreadtrum

O Spreadtrum, que faz com que os modems sejam vendidos principalmente no mercado chinês, anunciou uma parceria com a Intel que usará o modem 5G da Intel e as CPUs compatíveis com o BRAÇO.Isso ainda está a alguns anos, então os detalhes ainda não estão disponíveis.

Observe que, embora o spreadtrum não seja muito visível nos EUA, ele trata apenas da Qualcomm e Mediatek no mercado de comerciantes para processadores de inscrição.Ele vende principalmente produtos com CPUs BRAÇO e seu próprio modem 4G, mas tem um acordo e é de propriedade da minoria, Intel.Isso resultou em um chip com o Intel CPUs e o modem de Spreadtrum (o oposto do novo anúncio).

BRAÇO

Obviamente, não são apenas os fabricantes de chips que vêem a IA como a próxima grande onda, e as empresas que fazem o IP também estão fazendo um grande empurrão nessa área.

O Arm, o mais bem -sucedido dos fabricantes de IP, anunciou um conjunto de IP para aprendizado de máquina no mês passado, incluindo hardware e software, e empurrou isso no Mobile World Congress.

Projeto Apelidado Trillium, isso inclui projetos de processadores (IP) para aprendizado de máquina (ML) e detecção de objetos (OD), juntamente com uma nova biblioteca de software.

O processador ML foi projetado para sentar -se dentro de um processador de aplicativos e executar ao lado da CPU, GPU e Exibir núcleo.A biblioteca de software, conhecida como BRAÇO NN (Rede Neural), foi projetada para oferecer suporte a estruturas como Tensorflow, Caffe e Android NN.Isso permite que esses aplicativos sejam executados sozinhos em software apenas nos processadores existentes que possuem CPUs e gráficos BRAÇO;Embora, é claro, será acelerado consideravelmente quando executado em processadores que incluem os núcleos de ML.O software de terceiros também funcionará no núcleo do processador.Arm diz que o núcleo ML foi projetado desde o início especificamente para executar redes neurais.Ele pode executar aplicativos de 8 e 16 bits, embora a tendência seja focar em 8 bits para simplificar.

O processador OD foi projetado para sentar -se ao lado de um processador de sinalização de imagem (ISP), a fim de fornecer detecção de objeto de baixa energia, especificamente para aplicações como detecção de rosto e movimento de rastreamento.Este é um bloco de hardware dedicado projetado para ser usado com novas tecnologias de sensores, como câmeras estereoscópicas.

Arm disse que o novo IP estaria disponível para pré -visualização do desenvolvedor em abril e geralmente estaria disponível ainda este ano, mas, dado um ciclo de tempo típico, é improvável que os novos núcleos de processador aparecessem em chips até 2019 ou mais tarde.Obviamente, o software, que funciona nos núcleos existentes, pode ser implantado muito mais cedo.

O BRAÇO também empurrou algumas novas soluções para a Internet das Coisas, incluindo uma nova solução SIM chamada Kigen, projetada para ser construída dentro do SOCS para dispositivos de baixa potência para substituir os cartões SIM físicos de hoje.

Tecnologias de imaginação

A imaginação, conhecida por seus gráficos do PowerVR, anunciou seu IP de rede neural no outono passado, a aceleração da rede neural 2NX Powervr (NNA).Esta é uma arquitetura flexível com um a oito núcleos, cada um dos quais pode ter 256 unidades acumuladas multiplay de 8 bits (MACs).A imaginação disse que pode realizar mais de 3.2 trilhões de operações por segundo.

Ceva

Outros fornecedores de IP também estão entrando no mercado.A CEVA, conhecida por seus núcleos DSP, acaba de anunciar a Neupro, uma família de núcleos de processador de IA projetados para dispositivos de borda.Eles se baseiam nos processadores que a empresa vendeu na área de visão computacional e usam a estrutura do CDNN para uma variedade de "processos de IA."Isso funcionará com as estruturas de aprendizado de máquina comuns e as convertem para executar em processadores móveis para inferir.A empresa planeja processadores que variam de 2 a 12.5 Teraops por segundo (tops) projetados para produtos de consumidor, vigilância e Adas (para veículos autônomos).A CEVA disse que um dos principais planos de clientes automotivos para permitir 100 tops de desempenho usando menos de 10 watts de poder.O licenciamento começará no segundo semestre deste ano.

A CEVA também anunciou sua plataforma PENTAG de DSPs para modems de banda base 5G.A empresa diz que seus DSPs atuais estão em 40 % dos aparelhos do mundo, cobrindo cerca de 900 milhões de telefones por ano e em modems da Intel, Samsung e Spreadtrum.A nova plataforma tem mais IA, usada particularmente para "Adaptação de link."No mundo 5G, os aparelhos podem ter vários links para uma estação base, e a CEVA diz que seu hardware e software ajudam a determinar o melhor link a cada poucos milissegundos.Isso pode economizar muito poder em comparação com o uso de software sozinho.Este não é um DSP de uso geral ou chip de rede neural, mas um projetado especificamente para comunicações.Foi anunciado e deveria estar disponível no terceiro trimestre.

A CEVA também está fazendo um grande impulso para os DSPs no mercado de estação base 5G e disse que até 50 % da nova infraestrutura de rádio 5G usará o IP DSP da empresa, incluindo sistemas da Nokia e ZTE.

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