手機(jī)AI芯片決斗倒計(jì)時(shí)！蘋果華為高通戰(zhàn)備解密
文/ 心緣
來源：智東西（zhidxcom）
就在未來短短一個(gè)月之內(nèi)，我們即將迎來2018年業(yè)內(nèi)最重磅的兩大ai手機(jī)芯片發(fā)布——華為麒麟980、蘋果a12。
近一年來，商業(yè)化落地已成為ai發(fā)展的一大熱門主題，而智能手機(jī)領(lǐng)域無疑是最貼近人們生活且單一出貨量最大的ai落地市場之一。自去年華為蘋果先后發(fā)布ai芯片，移動ai芯片的戰(zhàn)火已經(jīng)點(diǎn)燃。如今，全球前幾大智能手機(jī)都已具備自產(chǎn)手機(jī)芯片的能力，紛紛基于ai芯片構(gòu)建更全面的ai應(yīng)用生態(tài)，高通作為老牌造芯工廠在手機(jī)ai芯片也表現(xiàn)強(qiáng)勁。
據(jù)華為消費(fèi)者業(yè)務(wù)ceo余承東透露，華為將在8月底召開的德國ifa消費(fèi)者展上發(fā)布新一代旗艦芯片麒麟980，會“遙遙領(lǐng)先”對手，他表示先把牛皮吹出去，再看能不能做到（華為余承東放話：手機(jī)今年出貨2億 明年沖世界第一）。隨著下個(gè)月蘋果a12和今年年底到明年年初高通驍龍855的問世，下一代ai旗艦版芯片的戰(zhàn)火將再度重燃，巔峰之戰(zhàn)即將打響，而新的王者很有可能將在華為的麒麟980、蘋果的a12和高通的驍龍855之間誕生！
ai性能大比拼
去年秋天，華為推出的麒麟970拔得了手機(jī)ai芯片落地的頭籌，搭載這款ai芯片的華為mate 10和mate 10 pro開始進(jìn)入人們的口袋。麒麟970之所以敢稱之為“ai芯片”，正是基于其全新hiai人工智能移動計(jì)算架構(gòu)中集成的專用ai處理單元——npu（neural-network processing unit，嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器）。這款npu的計(jì)算速度比cpu快25倍，能將能耗效率提高50倍，中科院計(jì)算所孵化出的ai芯片屆獨(dú)角獸——寒武紀(jì)科技（cambricon）正是該npu的技術(shù)合作方。
據(jù)傳，即將推出的麒麟980將繼續(xù)沿用寒武紀(jì)ip核，新一代npu很可能就是寒武紀(jì)在今年5月推出的第三代終端ip產(chǎn)品cambricon 1m。這款npu使用臺積電7nm工藝生產(chǎn)，提供2tops、4tops、8tops三種規(guī)模的處理器核，并支持多核互聯(lián)，其8位運(yùn)算效能比達(dá)5 tops/w（每瓦5萬億次運(yùn)算），性能比前任麒麟970采用的寒武紀(jì)1a高10倍，為視覺、自然語言處理及各類經(jīng)典學(xué)習(xí)任務(wù)提供更加靈活高效的計(jì)算平臺。
此外，華為配合npu推出面向開發(fā)者的hiai移動計(jì)算平臺，向開發(fā)者提供其ai計(jì)算庫、api等開發(fā)所需的全套工具，也支持開發(fā)者通過tensorflow和caffe這些第三方框架接入。
去年，在麒麟970發(fā)布兩周后，蘋果公布自研ai芯片a11。a11芯片上也搭載了一個(gè)專用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的硬件模塊——“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎（neural engine）”，該模塊采用雙核設(shè)計(jì)，能以每秒最高6000億次速度處理機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)，為faceid的人臉識別、ar物體偵測、animoji臉部追蹤、siri語音助手等功能提供驅(qū)動。
而今年蘋果的a12芯片暫時(shí)未被曝出大的升級處理，除了可能會繼續(xù)沿用去年a11使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引擎。基于ai芯片，蘋果已經(jīng)初步構(gòu)建起圍繞ai的應(yīng)用生態(tài)，包括faceid、ar增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、siri語音助手等應(yīng)用以及core ml、create ml等面向開發(fā)者的機(jī)器學(xué)習(xí)工具。作為下一代iphone的“心臟”，a12的服務(wù)范圍將有望擴(kuò)展到更多的蘋果生態(tài)之中，為用戶開辟更廣闊的移動端ai應(yīng)用和開發(fā)的世界。
全球第二大手機(jī)廠商蘋果和第三大手機(jī)廠商華為都在去年陸續(xù)推出搭載專用ai處理模塊的移動ai芯片，作為安卓陣營手機(jī)芯片第一大提供商，高通自然也不會無動于衷。早在去年7月，高通就開放了驍龍神經(jīng)處理引擎（npe，neural processing engine）的軟件開發(fā)包sdk，開發(fā)者可以用它在驍龍600和800系列上優(yōu)化ai應(yīng)用。
今年2月，高通再度重磅出擊，推出包含軟硬件兩部分的ai引擎（ai engine），在驍龍核心架構(gòu)上搭載了神經(jīng)處理引擎（neural processing engine，npe）、android nn api、hexagon神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)庫等軟件，是ai在智能手機(jī)等終端上的應(yīng)用更快速、高效。
在和高通幾位高管的交流中，智東西被告知，盡管出于保密需要，高通方不方便透露驍龍855的具體信息。不過，負(fù)責(zé)ai業(yè)務(wù)的高通產(chǎn)品管理總監(jiān)gary brotman告訴智東西，目前高通芯片自研dsp不僅能非常高效地完成各種ai任務(wù)，而且非常靈活。
但從上一代驍龍845系列來看，高通已在其芯片中配置支持tensorflow和halide框架的六核移動dsp（數(shù)字信號處理器），并在幾代之前就將其使用到異構(gòu)計(jì)算和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)。
和華為、蘋果的架構(gòu)方案不同，下一代驍龍855很可能還是不會搭載獨(dú)立npu。上個(gè)月，gary brotman還告訴智東西，雖然高通內(nèi)部有關(guān)于專用ai處理模塊的研究進(jìn)展，但ai算法發(fā)展飛快，芯片硬件設(shè)計(jì)往往一年半前就固定下來，一年半前的ai算法與今天完全不同，新算法出現(xiàn)后可能不適配于固定硬件，他認(rèn)為暫時(shí)看不到搭載專用ai處理模塊的手機(jī)芯片的意義。因此驍龍855很可能跟上一代驍龍芯片一樣，具備更彈性的機(jī)器學(xué)習(xí)架構(gòu)，分布在cpu、gpu、dps等每個(gè)單元上，能適配市面上多種機(jī)型。
在智東西和高通imagination、聯(lián)發(fā)科以及華為海思等行業(yè)專家的采訪過程中，我們得到一個(gè)普遍的結(jié)論，ai芯片確實(shí)是目前的行業(yè)趨勢之一，隨著手機(jī)差異化的減少，最終npu將會變成“大家都得有”的東西。
cpu提升不明顯，gpu參數(shù)飆高
據(jù)悉，麒麟980在配置上依然采用的是arm架構(gòu)，主頻最高可達(dá)2.8ghz，cpu方面并沒有太多的亮點(diǎn)，而其飽受詬病的gpu則有了較大升級。
就在上周的華為旗下手機(jī)品牌榮耀note 10新品發(fā)布會上，榮耀總裁趙明公布了來自華為2012實(shí)驗(yàn)室的兩項(xiàng)新技術(shù)：the nine液冷散熱技術(shù)和和雙turbo技術(shù)（cpu turbo+gpu turbo）。
先于今年6月問世的gpu turbo已經(jīng)打通emui操作系統(tǒng)和gpu、cpu之間的處理瓶頸，使得圖像處理驍龍?zhí)嵘?0%，能耗降低30%，一掃之前在gpu表現(xiàn)上的頹勢，縮短了和驍龍gpu的差距。
而此次首發(fā)的cpu turbo得益于the nine液冷散熱技術(shù)，把芯片產(chǎn)生的熱量快速均勻分布到機(jī)身其他部位并迅速散發(fā)出去，整體散熱性能提升41%，在激發(fā)cpu的極限性能的同時(shí)使cpu最高可降低10℃。
據(jù)傳，麒麟980將首用華為自研g(shù)pu芯片，性能將是高通adreno 630的1.5倍左右，在gpu turbo加持下性能增長將達(dá)到50%-60%。如果麒麟980還配置上述the nine和cpu turbo，ai計(jì)算效能可能持平甚至超越高通。
目前，蘋果的a12處理器的核心數(shù)和架構(gòu)信息還沒有明確的消息。和華為一樣，蘋果ai芯片的主要短板之一也是gpu。根據(jù)前段時(shí)間曝光的跑分來看，a12在自研g(shù)pu方面做出了較大程度上的升級。a12在gpu跑分提升至21619，比上一代a11的16000提高約三分之一，同時(shí)提高手機(jī)流暢度和散熱能力。不過a12在cpu方面的提升似乎并不明顯。
高通的adreno gpu一直都是業(yè)界標(biāo)桿，下一代高通芯片驍龍855的gpu傳聞就更加恐怖了，據(jù)說“虐殺”一眾競爭對手的adreno 630還只是高通adreno家族的中端低功耗產(chǎn)品，真正殺手級別的gpu是強(qiáng)化版的adreno 640和堪比pc顯卡的adreno 680。按照高通發(fā)布新品的一貫節(jié)奏，驍龍855究竟采用哪款gpu可能到年底才會正式揭曉。
7nm制程與功耗問題
目前，蘋果和華為的移動ai芯片都基于asic的深度學(xué)習(xí)，不僅能實(shí)現(xiàn)更高準(zhǔn)確率，還比gpu、fpga等傳統(tǒng)通用芯片方案有更低的功耗。asic是全定制芯片，可基于ai算法進(jìn)行定制，是未來ai芯片發(fā)展的主流方向。
與它們不同的是，驍龍ai芯片并不是直接疊加專用ai計(jì)算單元，而是在驍龍平臺集成ai引擎，通過多核異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)，讓cpu、gpu、dsp等不同模塊相互配合，根據(jù)不同應(yīng)用場景安排工作負(fù)載。
三款芯片都將采用7nm工藝制程，其中麒麟980和蘋果a12的代工訂單都交給了臺積電，而高通的制作公司暫時(shí)不確定是三星還是臺積電。按照慣例，華為和蘋果的發(fā)布會將發(fā)布新旗艦版手機(jī)，而臺積電的處理器生產(chǎn)工作顯得至關(guān)重要。
然而，近日據(jù)臺媒報(bào)道，臺積電工廠因病毒感染，導(dǎo)致數(shù)條生產(chǎn)線被迫中斷，此次事件被波及的包括負(fù)責(zé)28nm、16nm和7nm制程的生產(chǎn)基地。目前，臺積電官方做出簡單回應(yīng)，表示各大產(chǎn)線已恢復(fù)正常，停產(chǎn)時(shí)間不超過1天。對于晶圓廠而言，每次生產(chǎn)投入成本極高，一旦中斷很可能造成嚴(yán)重?fù)p失。臺積電此次停工是否會對蘋果ai12芯片和麒麟980芯片的供應(yīng)造成影響，目前尚不得而知。
根據(jù)此前臺積電在股東會議上宣布的數(shù)據(jù)，2018年是7nm制程芯片大量投入生產(chǎn)的一年，跟之前的10nm finfet工藝對比，7nm制程能夠在相同晶體管數(shù)量下縮減70%的芯片die封裝尺寸，將性能約提速20％，再加上升級之后可以減少功耗在40％左右。
日前，一顆疑似蘋果a12處理器的跑分?jǐn)?shù)據(jù)現(xiàn)身geekbench 數(shù)據(jù)庫，新機(jī)型號為iphone11,2，預(yù)裝ios 12系統(tǒng)，處理器為六核設(shè)計(jì)，主頻為2.49ghz。
從上圖可以看到，蘋果a12的單核性能4673分，相較上一代a11的4100分有所提升，其多核性能為10912分，和a11的10500左右得分持平，不過考慮到距離蘋果發(fā)布會還有一段時(shí)間，這份跑分成績并不會是a12的最終成績單。
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