Разница между Google Tensor и Snapdragon 888 на примере SoC от Google и Samsung

Серия Google Pixel 6 только что запущена, и это первые телефоны, работающие на пользовательской SoC Google, получившей название Tensor. Чипсет вызывает большие вопросы. Может ли это поймать Apple? Действительно ли он использует новейшие и лучшие технологии?

Google мог купить чипсеты у давнего партнера Qualcomm или даже купить модель Exynos у своих новых друзей в Samsung. Но это было бы не так весело. Вместо этого компания работала с Samsung над разработкой собственного набора микросхем, используя комбинацию готовых компонентов и немного собственных микросхем машинного обучения (ML).

Tensor SoC немного отличается от других топовых чипсетов Android, которые будут доступны в 2021 году. Конечно, мы оставим результаты тестов, а также любые оценки производительности и батареи для наших обзоров. Но у нас уже есть много информации, чтобы погрузиться в бумажное сравнение последних чипсетов от Qualcomm (и от Samsung, пока мы это делаем). Как обстоят дела с противостоянием чипсетов серии Google Tensor и Snapdragon 888? Давайте посмотрим, как они складываются в теории.

Google Tensor против серии Snapdragon 888 против Exynos 2100

Хотя SoC следующего поколения от Qualcomm и Samsung не за горами, чип Google Tensor предназначен для конкуренции с флагманскими чипсетами Qualcomm Snapdragon 888 текущего поколения и Samsung Exynos 2100. Поэтому мы будем использовать их как основу для нашего сравнения.

Как и следовало ожидать, учитывая характер их взаимоотношений, Tensor SoC от Google в значительной степени опирается на технологии Samsung, используемые в его последнем процессоре Exynos. Например, считается, что модем позаимствован у Exynos 2100. Между тем, оба набора микросхем используют один и тот же графический процессор Mali-G78, хотя Google SoC предлагает 20-ядерную версию, а Exynos имеет 14 ядер. Говорят, что сходство распространяется на аналогичную аппаратную поддержку декодирования мультимедиа AV1.

Нам нужно будет посмотреть, будет ли производительность графики на несколько кадров выше или ниже графических возможностей Snapdragon 888, но в конечном итоге она должна опередить Exynos 2100. Тем не менее, это будет облегчением для тех, кто надеется на надлежащую производительность флагманского уровня от Pixel 6. Однако мы ожидаем, что модуль тензорной обработки (TPU) чипа предложит еще более конкурентоспособные возможности машинного обучения и искусственного интеллекта.

Конфигурация процессора Google 2 + 2 + 4 — более странный выбор дизайна. Стоит изучить более подробно, и мы доберемся до него, но примечательным моментом является то, что два мощных процессора Cortex-X1 должны дать Google Tensor SoC больше шума для однопоточной обработки, но более старые ядра Cortex-A76 могут сделать чип более слабая многозадачность. Это интересная комбинация, которая восходит к злополучным настройкам процессоров Mongoose от Samsung . Однако есть вопросы относительно мощности и теплового КПД этой конструкции, на которые Google уже пытался ответить.

На бумаге процессор Google Tensor и серия Pixel 6 выглядят очень конкурентоспособными с сериями Exynos 2100 и Snapdragon 888, которые можно найти в некоторых из лучших смартфонов 2021 года.

Понимание конструкции ЦП Google Tensor

Давайте перейдем к большому вопросу, с которым сталкиваются все технические энтузиасты: почему Google выбрал процессор Arm Cortex-A76 2018 года в качестве передового SoC? Ответ кроется в компромиссе по площади, мощности и температуре.

На картинке ниже можно увидеть аргументы Google в выборе микроархитектуры. Конечно, масштаб диаграммы не очень точен, но вывод состоит в том, что Cortex-A76 меньше и потребляет меньше энергии, чем более новые Cortex-A77 и A78, при той же тактовой частоте и производственном процессе (сравнение ISO). Этот пример относится к 7-нм, но Samsung уже некоторое время работает с Arm над 5-нм Cortex-A76 . Если вам нужны цифры, Cortex-A77 на 17% больше, чем A76, а A78 всего на 5% меньше, чем A77. Точно так же Arm удалось снизить энергопотребление только на 4% между A77 и A78, оставив A76 как меньший выбор с меньшим энергопотреблением.

Компромисс заключается в том, что Cortex-A76 обеспечивает гораздо меньшую пиковую производительность. Возвращаясь к цифрам Arm, компания смогла увеличить микроархитектуру на 20% между A77 и A76 и еще на 7% на аналогичном процессе с переходом на A78. В результате многопоточные задачи могут выполняться на Pixel 6 медленнее, чем его конкуренты на Snapdragon 888, хотя это, конечно, во многом зависит от конкретной рабочей нагрузки. Имея два ядра Cortex-X1 для тяжелой работы, Google может быть уверен, что его чип имеет правильное сочетание пиковой мощности и эффективности.

Это решающий момент — выбор более старых Cortex-A76 неразрывно связан с желанием Google иметь два высокопроизводительных ядра процессора Cortex-X1. На конструкцию ЦП мобильного процессора можно потратить так много площади, мощности и тепла, и два Cortex-X1 выходят за эти границы.

Выбор меньших ядер с меньшим энергопотреблением освобождает кремний, энергию и тепловой баланс чипа для этих более крупных компонентов. В качестве альтернативы можно сказать, что выбор двух ядер ЦП Cortex-X1 вынуждает Google использовать два меньших ядра среднего уровня с меньшим энергопотреблением. Но зачем Google нужны два Cortex-X1, если Qualcomm и Samsung довольны и работают очень хорошо с одним?

Что ж, вице-президент и генеральный менеджер Google Silicon Фил Кармак сказал Ars Technica, что эта договоренность была сделана с учетом более эффективных «средних» рабочих нагрузок. Кармак привел пример использования видоискателя камеры.

«Вы можете использовать два X1 с пониженной частотой, чтобы они были сверхэффективными, но они по-прежнему работают с довольно большой нагрузкой. Рабочая нагрузка, которую вы обычно выполняли бы с двумя A76 с максимальной нагрузкой, теперь почти не требует газа с двумя X1 », — сказал представитель Google. Кармак далее утверждал, что одно большое ядро ​​отлично подходит для однопоточных тестов, но два больших ядра являются наиболее эффективным решением для обеспечения высокой производительности.

Помимо чистого однопоточного повышения производительности, ядро ​​на 23% быстрее, чем A78, Cortex-X1 — это рабочая лошадка машинного обучения. Как мы знаем, машинное обучение является важной частью целей Google при разработке этого нестандартного кристалла. Cortex-X1 обеспечивает вдвое больше возможностей машинного обучения по обработке чисел по сравнению с Cortex-A78 за счет использования большего кеша и удвоения пропускной способности команд SIMD с плавающей запятой. Другими словами, Google обменивает некоторую общую многоядерную производительность в обмен на два Cortex-X1, которые расширяют возможности TPU ML. Особенно в тех случаях, когда не стоит раскручивать специальный ускоритель машинного обучения. Хотя мы еще не знаем, сколько кеша Google намеревается соединить с ядрами процессора, что также повлияет на их производительность.

Несмотря на использование ядер Cortex-A76, все еще существует потенциальный компромисс между мощностью и тепловыделением. Тестирование показывает, что одно ядро ​​Cortex-X1 довольно энергоемко и может иметь проблемы с поддержанием пиковых частот в современных флагманских телефонах. Некоторые телефоны даже не запускают задачи на X1, чтобы снизить энергопотребление. Два встроенных ядра удваивают проблему нагрева и питания, поэтому мы должны быть осторожны с предположениями о том, что Pixel 6 обойдет конкурентов просто потому, что у него два мощных ядра. Стабильная производительность и потребление энергии будут ключевыми. Помните, что чипсеты Exynos от Samsung, работающие на мощных ядрах Mongoose, пострадали именно от этой проблемы.

Если вы спросите Google, дополнительная скорость отклика и более эффективные средние рабочие нагрузки являются причиной использования двух ядер Cortex-X1. Совершенно очевидно, что компания убеждена, что нашла золотую середину на кривой производительности / эффективности. Мы заинтересованы в том, чтобы увидеть, выдержит ли это реальное использование, а также то, как чипсет справляется с большой рабочей нагрузкой.

Отличие TPU от Google

Одно из немногих, что осталось неизвестным о Google Tensor SoC, — это его Tensor Processing Unit. Мы знаем, что он в первую очередь отвечает за выполнение различных задач машинного обучения Google, таких как распознавание голоса, обработка изображений и даже декодирование видео. Это предполагает разумно универсальный логический вывод и медиа-компонент, подключенный к мультимедийному конвейеру чипа.

Qualcomm и Samsung также имеют свои собственные кремниевые компоненты, предназначенные для машинного обучения, но что особенно интересно в Snapdragon 888, так это то, насколько распределяются эти части обработки. AI Engine от Qualcomm распространяется на его ЦП, графический процессор, Hexagon DSP, Spectra ISP и Sensing Hub. Хотя это хорошо для эффективности, вы не найдете варианта использования, который запускал бы все эти компоненты одновременно. Таким образом, 26TOPS от Qualcomm по производительности ИИ в масштабах всей системы используется нечасто, если вообще когда-либо. Вместо этого вы с большей вероятностью увидите, что один или два компонента работают одновременно, например, ISP и DSP для задач компьютерного зрения.

TPU от Google, несомненно, будет включать в себя различные подблоки, особенно если он также выполняет кодирование и декодирование видео, но похоже, что TPU будет содержать большую часть, если не все возможности машинного обучения Pixel 6. Если Google сможет использовать большую часть своих возможностей TPU сразу, тогда он вполне может обойти своих конкурентов в некоторых действительно интересных сценариях использования.

Говоря о вариантах использования, Google рекламирует такие функции, как автономная голосовая диктовка, автономный голосовой перевод, размытие лица на фотографиях и съемка HDR-видео 4K 60 кадров в секунду с использованием специального оборудования «HDR Net», встроенного в чип Pixel 6.

Заключение

С появлением Huawei Kirin на заднем плане, Google Tensor SoC пролил столь необходимую свежую кровь в колизей мобильных чипсетов. Конечно, сейчас мы находимся в процессе обзора и тестирования телефона. Но на бумаге Google Tensor выглядит столь же привлекательно, как и флагманские Snapdragon 888 и Exynos 2100.

Как мы и ожидали с самого начала, Google Tensor не собирается перескакивать через процессоры текущего поколения. Тем не менее, он придерживается своего нового подхода к проблеме мобильной обработки данных. Благодаря двум высокопроизводительным ядрам ЦП и собственному решению для машинного обучения TPU SoC от Google немного отличается от своих конкурентов. Хотя настоящим переломным моментом может стать Google, предлагающий пятилетний выпуск обновлений безопасности, перейдя на собственный кристалл.