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| 本文作者： 包永剛 | 2020-04-24 18:48 |
上周，在魯大師新公布的2020年1-3月手機(jī)AI芯片排行榜上，高通最新旗艦移動(dòng)平臺(tái)驍龍865以112309分的成績(jī)登頂，是排名第二的蘋果A13處理器59050分的近兩倍。蘋果的A系列處理器誕生之初表現(xiàn)平平，經(jīng)過多年迭代，最新的A13處理器十分強(qiáng)大，特別是AI性能。
這一次，驍龍865的AI跑分性能遠(yuǎn)超蘋果A13，不僅證明了驍龍865搭載的高通第五代AI Engine強(qiáng)大的實(shí)力，也讓我們對(duì)更多AI應(yīng)用的落地充滿期待。
魯大師2020第一季度手機(jī)AI芯片排行
驍龍865 AI跑分強(qiáng)勢(shì)登頂
2019年的手機(jī)和手機(jī)SoC發(fā)布會(huì)上，AI跑分似乎已經(jīng)和CPU、GPU跑分一樣重要。國(guó)內(nèi)著名的跑分軟件魯大師也推出了AImark，并于2019年將AImark升級(jí)為2.0。
魯大師AImark使用四種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ResNet34、InceptionV3、MobileNet SSD、DeepLabv3+模型，對(duì)應(yīng)圖像分類、圖像識(shí)別、圖像分割測(cè)試，通過手機(jī)SoC的識(shí)別效率判斷手機(jī)的AI性能。
不過，要獲得高跑分不僅完成測(cè)試的速度要快，還要準(zhǔn)確率夠高。
魯大師AImark評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)
驍龍865在魯大師第一季AI跑分中以近乎第二名兩倍的跑分強(qiáng)勢(shì)登頂，說明了驍龍865在魯大師AIMark的評(píng)分體系下，準(zhǔn)確率、性能、能效都是最優(yōu)。這就值得我們進(jìn)一步深挖高通實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勁AI性能的關(guān)鍵。
高通第五代AI Engine如何煉成？
驍龍865的性能提升和功耗降低，圖片來自vivo官網(wǎng)
驍龍865是高通2019年底發(fā)布的最新一代旗艦移動(dòng)處理平臺(tái)，集成的新一代Kryo 585 CPU較上一代性能提升達(dá)25%，全新的Adreno 650 GPU整體性能也較前代平臺(tái)提升25%。特別值得關(guān)注的是，驍龍865搭載的高通第五代AI Engine，性能最高可達(dá)每秒15萬(wàn)億次運(yùn)算（15 TOPS），是上一代驍龍855 AI性能的2倍，相比驍龍845 AI性能更是提高了5倍。
高通第五代AI Engine
手機(jī)處理器15 TOPS的性能在業(yè)界是什么水平？根據(jù)公開數(shù)據(jù)，業(yè)界去年底到今年初發(fā)布的最新5G手機(jī)SoC的AI性能在4.5TOPS到10TOPS之間。明確了驍龍865第五代AI Engine的15 TOPS AI性能在業(yè)界的地位之后，接下來的問題就是第五代AI Engine是如何在移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)這么高的AI性能？
對(duì)于依靠有限的電池供電的移動(dòng)設(shè)備而言，找到性能和功耗的最佳平衡點(diǎn)才是最大的挑戰(zhàn)。單純從芯片設(shè)計(jì)的角度，要實(shí)現(xiàn)高性能低功耗專用電路是個(gè)好選擇，但專用電路靈活性非常低，難以滿足不斷迭代和更新的AI算法需求。
因此，高通自第一代AI Engine就采用了異構(gòu)設(shè)計(jì)的思路，用一系列的硬件和軟件組成AI Engine，包括Kryo CPU、Adreno GPU、Hexagon處理器，更好地實(shí)現(xiàn)精度和功耗的最佳平衡。比如在適合標(biāo)量處理器上運(yùn)行的任務(wù)就調(diào)用Kryo CPU，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的全連接層放在Adreno GPU上處理，而池化層、卷積層等就用Hexagon張量處理器處理。
在第五代AI Engine中，除了CPU和GPU性能提升帶來的AI性能的提升，高通還改善了GPU的浮點(diǎn)運(yùn)算性能，全新的張量加速器首次引入HTA實(shí)現(xiàn)了專用的可編程的AI加速，將TOPS性能提升了4倍。
這樣的設(shè)計(jì)，讓AI Engine可以用Adreno GPU加速16位和32位浮點(diǎn)運(yùn)算，用Hexagon處理器負(fù)責(zé)加速8位和16位定點(diǎn)運(yùn)算，保證靈活性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更好的效能。
而高能效的實(shí)現(xiàn)，Hexagon處理器成為關(guān)鍵。這是因?yàn)椋瑯I(yè)界剛開始應(yīng)用AI技術(shù)的時(shí)候，為了解決問題，會(huì)用更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)和更高精度的數(shù)據(jù)（比如32位浮點(diǎn)數(shù)）訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，但這需要消耗大量計(jì)算資源和能耗。隨著AI算法的迭代和研究的深入，業(yè)界用稀疏化、剪枝、量化、壓縮等多種方法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，讓邊緣和終端設(shè)備進(jìn)行AI推理的時(shí)候，能夠用更低精度的數(shù)據(jù)，而不損失網(wǎng)絡(luò)精度。
這對(duì)于追求高能效的智能手機(jī)意義重大，谷歌的一份白皮書曾指出，利用8位定點(diǎn)運(yùn)算有助于模型更快的運(yùn)行，同時(shí)它的能耗也更低。在AI領(lǐng)域耕耘多年的高通顯然也了解這一點(diǎn)，因此，驍龍865 AI Engine的核心Hexagon 698 DSP張量加速器，選擇支持的是支持8位和16位的定點(diǎn)運(yùn)算，達(dá)到了能效比35%的提升。
另外，為了解決AI計(jì)算數(shù)據(jù)搬運(yùn)能耗是卷積計(jì)算能耗幾十倍甚至上百倍的業(yè)界難題。高通還開發(fā)了專用的深度學(xué)習(xí)帶寬壓縮，這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行高達(dá)50%的無損壓縮，在不損失精度的前提下，讓芯片需要處理的數(shù)據(jù)減少一半，實(shí)現(xiàn)更低功耗。當(dāng)然，如果是對(duì)AI性能要求極高的應(yīng)用，驍龍865支持的LPDDR5內(nèi)存可以帶來30%的帶寬提升實(shí)現(xiàn)很好地支持。
可以看到，第五代AI Engine異構(gòu)設(shè)計(jì)帶來的靈活性，Hexagon處理器對(duì)定點(diǎn)8位和16位數(shù)據(jù)類型的支持有助于提升效能，還有專有的深度學(xué)習(xí)帶寬壓縮技術(shù)，讓第五代AI Engine能夠支持高精度的同時(shí)保持高能效。
不過還有一個(gè)關(guān)鍵——軟件。復(fù)雜的異構(gòu)硬件架構(gòu)以及AI算法快速迭代對(duì)軟件提出了更高的要求，只有讓AI硬件和軟件更好地融合，才能實(shí)現(xiàn)最佳的AI能效比。因此我們也看到，在AI Engine的硬件之上，高通有與之匹配的軟件，每一個(gè)軟件棧層都提供出色的特性和開放的訪問權(quán)限，并且在持續(xù)升級(jí)。
第五代AI Engine的神經(jīng)處理SDK、Hexagon NN Direct和高通AI Model Enhancer工具也進(jìn)行了升級(jí)，支持開發(fā)者以極高的自由度和靈活性打造更快響應(yīng)、更智能的應(yīng)用。
不過，要衡量軟硬件設(shè)是否真的夠好，AI跑分到底有多大的參考價(jià)值，實(shí)際的AI功能和體驗(yàn)才是更好的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。
強(qiáng)勁AI性能帶來哪些AI功能？
驍龍865發(fā)布至今，已經(jīng)有十多款搭載驍龍865的手機(jī)發(fā)布，已經(jīng)成為2020年安卓旗艦機(jī)型的標(biāo)配。這些手機(jī)上的AI功能和體驗(yàn)，正是驍龍865強(qiáng)大AI性能最好地展現(xiàn)。正如攝像頭升級(jí)是當(dāng)下智能手機(jī)的重點(diǎn)，拍照也是智能手機(jī)中AI使用頻率最高的功能之一，包括AI美顏、超級(jí)夜景等，比如在小米10中，基于驍龍865的第五代AI Engine，小米推出了AI Pixel全局圖像動(dòng)態(tài)增強(qiáng)功能，通過智能調(diào)節(jié)，讓畫面更加鮮活生動(dòng)。
小米10 AI Pixel全局圖像動(dòng)態(tài)增強(qiáng)，圖片來自小米官網(wǎng)
又如iQOO 3 5G，結(jié)合驍龍865強(qiáng)大的AI性能和vivo拍照 AI 識(shí)別算法，在不同焦段，都能讓拍攝大片變得更簡(jiǎn)單。還有，結(jié)合vivo特別定制的等效全畫幅50mm專業(yè)人像鏡頭，通過AI人眼追焦，更容易拍出單反級(jí)人像大片。
iQOO 3 AI人眼追蹤，圖片來自vivo官網(wǎng)
同樣搭載驍龍865的三星Galaxy S20有AI一鍵多拍的功能，一次拍攝，就可以獲得不同鏡頭、不同濾鏡的多種效果照片，無需重新拍攝就能選擇最喜歡的效果。
OPPO Find X2也利用了驍龍865的AI性能，用3200萬(wàn)像素超高清前置鏡頭配合 AI 美顏，能拍出更自然和真實(shí)質(zhì)感的自拍大片。另外，OPPO還推出了AI 自適應(yīng)護(hù)眼系統(tǒng)，這個(gè)功能更好地讓屏幕色溫與環(huán)境融為一體。
在手機(jī)AI功能探索上，小米還有更多成果。比如，小米10可以利用驍龍865的Spectra 480 ISP和AI Engine實(shí)現(xiàn)AI 8K超清電影相機(jī)，并且可以在拍攝時(shí)實(shí)時(shí)將語(yǔ)音轉(zhuǎn)錄為字幕。還有，只要用戶朗讀20多句文本，系統(tǒng)就可以自主學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)的人聲，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音助手聲音的定制。
當(dāng)然，基于強(qiáng)大的AI功能，手機(jī)廠商可以在游戲中也利用AI Engine，配合Adreno GPU和驍龍Elite Gaming，加上5G和Wi-Fi 6的高速連接性能，通過軟硬件聯(lián)合優(yōu)化實(shí)現(xiàn)不掉線、不卡頓、低時(shí)延、更高畫質(zhì)、更省電的游戲體驗(yàn)。
高通驍龍Elite Gaming
高通也與軟件開發(fā)商密切合作，發(fā)揮AI Engine的價(jià)值。例如在AI實(shí)時(shí)翻譯方面，有道和高通合作利用Hexagon處理器的強(qiáng)大AI性能，結(jié)合驍龍865的傳感器中樞（Sensing Hub）來消除噪聲和回聲，在手機(jī)上就能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)翻譯，讓跨語(yǔ)言交流更加簡(jiǎn)單自如。這個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，沒有最新的Hexagon處理器是無法實(shí)現(xiàn)的。
最后不要忽略的是，驍龍865不僅AI性能強(qiáng)大，還有頂尖的5G性能。這將帶來更好更有價(jià)值的應(yīng)用，就以手機(jī)端的實(shí)時(shí)翻譯為例，未來在5G技術(shù)的支持下，實(shí)時(shí)翻譯將會(huì)以更具沉浸感的方式呈現(xiàn)在人們的生活中。雷鋒網(wǎng)
那么，你對(duì)5G+AI的未來還有哪些想象？雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)
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