Google Tensor در مقابل Qualcomm Snapdragon 888: نبرد برای بهترین چیپست

پیکسل 6 و پیکسل 6 پرو اولین دو دستگاهی هستند که به جای اسنپدراگون 888 از تراشه سیلیکونی سفارشی Tensor گوگل استفاده می کنند. در رویداد معرفی پیکسل 6، گوگل بیشتر تلاش خود را به جزئیات سیستم جدید Tensor روی یک تراشه (SoC) اختصاص داد. گوگل با استقبال از آن به عنوان قدرتمندترین چیپست موبایل، گفت که دانش یادگیری ماشینی (ML) خود را برای آوردن قابلیت های هوش مصنوعی به گوشی هوشمند با چیپست جدید به کار گرفته است. این ادعا در نهایت زمانی مورد آزمایش قرار خواهد گرفت که بازبینان آن را با چیپست سطح برتر کوالکام – اسنپدراگون 888 و اسنپدراگون 888 پلاس – و آخرین تراشه A15 Bionic اپل مقایسه کنند.

با پیکسل 6، ممکن است گوگل بالاخره آماده مقابله با اپل باشد و یک سلاح حیاتی در این رویارویی، سیستم Tensor سفارشی آن خواهد بود. اما قبل از اینکه بتواند سگ بزرگ را به چالش بکشد، ابتدا باید ببینیم Google Tensor چگونه در مقابل Qualcomm Snapdragon 888 قرار می گیرد.

چرا تنسور در وهله اول؟

گوگل پیکسل 6 هرگز یک راز مخفی نبود. قبل از راه اندازی، فاش های قانع کننده و گواهینامه های رسمی زیادی وجود داشت که جزئیات کلیدی گوشی های هوشمند آینده را فاش می کرد. گوگل حتی به طور رسمی تراشه تنسور را بیش از دو ماه قبل از عرضه معرفی کرد و بعداً طراحی پیکسل 6 و پیکسل 6 پرو را در فروشگاه آفلاین خود در شهر نیویورک به اشتراک گذاشت. بنابراین، گوگل در عوض بیشتر وقت خود را در مراسم راه اندازی استفاده کرد و در مورد فضایل تنسور صحبت کرد.

پیکسل – همانطور که از نامش مشخص است – نه تنها به بهبود عکاسی در تلفن های هوشمند در خط تولید اختصاص داده شده است، بلکه به باز کردن API برای سایر سازندگان برای استفاده از عکاسی بهتر در دستگاه های خود اختصاص یافته است. در حالی که کل صنعت گوشی‌های هوشمند بر حسگرهای دوربین بزرگ‌تر و تعداد مگاپیکسل بالاتر بر روی دوربین گوشی‌های هوشمند پرچم‌دار خود تکیه کرده‌اند، گوگل همیشه تاکید کرده است که الگوریتم‌های عکاسی محاسباتی‌اش می‌توانند از پیشرفت‌های سخت‌افزار دوربین در طول تاریخ خانواده پیکسل پیشی بگیرند.

اما با وجود ویژگی‌های نرم‌افزاری پیشرفته، تردید گوگل در ارتقای سنسورهای دوربین در دستگاه‌های پرچم‌دار خود منجر به کاهش سریع علاقه به گوشی‌های پیکسل شد. این غول فناوری سرانجام با انتخاب سخت افزار دوربین بسیار بهبود یافته برای تکمیل نرم افزار دوربین برجسته خود، تلاش های آگاهانه ای برای رفع این مشکل انجام می دهد. با این وجود، همه این تلاش‌ها به اندازه چیپ‌ست سفارشی Google که به آن اجازه می‌دهد کارایی عملکرد گوشی‌های جدید پیکسل را به حداکثر برساند، موثر نخواهد بود.

غواصی در سخت افزار

تیم Google Silicon نکاتی را در مورد SoC جدید Tensor از جمله طراحی، تعداد هسته و ویژگی‌های امنیتی اختصاصی آن تشریح کرد. این در ادامه بسیاری از نشت‌ها و گمانه‌زنی‌های ما درباره تراشه Tensor را تأیید می‌کند، که قبلاً با نام رمز آن، "Whitechapel" خطاب می‌شد. پاراگراف های زیر به جزئیات آن می پردازند.

CPU سه کلاستر 8 هسته ای با لبه

گوگل مانند بسیاری از سازندگان تراشه، مجوز IP را از ARM برای طراحی یک سیلیکون موبایل سفارشی داده است. گوگل تانسور با پردازنده هشت هسته ای متشکل از دو و ARM Cortex-X1، دو هسته Cortex-A76 هسته و چهار هسته Cortex-A55 هسته هایی که در طراحی 5nm بر مجهز، این شرکت به نشان هنر فناوری .

بر اساس این اطلاعات، می‌توانیم ببینیم که چرا Google Tensor نسبت به چیپست‌های رقیب دیگر مانند Exynos 2100 سامسونگ و Snapdragon 888 یا Snapdragon 888 Plus برتری دارد. هر دو چیپست دیگر نیز مانند Tensor از طراحی سه خوشه ای بهره می برند، اما دارای یک هسته ARM Cortex-X1 به همراه سه هسته Cortex-A78 و چهار هسته Cortex-A55 هستند.

در اینجا یک مقایسه سریع از پیکربندی هسته CPU و سرعت ساعت برای هسته های مختلف در چیپست های Google Tensor، Snapdragon 888، Snapdragon 888 Plus و Exynos 2100 آورده شده است:

تانسور کارایی را در اولویت قرار می دهد

فیل کارمک، معاون گوگل و مدیر کل Google Silicon، به ArsTechnica گفت که دلیل این شرکت پشت انتخاب دو هسته Cortex-X1 ARM به جای یک هسته است. Carmack می گوید CPU قادر خواهد بود بار را بین دو هسته Cortex-X1 تقسیم کند، حتی برای کارهای نسبتاً مهم، و این به عملکرد کارآمدتر کمک می کند.

Carmack با به اشتراک گذاشتن یک مثال دوربین یک مورد استفاده را نشان می دهد. از ضبط تا رندر، و از تشخیص لنز Google تا عملکرد یادگیری ماشینی، هنگام استفاده از دوربین، چندین کار به طور همزمان انجام می‌شوند. در نتیجه، چندین جزء SoC برای کار هماهنگ مورد نیاز است. علاوه بر سخت افزار دوربین، CPU، GPU، ISP (پردازنده سیگنال تصویر)، و واحد پردازش ML همگی نیروها را برای کمک به تجربه دوربین بدون تاخیر ترکیب می کنند.

اگر گوگل بخواهد از یک هسته Cortex-X1 با عملکرد واحد بر روی Tensor استفاده کند – همانطور که در مورد همتایان Snapdragon و Exynos آن وجود دارد، این حجم کاری به هسته‌های Cortex-A76 «متوسط» که با ظرفیت کامل کار می‌کنند اما هنوز با تأخیر مواجه می‌شوند، بازمی‌گردد. در مقابل، دو هسته Cortex-X1 می توانند حجم کاری مشابهی را با کارایی بیشتر و مصرف انرژی کمتر نسبت به هسته های متوسط ​​انجام دهند. راندمان انرژی بالاتر در حین انجام وظایف به تولید گرمای کمتر و پشتیبان گیری بهتر باتری منجر می شود.

نکته قابل توجه این است که پیکسل 5 یا پیکسل 4a 5G که از چیپست اسنپدراگون 765G استفاده می‌کردند، به‌خصوص هنگام استفاده از دوربین، با مشکلات شدید گرمایش مواجه شدند. بنابراین، یک معماری سفارشی CPU باید – در تئوری – به پیکسل 6 و پیکسل 6 پرو اجازه دهد تا منابع را بهینه‌تر تخصیص دهند.

از یک طرف، در حالی که گوگل ترجیح می‌دهد به جای یک هسته، از دو هسته Cortex-X1 استفاده کند، دیدن Tensor از هسته‌های متوسط ​​حداقل سه نسل قدیمی کمی تکان دهنده است. اسنپدراگون 888 و اگزینوس 2100 از هسته‌های متوسط ​​مبتنی بر Cortex-A78 استفاده می‌کنند که نسبتاً کارآمدتر از Cortex-A76 است که در Tensor نصب شده است. متأسفانه گوگل به خود زحمت نداد تا هیچ دلیل منطقی برای این موضوع ارائه دهد.

علاوه بر این، برای عملیات‌های کم شدت مانند حفظ صفحه نمایش همیشه روشن (AOD) و در حال پخش، Google Tensor دارای یک Context Hub است. یک بار دیگر، یک واحد اختصاصی برای کارهایی با مصرف انرژی کم گامی به سوی بهره وری بیشتر انرژی است.

Google Tensor SoC از یک پردازنده گرافیکی 20 هسته ای و یک مودم 5G سامسونگ استفاده می کند

در کنار طراحی بهینه‌سازی شده CPU، Google Tensor قبلاً گزارش شده بود که دارای یک GPU Mali-G78 است – همان Exynos 2100 . گوگل می گوید این یک پردازنده گرافیکی 20 هسته ای است که به طور ویژه برای ارائه عملکرد عالی در بازی طراحی شده است. همچنین ادعا می‌کند که GPU 370 درصد عملکرد بهتری نسبت به پیکسل 5 دارد. عملکرد واقعی تنها زمانی مشخص می‌شود که دستگاه‌هایی برای اجرای بنچمارک‌های گرافیکی و آزمایش بازی‌ها بر روی آن‌ها داشته باشیم.

Google Tensor احتمالاً به جای انتخاب مودم Qualcomm، به مودم Exynos 5123 سامسونگ برای قابلیت های 5G خود در بیشتر بازارها متکی است. نشانه هایی مبنی بر وجود مودم سامسونگ در گوگل پیکسل 6 و پیکسل 6 پرو ابتدا در نسخه بتای اندروید 12 توسط XDA مشاهده شد و بعداً در گزارشی توسط رویترز تأیید شد .

مودم اگزینوس از فرکانس‌های Sub-6GHz و mmWave 5G پشتیبانی می‌کند . اما یافته‌های اخیر نشان می‌دهد که تنها انواع خاصی از Pixel 6 که توسط شرکت مخابراتی قفل شده‌اند، از هر دو نوع سیگنال 5G پشتیبانی می‌کنند، در حالی که مدل‌های آنلاک فقط از 5G زیر 6 گیگاهرتز پشتیبانی می‌کنند. این بدان معناست که همه مدل‌های پیکسل 6 به یک اندازه ساخته نمی‌شوند، اما اریکا راوز از Digital Trends می‌گوید که واقعاً مهم نیست .

بنابراین، Google Pixel 6 آنلاک شده از mmWave 5G پشتیبانی نمی کند. فقط زیر 6 گیگاهرتز است. مدل Verizon (هنوز در مورد AT&T و T-Mo مطمئن نیستم) دارای mmWave در پیکسل 6 است، به همین دلیل است که قیمت آن 100 دلار بیشتر از مدل آنلاک شده است. #GooglePixel6Pro #GooglePixel

— Z (@ericmzeman) 19 اکتبر 2021

Google Tensor در امنیت بسیار مهم است

چیپست Google Tensor دارای نسل دوم تراشه امنیتی اختصاصی خود – Titan M2 است. Titan M2 جانشین نسل اول تراشه امنیتی Titan است که از زمان Google Pixel 3 بر روی گوشی های هوشمند پیکسل برتر وجود داشته است. گوگل می گوید تراشه امنیتی جدید برای محافظت از داده های حساس مانند گذرواژه ها و پین ها در برابر نفوذهای آنلاین طراحی شده است. همچنین تکنیک‌های حمله فیزیکی از جمله «تجزیه و تحلیل الکترومغناطیسی، نقص ولتاژ، و حتی تزریق خطای لیزر».

در کنار تراشه Titan M2، گوشی‌های هوشمند Pixel 6 دارای هسته امنیتی Tensor نیز خواهند بود – یک زیر سیستم مبتنی بر CPU که به‌طور ویژه برای اجرای وظایف حساس به‌صورت مجزا طراحی شده است تا سایر برنامه‌ها به این داده‌ها دسترسی داشته باشند.

هوش مصنوعی هدف اصلی Tensor است

علیرغم ادعاهایی در مورد عملکرد آن، گوگل یک سیلیکون سفارشی برای ارائه بازده انرژی بالاتر نسبت به کوالکام یا سایر رقبا نساخت. دلیل اصلی، همانطور که گوگل بدون عذرخواهی به اشتراک گذاشت، ارائه یک پلت فرم پایدار و ایمن برای اجرای وظایف هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML) بر روی خود گوشی هوشمند، بدون اتکا به زیرساخت ابری است. در حقیقت، چیپست نام خود را از واحدهای پردازش تنسور یا پردازنده‌های شتاب‌دهنده هوش مصنوعی گوگل که در مراکز داده آن استفاده می‌شود، گرفته است.

در آینده نزدیک، گوگل می‌تواند با معرفی تراشه‌های اختصاصی مبتنی بر هوش مصنوعی، از جمله Pixel Visual Core و Pixel Neural Core، نکاتی درباره یک SoC سفارشی ارائه دهد.

علاوه بر CPU بهینه‌سازی شده، Google Tensor SoC همچنین دارای یک TPU اختصاصی – که معمولاً به عنوان NPU یا واحد پردازش عصبی شناخته می‌شود – برای اجرای برنامه‌های مبتنی بر هوش مصنوعی در Pixel 6 و Pixel 6 Pro دارد. Tensor به دلیل ماهیت خود و تخصص Google در یادگیری ماشینی، برای اجرای مدل های یادگیری ماشینی بر روی خود دستگاه ها طراحی شده است.

این معماری پیشرفته به Tensor اجازه می‌دهد تا کارهای پیچیده‌ای مانند تشخیص خودکار گفتار (ASR) را انجام دهد، که به طور فعال هر زبان دیگری را به زبان پیش‌فرض گوشی شما در برنامه‌هایی مانند Messages، WhatsApp و Recorder یا حتی ابزارهایی مانند Live Caption ترجمه می‌کند. علاوه بر این، تشخیص گفتار بهبودیافته همچنین به Tensor اجازه می‌دهد تا مکث‌ها و نقطه‌گذاری‌ها را در گفتار با دقت بیشتری تفسیر کند و تنها از نیمی از توان تلفن‌های پیکسل قبلی استفاده کند.

علاوه بر پردازش گفتار بهتر، Tensor پیشرفت های قابل توجهی را در عکاسی به ارمغان می آورد. اول از همه، چیپست اکنون فیلمبرداری محاسباتی را – علاوه بر عکاسی – با استفاده از HDRNet گوگل تسهیل می کند. این الگوریتم یادگیری ماشینی تضمین می‌کند که Pixel 6 و Pixel 6 Pro زنده‌ترین و دقیق‌ترین رنگ‌ها را در هر فریم ثبت کنند. Tensor همچنین ویژگی هایی مانند Face Unblur – برای رفع تار شدن چهره در عکس های متحرک، Magic Eraser – برای پاک کردن اشیاء ناخواسته از تصاویر و درک بهتر رنگ پوست برای افراد رنگین پوست را تسهیل می کند.

چرا Tensor برای پیکسل ضروری است؟

همانطور که گوگل بی وقفه در طول رویداد معرفی Pixel 6 تکرار کرد، Tensor تضمین می کند که آخرین پیشرفت های گوگل در زمینه هوش مصنوعی می تواند مستقیماً بر روی جدیدترین و آینده تلفن های همراه آن ارائه شود. دستیابی به این هدف با یک SoC عمومی مانند اسنپدراگون 888 دشوار است، به خصوص با کنترل محدود بر فرآیند طراحی چیپست کوالکام.

دلیل دیگری که گوگل یک SoC سفارشی با دو هسته ARM Cortex-X1 را به جای یک هسته انتخاب کرد، اطمینان از بهره وری بیشتر انرژی و تلفات کمتر مربوط به گرما است. برخلاف تلفن‌های هوشمند قبلی گوگل مانند پیکسل 5، گوشی‌های هوشمند جدید پیکسل 6 در حین اجرای کارهای معمولی مانند ضبط ویدیوی 4K کمتر داغ می‌شوند. اسنپدراگون 888 و اگزینوس 2100 نیز به دلیل مدیریت ضعیف حرارت برای جبران عملکرد بالاتر اولیه مورد انتقاد قرار گرفته اند. با این حال، مقادیر بیشتر گرما برای دوره‌های طولانی‌مدت می‌تواند منجر به گاز گرفتگی و در نهایت کاهش عملکرد شود، در نتیجه هدف اصلی عملکرد بالاتر را از دست می‌دهد.

آخرین دلیل پشت انتخاب گوگل برای SoC سفارشی، جلب توجه جهان به تلاش هایش برای بازپس گیری سلطه از دست رفته خود در دنیای گوشی های هوشمند است. بزرگ‌ترین برندهای گوشی‌های هوشمند از جمله سامسونگ، اپل و هوآوی در حال حاضر چیپ‌ست‌های سفارشی خود را می‌سازند، در حالی که OPPO بر روی چیپ‌ست سفارشی خود کار می‌کند . همه این‌ها باعث می‌شود که گوگل قدم‌های بیشتری را طی کند و شایستگی خود را برای مرتبط ماندن در صنعت گوشی‌های هوشمند ثابت کند.