手機芯片 AI 之爭:高通、聯發科均超華爲!

  儘管相當數量的人工智能服務,是由雲計算網絡提供,但在響應低延遲、保護隱私、應用場景等方面,手機AI芯片無可替代。例如人臉解鎖,圖像增強、識別,智能助手,拍照場景識別,這些你我每天都會接觸的功能,離不開手機神經引擎的加持。

  AI-Benchmark測評

  AI-Benchmark是蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zürich)計算機視覺實驗室Andrey Ignatov開發的AI基準測試程序,它不依賴於每個SoC供應商自己的SDK工具和API基準,能更客觀地展示終端性能。

  其測試任務包括以下9項(http://ai-benchmark.com/tests.html):

  目標識別/分類:這是一個非常基礎但很強大的神經網絡,能夠基於一張照片識別1000個不同的對象類別,準確率約爲70%。經過量化,其大小可小於 5MB,再加上低耗內存,可在幾乎所有現有智能手機上使用。

  精確目標識別/分類:這是對上一個網絡的進一步擴展,更加精確,但代價是規模是原來的4倍,且對計算的要求較高。一個明顯的優勢是——它可以處理分辨率更高的圖像,這意味着更精確的識別和更小目標的檢測。

  人臉識別:實現方式爲,對於每個人臉圖像,神經網絡會對人臉編碼並生成128維的特徵向量,該特徵向量不隨縮放、移動或旋轉而改變。然後在數據庫中檢索和此向量最匹配的特徵向量(以及對應的身份),數據庫裏包含數億個此類信息。

  圖像去模糊:模糊是通過一種最原始、最簡單、最輕量級的神經網絡 SRCNN(只有 3 個卷積層)去除的。即便如此,它仍然顯示出相當令人滿意的結果。

  圖像超分辨率:使用一個19層的VGG-19網絡。儘管目前來看,該網絡的表現並不驚豔,也不能重建高頻部分。但它對於繪畫仍是理想的解決方案,因爲該網絡可以讓圖像變得更加清晰、平滑。

  另一種圖像超分辨率:任務同上,但完成方法略有不同,如果使用其他神經網絡訓練我們的神經網絡會如何?我們安排兩個網絡去完成兩個不同的任務:網絡嘗試解決上面提到的超分辨率問題,網絡B觀察其結果,嘗試找到其中的缺陷並懲罰網絡A。

  語義圖像分割:根據車載攝像頭拍攝的照片檢測19類目標(如車、行人、路、天空等)。

  圖像增強:經過恰當訓練的神經網絡可以讓舊手機上的照片看起來更時髦。

  內存極限:任務4使用的SRCNN是最輕便、簡單的神經網絡之一,這項測試的目的是找到設備的極限,即這個最簡易的網絡到底能處理多大的圖像。

  一騎絕塵 or 不分勝負

  在剛出爐的2019年2月排行中,高通驍龍855位列榜首,緊隨其後是聯發科Helio P90處理器。而華爲最強手機處理器麒麟980(去年9月發佈),在這項測試中,已被驍龍855大幅甩開35%。

  驍龍855(總分19769)對浮點和量化神經網絡都能提供出色的硬件加速——前者依靠Adreno 640 GPU,而量化網絡則運行在Hexagon 690 DSP中。這種組合省略了AI獨立運算單元,依舊是傳統的CPU/GPU及DSP/ISP兼職處理AI任務。這種設計思路,令SoC更小巧,也更容易開發,但原本用於圖形任務設計的GPU,在更遠的未來可能會觸及架構瓶頸,難免還要面對芯片架構的一次大調整。

  芯片之爭既是長跑,也是衝刺。

  


  關於量化網絡

  開發神經網絡時最大的挑戰是讓其真正起效,訓練一般希望速度快準確率高。使用浮點算法是保持結果精確最簡單的方式——GPU擁有加速浮點算法庫,所以不需要過多關注其他數值格式。

  而隨着大量神經網絡模型投入實際應用。訓練計算需求隨研究者數目線性增長,預測所需的週期與用戶數目成正比。這意味着純預測效率迫在眉睫。

  這就是量化神經網絡的用武之地:量化網絡最初的動機是減小模型文件尺寸,在模型載入後仍然轉換回浮點數,這樣你已有的浮點計算代碼無需改動即可正常運行,另一個量化的動機是降低預測過程的計算資源需求。

  

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  雖然只是中端芯片,但聯發科P90(總分18231)的實際AI性能,幾乎與驍龍旗艦處理器不分伯仲(雖然P90理論GMAC參數佔下風),它採用了獨立的AI芯片——其設計來自GPU“魔改”,以優化深度學習任務。與競爭對手相比,這款芯片的不足在於CPU性能弱了30%,GPU也差強人意。

  華爲麒麟980(總分14646)發佈已近半年,雖然賬面成績遜一籌,但值得指出的是,它的浮點性能與兩個對手不分勝負,這意味着運行浮點神經網絡任務,亦相差無幾——這是當下AI研究和開發的主流技術,而且每個網絡架構,都能以浮點模型訓練。反之則不然,能轉換爲量化模型的網絡較少,且常常伴隨着準確度大幅下降。所以在2019年初,華爲麒麟980仍算強大。

  回顧歷史,早在2004年,華爲開始組建手機芯片研發隊伍,經過5年研發,到2009年,纔拿出第一款海思K3。到2014年初,推出麒麟910,首次採用28nm製程,纔有自己的名聲。整個2014年,華爲不停的迭代,一共發佈了6款芯片,終於有了長足進步。

  再到2015年11月,麒麟950 SoC發佈,採用16nm FinFET Plus工藝,勉強追上高通。而在950之後,華爲又在2016年發佈了960,2017年發佈970,再到2018年7月發佈710、8月發佈980,終於開始領跑——之後的一個季度,華爲麒麟970/980家族幾乎壟斷了AI-Benchmark商用設備榜單。

  那麼,目前地表最強的移動AI處理器最終花落驍龍855?隔壁蘋果家的A12X Bionic可能並不同意(AI-Benchmark目前只支持Android平臺)。


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