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麒麟970迈入手机AI“无人区”的第一步

2017-10-16 浏览次数:1000
  来源:电子工程世界

   “华为正在本行业逐步攻入无人区、处在无人领航、无既定规则、无人跟随的困境。华为跟着人跑的“机会主义”高速度,会逐步慢下来,创立引导理论的责任已经到来。”这是2016年华为公司创始人、总裁任正非在全国科技创新大的表述。

任正非的“无人区”表述并不夸张,经过了近30年的奋斗,华为目前在通讯设备领域已经位居全球第一。对于华为来说,通讯领域已经没有行业标杆告诉他们未来怎么走,华为也到了必须自我探索的阶段。同样,对于华为芯片来说,上个月发布的麒麟970也成为了华为在智能终端芯片领域迈入无人区第一步!


从十年跟随到未来探索,麒麟970 开启终端侧人工智能时代到来

在麒麟970 以前,华为手机芯片用了将近10年时间从零追赶,做到了世界前列。从2008年开始正式启动智能手机芯片开发,到2009年推出并商用第一款手机AP芯片——K3;从2014年发布第一款手机SoC芯片麒麟910,到2016年全面达到业界一流的麒麟960芯片,再到今天的麒麟970 华为手机芯片进入了第十个年头。

过去十年,技术上经历了双核到八核、28nm到16nm的制造工艺、2G/3G/4G网络升级,华为芯片从学习经验、缩小差距、局部领先,再到全面追平甚至超越逆袭,一路狂奔壮大。一定程度上讲,华为芯片的成长之路与华为电信设备成长类似,过去10年虽然艰苦,但是还能找标杆企业和行业发展轨迹稳步前行。这也让华为芯片将更多精力放在踏准节奏、少犯错误、踏实研发上面。

不过,这次麒麟970则不同,它不仅仅只是内核、工艺、性能的叠加升级,而是全新的产品定义,引入创新的HiAI移动计算架构,也是华为首个人工智能移动计算平台,并且是全球首款集成独立AI人工智能专用NPU神经网络处理单元的手机芯片。这对于华为芯片团队来说,没有任何一家行业厂商经验再让他们参考,甚至整个行业的未来技术走向,大家都有可能要看麒麟970的表现。正如任正非所描述的那样,进入“无人区”后的责任已经到来。

在9月25日麒麟970的沟通会上,华为Fellow艾伟感叹道:“十年的探索,十年的拼搏。我们有幸生于这样快速发展的时代和快速变化的行业中。每一年消费者都有一个预期,预期手机行业要有新的创新出现。过去我们一起共同见证了这个行业的不断创新,而每一次创新都会带来新的体验、层出不穷的技术,以及喷涌而出的新应用。如何不辜负消费者对于我们创新的期待,这是非常宝贵且高价值的事情。”

图:华为Fellow艾伟


进入“无人区”后,终端侧的人工智能处理器如何走向?是在内核上继续叠加,还是将工艺持续推进?这些都是很复杂的难题。不过,从现场麒麟970强调的几大方向看,华为芯片已经确立了一些人工智能时代终端芯片的技术趋势。笔者总结为:适应全球且更快的通信能力、适应人工智能要求的超强算力、从感知到认知世界的能力、安全与便捷,以及云与端的平衡、开放的生态。

一、适应全球且更快的通信能力

从近百年人类科技历史发展看,其实都是在围绕通信速度与运算效率两个方面不断向前推进。人工智能时代,通信依旧是智能设备最核心、最基本的能力。

作为通信设备厂商,华为有着天然优势。早在2012年,华为发布了业界首款支持LTE Cat.4的多模LTE终端芯片巴龙710后,接着就将其整合在麒麟910系列处理器中。随后巴龙720再次成为全球率先支持LTE Cat.6,下行速率达到300Mbps的基带芯片。2016年被整合到麒麟960 的巴龙750,支持LTE Cat.12/13 UL,峰值下载速率高达600Mbps,峰值上传速率150Mbps。还是全球领先。

而此次麒麟970,率先支持LTE Cat.18规格,最高可以达到1.2Gbps峰值下载速率,比目前业界最快的骁龙835和Exynos8895的“千兆LTE”还要快,这也再次刷新了移动互联网联接的最快速度。

图:麒麟970支持LTE Cat.18规格


目前看,在联接速度快的道路上华为芯片还没有尽头。除此之外,这次艾伟又开始强调通信的另一个重要指标——更强适应全球各种复杂网络。

地球村的概念已经成为现实,不管是公务,还是旅游,我们随时都可以去到世界的任何角落。人动无障碍,智能手机移动侧时刻挑战着背后运营商、手机厂商和芯片厂商的技术方案。各国各地运营商之间复杂的网络环境、稀缺且碎片化的频谱资源等是摆在大家面前的共同难题。

图:麒麟970 适应全球的复杂网络


艾伟表示,为了应对全球范围复杂频段的挑战,麒麟970在通信领域不断突破,使用4*4MIMO、5CC CA以及256QAM等多种先进技术,将碎片化的频谱聚合成为最大带宽,能够在全球范围内实现各运营商的最高速率组合,在世界的每个角落,麒麟970可以帮助用户获得更快的上网速度。

不仅仅是频谱碎片化,麒麟团队思考更多的是,如何能够为全球用户带来如同用水用电一般方便的上网和通话体验?用户期待世界的每一寸空气中间都长有一个移动互联网的水龙头,不管是在人口密集的商业中心,还是在网络覆盖差、信号弱的森林边缘,又或是在飞速疾驰的高铁上,随时拧开,想用就用。针对各种复杂的通信场景,麒麟970进行了积极探索和深度优化。

同时,麒麟970率先商用双卡双4G双VoLTE,成功实现了一部手机上两张SIM卡均支持4G VoLTE通话,提供主副卡一致的高清语音、视频通话体验。

二、适应人工智能要求的超强算力

人工智能背后的支撑是什么?在艾伟看来,人工智能三个基本要素:算法、数据、算力。按照华为的战略布局,纵轴是芯、端、管、云,横轴是算力、算法、数据,中间每一个模块交叉进化。艾伟表示,对于华为芯片来说,能做的事情就是无限提高算力。AI技术的核心是对海量数据进行处理,通过更强、更快的算力从量变达到质变的结果。

不过,显然当前以CPU/GPU/DSP为核心的传统计算架构已经不能够适应AI时代对计算性能的海量需求。针对这一点,麒麟970选择了具有最高能效的异构计算架构来大幅提升AI的算力,创新设计了HiAI移动计算架构,首次集成NPU(Neural Network Processing Unit)专用硬件处理单元,其AI性能密度大幅优于CPU和GPU。相较于四个Cortex-A73核心,在处理同样的AI应用任务时,新的异构计算架构拥有大约25倍性能和50倍能效优势,这意味着麒麟970芯片可以用更少的能耗更快地完成AI计算任务。

图:麒麟970的人工智能架构


对于全新的硬件架构,艾伟表示,其实原有的CPU+GPU的架构也是可以跑AI的,而新架构的最好体现还是在实时性方面。我理解为,只有为智能手机提供了一定的硬件基础后,在应用层方面添加更多关于AI的创新功能才更有可能。

测试显示,在华为的演示中,相同网络模型下,三星S8每分钟可以识别95张图片,iPhone7 Plus每分钟可以识别487张图片,最新的iPhone8 Plus每分钟可以识别889张图片,而麒麟970则可以识别高达2005张图片。

图:麒麟970 芯片拥有55亿颗晶体管


为了在小小芯片上实现如此强悍性能,华为下了不少功夫。据悉,麒麟970芯片在近1cm²的面积内集成了55亿个晶体管(相比之下,苹果最新的A11是43亿个晶体管,但它只是AP,不包括通信Modem),内置了八核CPU,运用了Mali-G72MP12全新一代GPU以及全新升级自研ISP等。华为消费者业务CEO余承东曾表示,麒麟970一枚芯片的复杂程度超过了英特尔电脑芯片。

实际上,这还真不是余承东在吹牛。终端芯片与服务器或笔记本芯片不一样,智能手机主板非常小,终端芯片要考虑设计面积、功耗、散热等等。艾伟透露,与友商不同,华为麒麟970芯片这里面还包含封装进去的基带芯片。高度集成化也是我们所看好的。

三、从感知到认知世界的能力

之所以能称之为人工智能处理,一定程度就要求有类似人的感知、认知世界的能力。人类通过眼睛和耳朵接受到了绝大多数的外界信息。未来视觉和听觉将是衡量人工智能终端标准。

过去几年,智能手机飞速发展极大的推动了手机在感知层面的能力。比如,摄像头的像素不断提高、从一个摄像头到四个都有。在“看清”方面,这次麒麟970采用了全新升级的双摄ISP,这一设计除了继续保持在传统黑白融合拍照等方面的优势外,在抓拍、夜景拍照等方面进行了系统的优化和提升。特别是在抓拍能力有了质的飞跃,从拍照处理的响应时间、对焦、运动检测、曝光策略等拍照的全流程进行了深入优化,让拍照综合响应处理时间缩短30%,而四档的运动检测模式则能对运动物体状态进行预估,设置更合适的曝光参数,确保每次拍摄都能够抓到满意的瞬间。

有意思的是,麒麟970集成了人脸检测模块硬件,能针对不同肤色、帽子、眼睛、口罩、遮挡、侧脸等多种复杂的人脸场景进行了优化,以人脸为基础进行人脸追焦的优化,大大改善了人像的拍照体验,带来更为真实自然的人像拍照效果。

图:高速运动物体拍摄很清晰


“看清”是被动的,智能化的目的是“看懂”。麒麟970 的杀手锏也在于此,在HiAI移动计算架构下,现场展示Demo分别可以识别出不同物品、食品,甚至是人的情绪、行为和动作。艾伟表示,“传统的手机潜入相机时尽可能接近人眼,把人眼看到的东西记录下来能够复原这个世界。未来我的期望是它能够超越人眼,能够真正的认知这个世界”。

我们知道人的视力、听力、脑力都是生物极限的,而艾伟所说的这种认知,是将智能手机变成我们身体器官的延伸。当我们眼睛看不到、看不出,可以拿出手机来看清楚、识别出。同样是一个物,人一眼看过去只是看到表面的信息,真正的内在信息、背景信息是什么?它还有什么是表面下隐藏着的东西?随着整个网络下更大知识库的积累,它能够帮人看到这个表面之下的更加广阔的世界,随着手机知识库的强大,伴随着手机学习模型的完善,手机具有的慧眼,能够帮助人看得很清楚,帮助人看到表面现象下隐藏的东西。


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