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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AI芯片排行榜上，高通最新旗艦移動平臺驍龍865以112309分的成績登頂，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平平，經過多年迭代，最新的A13處理器十分強大，特別是AI性能。
這一次，驍龍865的AI跑分性能遠超蘋果A13，不僅證明了驍龍865搭載的高通第五代AI Engine強大的實力，也讓我們對更多AI應用的落地充滿期待。
魯大師2020第一季度手機AI芯片排行
驍龍865 AI跑分強勢登頂
2019年的手機和手機SoC發布會上，AI跑分似乎已經和CPU、GPU跑分一樣重要。國內著名的跑分軟件魯大師也推出了AImark，并于2019年將AImark升級為2.0。
魯大師AImark使用四種神經網絡ResNet34、InceptionV3、MobileNet SSD、DeepLabv3+模型，對應圖像分類、圖像識別、圖像分割測試，通過手機SoC的識別效率判斷手機的AI性能。
不過，要獲得高跑分不僅完成測試的速度要快，還要準確率夠高。
魯大師AImark評分標準
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勢登頂，說明了驍龍865在魯大師AIMark的評分體系下，準確率、性能、能效都是最優。這就值得我們進一步深挖高通實現強勁AI性能的關鍵。
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
驍龍865是高通2019年底發布的最新一代旗艦移動處理平臺，集成的新一代Kryo 585 CPU較上一代性能提升達25%，全新的Adreno 650 GPU整體性能也較前代平臺提升25%。特別值得關注的是，驍龍865搭載的高通第五代AI Engine，性能最高可達每秒15萬億次運算（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
手機處理器15 TOPS的性能在業界是什么水平？根據公開數據，業界去年底到今年初發布的最新5G手機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是如何在移動端實現這么高的AI性能？
對于依靠有限的電池供電的移動設備而言，找到性能和功耗的最佳平衡點才是最大的挑戰。單純從芯片設計的角度，要實現高性能低功耗專用電路是個好選擇，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就采用了異構設計的思路，用一系列的硬件和軟件組成AI Engine，包括Kryo CPU、Adreno GPU、Hexagon處理器，更好地實現精度和功耗的最佳平衡。比如在適合標量處理器上運行的任務就調用Kryo CPU，深度神經網絡的全連接層放在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的浮點運算性能，全新的張量加速器首次引入HTA實現了專用的可編程的AI加速，將TOPS性能提升了4倍。
這樣的設計，讓AI Engine可以用Adreno GPU加速16位和32位浮點運算，用Hexagon處理器負責加速8位和16位定點運算，保證靈活性的同時實現更好的效能。
而高能效的實現，Hexagon處理器成為關鍵。這是因為，業界剛開始應用AI技術的時候，為了解決問題，會用更復雜的網絡和更高精度的數據（比如32位浮點數）訓練網絡，但這需要消耗大量計算資源和能耗。隨著AI算法的迭代和研究的深入，業界用稀疏化、剪枝、量化、壓縮等多種方法優化神經網絡，讓邊緣和終端設備進行AI推理的時候，能夠用更低精度的數據，而不損失網絡精度。
這對于追求高能效的智能手機意義重大，谷歌的一份白皮書曾指出，利用8位定點運算有助于模型更快的運行，同時它的能耗也更低。在AI領域耕耘多年的高通顯然也了解這一點，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位的定點運算，達到了能效比35%的提升。
另外，為了解決AI計算數據搬運能耗是卷積計算能耗幾十倍甚至上百倍的業界難題。高通還開發了專用的深度學習帶寬壓縮，這項技術能夠對數據進行高達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據減少一半，實現更低功耗。當然，如果是對AI性能要求極高的應用，驍龍865支持的LPDDR5內存可以帶來30%的帶寬提升實現很好地支持。
可以看到，第五代AI Engine異構設計帶來的靈活性，Hexagon處理器對定點8位和16位數據類型的支持有助于提升效能，還有專有的深度學習帶寬壓縮技術，讓第五代AI Engine能夠支持高精度的同時保持高能效。
不過還有一個關鍵——軟件。復雜的異構硬件架構以及AI算法快速迭代對軟件提出了更高的要求，只有讓AI硬件和軟件更好地融合，才能實現最佳的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，每一個軟件棧層都提供出色的特性和開放的訪問權限，并且在持續升級。
第五代AI Engine的神經處理SDK、Hexagon NN Direct和高通AI Model Enhancer工具也進行了升級，支持開發者以極高的自由度和靈活性打造更快響應、更智能的應用。
不過，要衡量軟硬件設是否真的夠好，AI跑分到底有多大的參考價值，實際的AI功能和體驗才是更好的評判標準。
強勁AI性能帶來哪些AI功能？
驍龍865發布至今，已經有十多款搭載驍龍865的手機發布，已經成為2020年安卓旗艦機型的標配。這些手機上的AI功能和體驗，正是驍龍865強大AI性能最好地展現。正如攝像頭升級是當下智能手機的重點，拍照也是智能手機中AI使用頻率最高的功能之一，包括AI美顏、超級夜景等，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全局圖像動態增強功能，通過智能調節，讓畫面更加鮮活生動。
小米10 AI Pixel全局圖像動態增強，圖片來自小米官網
又如iQOO 3 5G，結合驍龍865強大的AI性能和vivo拍照 AI 識別算法，在不同焦段，都能讓拍攝大片變得更簡單。還有，結合vivo特別定制的等效全畫幅50mm專業人像鏡頭，通過AI人眼追焦，更容易拍出單反級人像大片。
iQOO 3 AI人眼追蹤，圖片來自vivo官網
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3200萬像素超高清前置鏡頭配合 AI 美顏，能拍出更自然和真實質感的自拍大片。另外，OPPO還推出了AI 自適應護眼系統，這個功能更好地讓屏幕色溫與環境融為一體。
在手機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實現AI 8K超清電影相機，并且可以在拍攝時實時將語音轉錄為字幕。還有，只要用戶朗讀20多句文本，系統就可以自主學習對應的人聲，實現語音助手聲音的定制。
當然，基于強大的AI功能，手機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，通過軟硬件聯合優化實現不掉線、不卡頓、低時延、更高畫質、更省電的游戲體驗。
高通驍龍Elite Gaming
高通也與軟件開發商密切合作，發揮AI Engine的價值。例如在AI實時翻譯方面，有道和高通合作利用Hexagon處理器的強大AI性能，結合驍龍865的傳感器中樞（Sensing Hub）來消除噪聲和回聲，在手機上就能實現實時翻譯，讓跨語言交流更加簡單自如。這個功能的實現，沒有最新的Hexagon處理器是無法實現的。
最后不要忽略的是，驍龍865不僅AI性能強大，還有頂尖的5G性能。這將帶來更好更有價值的應用，就以手機端的實時翻譯為例，未來在5G技術的支持下，實時翻譯將會以更具沉浸感的方式呈現在人們的生活中。雷鋒網
那么，你對5G+AI的未來還有哪些想象？雷鋒網雷鋒網
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