寒武紀Cambricon-1A:核心的核心
寒武紀科技的Cambricon-1A是一款深度學習專用處理器芯片(NPU),其高性能硬件架構及軟件支持Caffe、Tensorflow、MXnet等主流AI開發平臺。據稱這是國際上首個成功商用的深度學習處理器IP產品,可廣泛應用于計算機視覺、語音識別、自然語言處理等智能處理關鍵領域。專注于人工智能產業發展的美國權威媒體CB Insights最新發布全球AI 100榜單,寒武紀以其深度學習專用處理器入選,是中國大陸唯一一家上榜的AI硬件創業公司。
寒武紀目前有三條產品線:首先是智能終端處理器IP授權,智能IP指令集可授權集成到手機、安防、可穿戴設備等終端芯片中,客戶包括國內頂尖SoC廠商,現已開始投入市場。其次,在智能云服務器芯片領域,作為PCIE加速卡插在云服務器上,客戶主要是國內的知名服務器廠商。第三,家用智能服務機器人芯片:從智能玩具、智能助手入手,使服務機器人獨立具備看聽說的能力。客戶是各類下游機器人廠商,產品的推出將比智能云服務器芯片更晚一些。
華為麒麟970:號稱全球首款AI處理器
華為聲稱麒麟970是全球第一款人工智能系統級芯片,Kirin 970選擇了異構計算架構來大幅提升AI的運算能力,內置獨立的神經網絡處理單元。據說這種專用硬件處理單元源自寒武紀NPU IP授權,專門用于機器學習和一般的AI應用程序。
Kirin970采用臺積電10ns芯片組制程技術(耗電量減少20%,體積減少 40%),主要規格如下:8 核心 CPU(時脈最高達2.4GHz),新世代12核心GPU(Mali G72MP12)、Kirin NPU(1.92T FP16 OPS)、Image DSP(512bit SIMD)、Dual Camera ISP(具備臉部、動作偵測)、HiFi Audio(32bit/384k)、UFS 2.1、安全引擎(inSE&TEE)、全球通用4.5G數據機(1.2Gbps@LTE Cat 18)、4K影像(HDR10)、LPDDR 4X、i7感應處理器。
華為宣布將在美國上市的Huawei Mate 10 Pro會搭載麒麟970芯片,另外華為榮耀(Honor V10)也會采用。相較之下,高通驍龍845也把大部分焦點集中在AI,而普及率無疑會比麒麟970高,驍龍845支持眾多Android 旗艦智能手機,當中包括三星、Sony、LG 和小米的高端產品。
與華為麒麟970芯片不同的是,高通是在通用平臺內做內核優化,它沒有獨立的神經網絡引擎單元,而是更彈性的機器學習架構,分布在CPU、GPU、DPS等每個單元上,從而可以針對不同移動終端彈性調用各個處理單元。
對于兩者方向的不同,高通方面認為集成更加有效。但華為認為,鑒于手機對能耗的要求,獨立NPU處理單元未來一定是手機處理器的必由之路,從現在看只有蘋果和華為做了獨立的NPU。
最近從微博流出Kirin 970與Snapdragon 845跑分對比,聲稱前者跑分比后者還要高出7%,但麒麟970、驍龍845的差異其實不大,且網絡還只秀出幾個獨立測試結果,并非完整跑分的平均值,顯示差距甚至可能比表面看來還小。同樣地,就算處理器的跑分很高,實地運作的績效還是不一定,尤其在差距如此微小的情況下。話雖如此,外泄的跑分結果依舊暗示華為旗艦處理器的運算能力有可能很快會追上高通。
高通驍龍845:今年將在高端Android手機中廣泛應用
驍龍845采用最新的八核Kryo 385定制架構,性能比驍龍835的Kryo 280提升25%,三星第二代10nm工藝制程,主頻最高為2.8GHz;其次驍龍845集成的Adreno 630 GPU性能比驍龍835的Adreno 540提升30%,功耗降低30%。另外,驍龍845集成了第二代千兆級LTE Modem——X20調制解調器,比驍龍835的X16速度提升20%,其集成的全新Hexagon 685 DSP與Spectra 280 ISP全面提升拍照功能。
從微博發布的驍龍845和麒麟970參數規格對比看出,驍龍845核心發生巨大升級,采用全新高端大核心A75與A53組合,GPU升級為Adreno 630,三星10nm LPE制程工藝。而麒麟970繼續采用A73核心與A53核心,GPU型號未知,同樣采用10nm工藝,由臺積電代工。
三星Exynos 9810:蘋果A11的最強對手?
三星Exynos9810處理器采用其第三代自研M3架構,擁有4個2.9GHz的M3大核和4個1.9GHz的A55小核,依然是10nm(FinFET)的制程工藝。10nm也是目前蘋果A11、驍龍845和麒麟970都在采用的制程工藝。
GPU方面,Exynos9810采用最新的Mali-G72,采用了18顆核心(MP18),預計工作頻率在700MHz。Mali-G72是ARM去年發布的基于Bifrost架構的圖形處理器,在更小面積與更低功耗的基礎上,提供更強大的效能。采用Mali-G72的設備,整體圖形性能是前一代的1.4倍。能效提升25%,芯片面積效能提升20%,機器學習效率提升17%。
在人工智能方面,支持人臉檢測的Bixby變得更加聰明。基于神經網絡的深度學習,新的處理器能夠通過快速圖像搜索和分類精確識別照片中的人或物,以進行快速圖像搜索或分類,或者通過深度感測,在3D中掃描用戶的臉部以進行混合式人臉檢測。通過利用硬件和軟件,混合式人臉檢測功能可以實現真實的人臉跟蹤檢測,從而在使用人臉進行設備解鎖時候更加安全。
英偉達DRIVE Xavier:為自動駕駛提供強勁驅動力
在CES會展上搶盡風頭的英偉達展示了DRIVE Xavier,這個AI芯片由一個特別定制的8核CPU、一個全新的512核Volta GPU、一個全新深度學習加速器、全新計算機視覺加速器、以及全新8K HDR視頻處理器而打造。DRIVE Xavier可以提供更高的處理能力,運行功率更低,每秒可運行30 萬億次計算,功耗卻僅為30瓦,能效比上一代架構高出15倍。TensorCore、視頻識別和流處理、物體定位、路徑規劃等所有AI計算任務都能在上面飛快跑起來,據稱首批樣品2018年第一季度就可以交付給客戶。英偉達CEO黃仁勛表示,中國市場是全球最大市場,所有的系統在設計時都考慮到了本地化和中國客戶的需求,比如百度的每輛自動駕駛車輛都搭載了Drive Xavier。
Intel Loihi:挑戰神經擬態計算難題
為了抵御NVIDIA在人工智能領域的強勢進攻,Intel先后收購了FPGA芯片巨頭Altera、AI初創公司Nervana Systems,以及以色列自動駕駛芯片公司Mobileye等。Intel在CES上向各界展示了其自主學習神經擬態芯片“Loihi”,這是在收購以上技術公司并匯集眾多研究成果后推出的神經擬態芯片。
AI芯片可以分為兩類,一類為人工神經網絡,而另一類為神經擬態計算,理論上來說神經擬態計算效能更好,但芯片開發難度更大,Intel的Loihi采用神經擬態計算這條更難的道路可以看出它希望逆襲NVIDIA的野心。
Loihi采用了架構到芯片建模、異步設計流程以及基于FPGA仿真的圓形算法驗證,具有非常節能的特點,擁有128個核+3個低功耗X86核、可編程的學習規則等特點。
Intel介紹Loihi芯片擁有自主學習功能,并且可以利用數據來學習和推斷,隨著時間延長能變得更加智能,可以應用于汽車和工業生產等領域,不過說了這么多優點,這一切還需要在現實中應用以證明它是否具有這些能力,這恰恰是Intel相較NVIDIA的弱點,因為當前在全球的神經網絡訓練系統大多數都采用NVIDIA的芯片,Intel需要加大力度推廣以在市場份額上趕上NVIDIA。
瑞芯微RK3399Pro:首次采用CPU+GPU+NPU硬件結構設計
瑞芯微電子(Rockchip)在CES上發布旗下首款性能超強的AI處理器RK3399Pro,為人工智能領域提供一站式Turnkey解決方案,其NPU運算性能高達2.4TOPs,具高性能、低功耗、開發易等優勢。
RK3399Pro AI芯片采用big.LITTLE大小核CPU架構,雙核Cortex-A72+四核Cortex-A53,在整體性能、功耗方面具技術領先性;四核ARM高端GPU Mali-T860,集成更多帶寬壓縮技術,整體性能優異。RK3399Pro具備極強的AI運算性能,是瑞芯微首次采用CPU+GPU+NPU硬件結構設計的AI芯片,其集成的NPU融合了瑞芯微在機器視覺、語音處理、深度學習等領域的多年經驗。相較傳統芯片,典型深度神經網絡Inception V3、ResNet34、VGG16等模型在RK3399Pro芯片上的運行效果表現出眾。
聯發科NeuroPilot:廣泛用于消費性產品
聯發科在CES發布了NeuroPilot人工智能(AI)平臺,主攻智能手機、智能家庭、自駕車的終端邊緣運算。聯發科表示,目前1年約有15億臺消費電子產品采用聯發科芯片,2018年將整合AI處理器與NeuroPilot SDK軟件開發套件技術,將AI帶入廣泛的消費性產品中。
聯發科已在2018年新款Helio手機芯片中加入AI運算核心,現在已為智能語音助理、智能電視、自駕車打造AI解決方案,并在CES中展示具體跨平臺應用,包括Amazon Echo智能語音助理、Android O智能電視、BelkinWemo智能型插座、以及聯發科全網覆蓋家庭路由器等。
華夏芯“北極星”:完全自主知識產權的AI芯片平臺
華夏芯發布全自主IP的AI芯片平臺——“北極星”,這是國內首次發布的CPU、DSP和AI全部具有自主知識產權的平臺型人工智能芯片。“北極星”是一款面向多種應用的SoC芯片,不但有負責神經網絡和深度學習的AI專用處理器,還集成了高性能的CPU/DSP,其能力可以延伸到多個產品領域,諸如智能輔助駕駛、智能安防監控、機器人、計算機視覺、車載和商用雷達探測、語音識別等嵌入式人工智能應用。此外,還能延伸到工業4.0、現場控制、邊緣計算、智能硬件、智慧家居等在內的多個其它領域,是一款市場適應性極強的異構計算和人工智能平臺型芯片。
“北極星”可以在單芯片上采用編程擴展的方法實現復雜度很高的現場控制與決策、數字信號處理、圖像信號處理、基于神經網絡的深度學習和特征提取、多線程并行計算等多種功能。“北極星”芯片采用臺積電28nm工藝制程,將于2018年上半年量產。
地平線“征程”和“旭日”:嵌入式人工智能視覺芯片
去年獲得Intel一億美元投資的地平線推出了征程(Journey)和旭日(Sunrise)兩款處理器,都屬于嵌入式人工智能視覺芯片,分別面向智能駕駛和智能攝像頭。
這兩款芯片性能可達到1Tops,實時處理1080P@30幀,每幀可同時對200個目標進行檢測、跟蹤、識別。典型功耗做到1.5W。兩款芯片采用關注模型(Attention Engine)+認知模型(Cognition Engine)的數據處理流模式。通過這一個組合算法,芯片的計算速度可以10倍以上。通過邊緣學習,模型可以不斷提升自己,錯誤率降低在50%以上。此外,兩款芯片利用彈性張量計算核,地平線人工智能處理器的乘法器利用率接近100%。
征程1.0處理器具備同時對形容、機動車、非機動車、車道線、交通標志牌、紅綠燈等多類目標進行精準實時檢測與識別的處理能力,可支持L2級別的輔助駕駛系統旭日1.0系列處理器集合了深度學習算法,支持在前段實現大規模人臉檢測跟蹤、視頻結構化,可應用于智能城市、智能商業等場景。
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原文標題:寒武紀/華為/高通等十款AI處理器對比,誰更強?
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