تشریح مشخصات پردازنده گوگل تنسور: چرا پیکسل 6 دارای یک تراشه سفارشی است و چگونه کار می نماید؟ - صبح مهریز

این شرکت در رویداد Pixel Fall Event خود که چند روز پیش برگزار گردید؛ به طور کامل چیپ ست Tensor را معرفی کرد و آن را بزرگ ترین نوآوری سخت افزاری تلفن همراه در تاریخ این شرکت نامید.

چرا تنسور

گوگل اعلام نموده هدف از ساخت پردازنده Tensor، دستیابی به چیزی است که تلفن های هوشمند باید انجام بدهند. گوگل می خواهد به طور مستقیم پیشرفت های هوش مصنوعی را وارد گوشی های پیکسل کند و به منظره خود درباره فناوری های همواره در دسترس یعنی Ambient Computing برسد.

پردازنده تنسور به طور کامل در بخش سخت افزار گوگل متولد شده است و گوگل می گوید به طور کامل از ویژگی های هوشمندی که مورد احتیاج هوش مصنوعی است؛ پشتیبانی می نماید تا گوشی های پیکسل را در برابر رقبا متمایز کند.

گوگل می گوید اسمارت فون ها یک دستگاه مرکزی برای سیستم های هوش محدوده ای هستند. گوگل در مراسم Pixel Launch Event دوباره درباره محاسبات محدوده ای (Ambient Computing) صحبت کرد. آخرین باری که به یاد می آوریم گوگل درباره این مفهوم سخنرانی نموده است؛ مراسم معرفی گوشی های پیکسل 4 در سال 2019 بود.

ریک استرلو؛ طی گفت وگویی با سایت ورج اشاره نموده بود که گوگل در سال 2017 متوجه شد رویکرد افزوده یک پردازنده هوش مصنوعی به یک گوشی برای هوش مصنوعی پاسخگو نیست و باید یک پردازنده کامل SoC برای پیشبرد کارهای دلخواه خود بهینه سازی کند:

پردازنده تنسور به طور خاص برای استفاده از آخرین پیشرفت های هوش مصنوعی گوگل در گوشی های تلفن همراه این شرکت ساخته شده است. اینجا زمینه ای است که سال ها از آن عقب افتاده ایم و اکنون می توانیم فصل جدیدی در زمینه نوآوری تلفن هوشمند مبتنی بر هوش مصنوعی باز کنیم.

تنسور CPU + GPU

گوگل در مراسم Pixel Launch Event به طور رسمی درباره جزئیات فنی و کاری پردازنده سفارشی تنسور صحبت کرد و گفت شامل دو هسته با کارایی بالای ARM Cortex-X1 با فرکاس کاری 2.8 گیگاهرتز است. به علاوه، دو هسته با کارایی میانه A76 CPU در فرکانس 2.25 گیگاهرتز است. این پردازنده ها با فناوری 5 نانومتری و نه 7 نانومتری در کنار یکدیگر طراحیو چینش شدند و 4 هسته پردازشی با کارایی پایین ولی مصرف انرژی موثر A55 نیز در این CPU قرار داده شده است.

رویکرد گوگل در استفاده از دو هسته X1 اجازه می دهد کارهای میانه روی گوشی نیز روان تر و با قدرت بیشتری انجام شوند. در یک پردازنده معمولی، کارهایی مانند گوگل لنز با هسته های میانی انجام می شوند ولی اکنون در پردازنده تنسور این هسته های X1 هستند که می توانند پردازش های میانه و رو به بالا را انجام بدهند و همین سناریو باعث کارآمدتر شدن گوشی می گردد. در حالت واقعی، گوگل پیکسل 6 حدود 80 درصد سریع تری از گوگل پیکسل 5 با تراشه اسنپدراگون 765G می گردد.

بعلاوه، یک پردازنده گرافیکی 20 هسته ای روی پردازنده تنسور نصب شده است که به گفته گوگل تجربه بازی فزونی را برای محبوب ترین بازی های اندرویدی ارائه می دهد. به گفته گوگل، این GPU حدود 370 درصد سریع تر از پیکسل 5 با پردازنده گرافیکی Adreno 620 است.

هسته امنیتی تنسور و Titan M2

هسته امنیتی تنسور یک زیرسیستم CPU است که باعث اجرای ایزوله برنامه ها و وظایف حساس و کنترل ها می گردد. این هسته با تراشه امنیتی اختصاصی Titan M2 کار می نماید که بخشی از پردازنده تنسور نیست اما گوگل از آن برای مقابله با حملات پیشرفته تجزیه و تحلیل الکترومغناطیسی، خرابی های ولتاژ و تزریق خطای لیزری استفاده می نماید.

تراشه اصلی Titan M به همراه نرم افزارهای مبتنی بر آن، مانع از برگشت مجدد تلفن همراه به نسخه قدیمی تر اندروید می گردد که همراه با آسیب پذیری های امنیتی است. بعلاوه، از باز شدن قفل بوت لودر جلوگیری نموده و رمزعبور قفل صفحه گوشی شما را تایید می نماید.

TPU و ISP و Context Hub

پردازنده تنسور دارای یک موتور یادگیری ماشینی به نام Tensor Processing Unit نیز هست که به وسیله گروه Google Research برای Google Research سفارشی سازی شده است. مدل های ML فعلا به اوج نرسیدند و در یک راستا حرکت به سوی تکامل یافتن هستند.

یک واحد Image Signal Processor یا ISP برای شتابدهی به الگوریتم های HDRNet نیز در پردازنده تنسور کاشته شده است. یک دلیل بزرگ برای پشتیبانی گوشی های پیکسل 6 و پیکسل 6 پرو از ویدئوهای +Live HDR در فرمت 4K و نرخ 60 فریم در ثانیه و دیگر راندمان هایی که گوگل آدرس داده است.

واحد Context Hub نیز یادگیری ماشینی در دامنه مصرف برق بسیار کم را ارائه می دهد. ویژگی هایی مانند صفحه نمایش همواره روشن (AOD) و Now Playing و دیگر تجربه های کاربری هوش محدوده ای به وسیله این واحد مدیریت می شوند؛ بدون اینکه باتری خالی گردد!

اکنون همه با هم یا محاسبات ناهمگن

همه این هسته ها با هم پردازنده تنسور گوگل را شکل می دهند. در حالی که گوگل کارایی کلی و کارآمدی را در اولویت قرار داده است ولی این پردازنده به طور خاص شامل فزونی هایی در کارهای محاسباتی ناهمگن است که مستلزم همکاری بخش های مختلف SoC است. به عنوان مثال در گوگل لنز باید واحدهای CPU و GPU و ISP و TPU با یکدیگر برای یک کارآمدی بالا همکاری نمایند.

با پیچیده تر شدن اپلیکیشن های موبایل، آن ها باید روی چندین بخش از تراشه اجرا شوند که به آن محاسبات ناهمگن می گویند. برای دست یافتن به عملکرد خوب در این برنامه های موبایل پیچیده، باید تصمیماتی در سطح سیستم برای SoC گرفته می شد. ما تضمین کردیم که زیرسیستم های مختلف داخل پردازنده تنسور به خوبی با هم کار نمایند؛ نه اینکه عناصر فردی را برای حداکثر سرعت بهینه سازی نموده باشیم.

کارهایی که تنسور می تواند انجام بدهد

علاوه بر +Live HDR که رنگ ها را در 4K و 60 فریم در ثانیه دقیق تر و واضح تر می نماید؛ تنسور بر سایر ویژگی های عکاسی و فیلم برداری مانند Motion Mode در دوربین های گوگل نیز تاثیرگذار است. ویژگی Action Pan می تواند پس زمینه را تار کند و ویژگی Long Exposure روی سوژه کار می نماید.

در همین جال، تشخیص چهره در پیکسل 6 دقیق تر و سریع تر کار می نماید که دلیل آن زیر سیستم های یکپارچه است با مصرف انرژی نصف در مقایسه با پیکسل 5 است.

دستیار صوتی در تنسور از پیشرفته ترین مدل تشخیص گفتار که تا کنون به وسیله گوگل منتشر شده است؛ استفاده می نماید و باز هم شاهد مصرف باتری برابر با نصف گذشته هستیم. در اپلیکیشن های با زمان استفاده طولانی مدت مانند Recorder و Live Caption، دستورات صوتی با کیفیت بالا و بدون تخلیه سریع باتری استفاده می شوند.

قابلیت Live Translate گوگل تا 18 درصد کیفیت ترجمه بهتری ارائه می دهد و سرعت تایپ صوتی آن افزایش پیدا نموده است. گوگل می گوید سطحی از پیشرفت را در این دستیار صوتی شاهد خواهید بود که حاصل چندین سال تحقیق و توسعه است.

بعلاوه گوگل تنسور، امکان Live Translate برای ترجمه زنده همزمان در ویدئوها و فیلم ها با استفاده از مدل های گفتاری و ترجمه روی دستگاه را فراهم می نماید. در مقایسه با گوگل پیکسل 4، مدل NMT یا neural machine translation روی دستگاه بهبودهای بزرگی داشته است؛ در حالی که مصرف باتری برابر با نصف گذشته دارد.

آینده تنسور

گوگل صحبتی از نسل های بعدی پردازنده سفارشی Tensor خود ننموده است ولی احتمالا این شرکت نسل بعدی را با افزودن یک شماره به آن ارائه خواهد نمود. همچون تراشه Titan M که اکنون شاهد Titan M2 هستیم.

شکی نیست که گوگل تراشه های سفارشی بیشتری برای اسمارت فون ها فراوری خواهد نمود؛ همان طور که خود مدیران گوگل نیز اشاره کردند که تنسور یک پایه سخت افزاری برای سال های آینده است و تجربه های شخصی و مفیدتری روی گوشی های گوگل فراهم می نماید.