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看到骁龙888的技术细节,我还是非常吃惊

时间:2020-12-02 作者:邵乐峰 阅读:
高通技术公司产品管理副总裁Ziad Asghar在主题演讲时称,高通设计骁龙888的理念并非是要与竞争对手在晶体管数目上一决高下,而是着眼于每个家庭中所有的单功能设备,让智能手机无论在体验还是技术能力上超越所有这些家庭中的单功能设备。
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继昨日一举冲上微博热搜后,骁龙888平台的更多技术细节在“高通骁龙技术峰会”的第二天得到了全面曝光。

高通技术公司产品管理副总裁Ziad Asghar在主题演讲时称,高通设计骁龙888的理念并非是要与竞争对手在晶体管数目上一决高下,而是着眼于每个家庭中所有的单功能设备,让智能手机无论在体验还是技术能力上超越所有这些家庭中的单功能设备。

骁龙888在主要架构方面实现了一系列提升。包括采用了最先进的三星5纳米工艺制程,能够提供突破性的性能和出色的能效;Kryo 680 CPU采用八核架构(1x 2.84GHz Cortex X1超大核,3x 2.4GHz Cortex A78大核,4x 1.8GHz Cortex A55小核),整体性能提升高达25%,支持高达2.84GHz的主频,同时也是首个基于Arm Cortex-X1打造的商用CPU子系统;Adreno 660 GPU实现了迄今为止最显著的性能提升,图形渲染速度较前代平台提升高达35%。更重要的是,Kryo 680和Adreno 660能够提供持续稳定的高性能,这是骁龙移动平台一直以来的优势。

  • 面向全球的5G移动平台

高通技术公司产品管理总监Lekha Motiwala将骁龙888平台称之为“业界唯一真正意义上面向全球的5G平台”。具备全球兼容性,支持毫米波和Sub-6GHz频段,以及全球多SIM卡、独立组网、非独立组网、FDD、TDD和动态频谱共享等。此外,骁龙888还是全球第一款支持Sub-6GHz TDD-FDD所有主要载波聚合的解决方案,这意味着更大容量的网络能为用户带来更快的5G,通过5G连接全天使用喜爱的移动应用。

其集成的第三代5G调制解调器及射频系统——骁龙X60支持5G Sub-6GHz载波聚合和毫米波,能够提供高达7.5Gbps全球最快的商用5G网络速度。通过支持几乎全球所有主要网络,该调制解调器及射频系统还支持出色的网络覆盖,包括利用动态频谱共享(DSS)技术实现全国范围的5G网络覆盖。

骁龙888还支持全球5G多SIM卡功能,从而实现国际漫游、在一部手机上同时管理个人和工作号码,并优化每月套餐资费。此外,该平台采用了近期推出的高通FastConnect 6900移动连接系统,能够提供目前移动Wi-Fi业界最快的Wi-Fi 6速度(高达3.6Gbps),并且支持Wi-Fi 6E的全新6GHz频段。通过支持蓝牙5.2、蓝牙双天线、高通aptX套件、广播音频和先进的调制及编码技术优化,FastConnect 6900移动连接系统还能够提供清晰、可靠且响应迅速的全新蓝牙音频体验。

  • 第六代Qualcomm AI Engine

终端侧智能是高通反复强调的认知,这一功能对处理性能的要求已经超过了其它所有功能,并且还将随着5G得到进一步发展。比如个人助理可以检测用户的声音,了解用户的周边环境,或者弥合眼睛所见与相机捕获影像之间的差距,从而获得最佳的图像质量。

如今,已有超过10亿部终端采用了高通的人工智能技术,在去年的骁龙技术峰会上,Amon展示了如何在终端侧实时将英语语音翻译成中文文本,当时所依赖的第五代高通AI引擎已经能够实现惊人的每秒15万亿次运算性能。

在此基础上,骁龙888平台在AI架构方面实现了重大突破。整体全新设计的第六代高通AI引擎包括了全新高通Hexagon 780处理器及其具有的融合AI加速器架构。根据高通技术公司高级产品经理Hsin-I Hsu的介绍,骁龙888中Hexagon处理器所拥有的标量、张量和向量加速器之间的物理距离几乎消失了,不仅如此,这三个不同的加速器之间还实现了内存共享,从而使得标量加速器的性能提升了50%,而张量加速器的处理速度则是前代的2倍。

AI引擎的其他部分也得到了升级,例如Adreno 660 GPU的AI性能提升了43%,通过新的指令集,如4输入混合精度点积和波浪矩阵乘法可加快浮点运算。其每瓦特性能较前代平台提升高达3倍,并实现了每秒26万亿次运算(26 TOPS)的强大算力。

第二代高通传感器中枢集成的专用低功耗AI处理器分担了Hexagon处理器高达80%的工作负载,能够利用情境感知,并结合来自5G、Wi-Fi和蓝牙等新增的数据源,支持如屏幕唤醒、抬手亮屏、用户活动识别、语音事件检测等用例,进一步增强该平台的性能,而功耗却仅仅不到1毫安。

同时,为了确保开发者能够轻松访问高通传感器中枢,高通与谷歌就其最新的TensorFlow Micro框架开展合作,面向Hexagon处理器和高通传感器中枢上的AI处理器进行优化。这样一来,OEM合作伙伴和开发者就能够开发出属于自己的情境感知应用程序。举例来说,借助第二代高通传感器中枢,Hexagon处理器上“Ok,Google”侦测算法38%的负载得以被减少。

俗话说,“好马配好鞍”,强劲的硬件必须配合同样强大的软件。全新高通AI引擎Direct软件为开发者提供灵活性,不仅针对Hexagon 780处理器,还包括Adreno GPU和高通Kryo CPU,支持其开发的下一代终端侧AI应用能够高效运行。

“高通AI引擎Direct的设计初衷就是在骁龙888上首次带来了一个跨整个骁龙平台的统一AI应用程序接口。对于开发者或OEM厂商来说,可以充分利用这一解决方案的优势,跨骁龙平台使用第五代和第六代AI引擎。”高通技术公司技术副总裁Jeff Gehlhaar说,作为支持更多开发者和OEM访问第六代高通AI引擎承诺的一部分,高通宣布扩展了用于AI加速器的开源编译器TVM,支持Hexagon。现在,可以用几行简短的Python代码编写自定义算子,为Hexagon编译,并直接插入高通AI引擎Direct框架。作为在骁龙平台的首创,这将使开发者和OEM厂商能够打造个性化的体验,并扩展高通AI引擎Direct。

  • 支持ISP三重并发

每当想要拍摄优质的照片和视频,一个好的镜头和性能出色的图像传感器,必不可少。高通技术公司产品管理副总裁Judd Heape强调称,与大多数ISP不同的是,五年前Spectra首次发布时,就不是单独一个ISP,它与生俱来就是双ISP。如今,凭借全新Qualcomm Spectra 580 ISP,骁龙888成为了首款支持三ISP的移动平台,能够以每秒处理27亿像素的速度,支持三个摄像头的并发拍摄。

如今大多数旗舰智能手机至少配备3个后置摄像头,每个摄像头支持不同的镜头——超广角、广角和长焦。三重并发将使用户能够同时通过3个不同的摄像头拍摄视频——每支视频都是4K HDR品质。或者你可以在同一时间拍摄3张照片——每张都是2800万像素30fps的零快门延时模式。

三重并发也将在摄像头之间进行变焦时提供更平滑的切换。例如,在双ISP上,如果开始用广角摄像头拍摄,就不得不猜测是要用长焦镜头放大,还是要用超广角镜头来缩小。有了三重并发,猜测的工作就免除了——系统可以在后台运行三个摄像头,然后即时切换到用户想要使用的摄像头。

除了支持三ISP,Spectra 580在速度、图像质量和计算机视觉方面都有架构上的提升。它比上一代ISP的处理速度快35%,能够以每秒处理27亿像素。举例来说,两个传感器:一个6400万像素,另一个2500万像素,每个传感器都以30fps的速度同时运行。与此同时,还可以利用这样的速度实现惊人的帧捕获——在短短1秒钟内,我们可以捕获120帧——而且每帧都是1200万像素!目前为止还没有任何智能手机能做到这一点。

“Spectra 580的架构是为今年即将上市的,被称为单帧逐行HDR(Staggered HDR)图像传感器而设计的,它们有大幅提升HDR视频质量的潜力。”Judd Heape解释说,单帧逐行HDR图像传感器输出独立的长、中、短曝光,所以在现有图像传感器只能生成一张图像的基础上,单帧逐行HDR图像传感器可以生成3张图像,且所有图像都有明亮或黑暗场景中不同部分的细节。

HDR一词可能会令人困惑。面向视频,我们通常将HDR称为10-bit HDR或HDR10,其他格式如HLG和杜比视界也是10-bit格式,但其实是指HDR视频的编码和保存方式。实际上,ISP运行在更高的位深,这是由“计算HDR”实现的。而所谓的“计算HDR”,是ISP将来自图像传感器的多重曝光组合在一起,使最终输出的图像获得巨大动态范围的过程。

到目前为止,视频可以10-bit格式保存,但这通常是由每帧的单次曝光做到的,或者是由图像传感器降低分辨率换取HDR输出为代价。对于照片拍摄,特殊的应用可以根据多重包围曝光产生HDR输出。但遗憾的是,最终输出格式都不得不色调映射到8-bit JPEG文件。但得益于单帧逐行HDR图像传感器,以及其在一帧时间内输出多达三重的曝光能力,人们现在可以在视频和照片拍摄中应用多重曝光计算HDR。

也就是说,未来的智能手机将首次超越8-bit JPEG,并利用HEIF格式来拍摄10-bit色深的照片,这将为照片带来更高的清晰度、更多的细节和更鲜艳的色彩,而这是以往8-bit色调映射JPEG方法不可能实现的。对于HDR来说,是时候让照片赶上视频了!

Spectra 580中的三ISP让所有拍摄模式下的计算HDR成为可能。三重并行处理使每一次曝光都能在一帧时间内同时拍摄并合成,4K HDR与三重曝光单帧逐行HDR将使拍摄的视频看起来更加精彩动人,它有比以往更大的动态范围,更多的细节和更少的伪影。此外,Spectra 580 ISP还首次采用全新低光架构,即使在近乎黑暗的环境中,也能拍摄出更加明亮的照片。

3A算法是Judd Heape强调的另一重点。3A算法即自动对焦、自动曝光和自动白平衡,是拍摄一张专业品质照片的基础。如果想获得极致的清晰度、动态范围和色彩,这三项都必须准确无误。Spectra 580将首次推出高通第10代3A算法,这也是首次由AI赋能的3A算法。

全新的基于显著性特征分析的自动对焦和自动曝光引擎在设计之初就利用了虚拟现实(VR)技术,利用支持眼部追踪的VR头显,训练显著性特征分析自动对焦和自动曝光神经网络。设计人员在VR环境里为人们提供图像,通过追踪用户的眼球来判断眼球聚焦的部分。然后,利用这些数据训练AI自动对焦和自动曝光引擎,从而使全新的由AI赋能的自动对焦引擎可以比以往更快、更准确。

合作伙伴虹软在演示中为“傻瓜相机”一词带来了新的含义。在过去,“傻瓜相机”实际上并不“傻瓜”,但消费者必须选择想聚焦的对象,然后放大或缩小,不断进行构图。但现在不需要了,得益于三ISP能够始终拍摄视频,虹软利用Spectra 580和AI引擎进行自动跟踪和自动缩放,带来真正的“傻瓜相机”体验。

  • 安全

骁龙888支持诸多安全措施保护终端侧用户数据的隐私,包括高通安全处理单元、高通可信执行环境、高通无线边缘服务、以及全新Type-1 Hypervisor技术。按照高通技术公司产品管理高级总监Saritha Sivapuram的说法,Hypervisor技术此前仅在台式机上流行,主要用于在其各自独立的安全空间中运行多个操作系统,骁龙888将此技术引入智能手机中,从而能够以全新方式在同一终端上,在不同应用和多个操作系统之间进行数据的保护和隔离。

也就是说,与台式机计算一样,Hypervisor可以在智能手机上启用同一操作系统的多个实例,并可在它们之间即时切换。用户可以拥有一个专用于自己工作应用程序的操作系统实例,以及一个用于个人应用程序的独立操作系统,甚至可以运行一个完全不同的操作系统。同时,Hypervisor还在硬件内部制造了隔离,可以使该应用程序的数据完全不受主操作系统内应用程序的影响,应用程序开发人员可以在每个应用程序中创建全新的私密体验,从而保护每个环境的安全性和私密性。

当然,Hypervisor只是骁龙芯片组所赋能的众多安全技术之一。2018年,高通创建了无线边缘服务,这是一套骁龙可以与之交互的云服务,使应用程序和服务可以远程验证设备身份,实时检测设备及其无线连接的安全性。通过这项服务,应用程序和服务可以安全地从设备收集信息,来进行基于风险的评估,并将敏感信息传递到该目标设备,应用程序和服务还可以利用高通无线边缘服务来远程激活芯片组的硬件和软件特性。

“我们正在进入一个由AI工具赋能的全新世界,在这里可以轻松地进行深度伪造。你如何知道网站上的照片是否真实?无论是像素和EXIF数据还是图片和声音文件的格式信息都可以被编辑、被修改。很快,任何人都可以轻松制作以假乱真的赝品。”在峰会现场,Saritha Sivapuram展示了通过与Truepic合作,利用高通终端侧安全技术和无线边缘云服务来保护未来摄影功能的案例。

在这一案例中,Truepic利用高通的安全技术、Spectra ISP和无线边缘云服务,在摄像头拍摄的照片上制作加密印记,用以保护像素、日期、时间、位置和深度图。Trupic的加密印记照片符合Adobe的内容真实性倡议CAI(Content Authenticity Initiative)的新兴开放标准。通过遵循CAI标准,即可通过其他符合CAI标准的服务查看和验证Truepic照片。

  • 端游级别体验游戏

Alex Katouzian分享的数据显示,2019年移动游戏的市场规模约为680亿美元,超过其它所有游戏细分市场,而根据最新的预测,2020年移动游戏市场规模有望超过惊人的760亿美元。但出乎意料的是,在全球27亿游戏玩家中,有近10亿人只用智能手机玩游戏。他们期望沉浸式的在线游戏,具有视觉冲击力的画面和高保真音效,也不想在性能和续航时间方面做出任何妥协。  

多年来,骁龙以一系列令人印象深刻的“移动行业首创”定义了顶级移动游戏。在去年的技术峰会上,率先宣布第一个呈现144帧超流畅游戏体验;第一个提供GPU驱动更新,持续优化性能;以及第一个支持True 10-bit HDR,在游戏中呈现超过10亿色。Snapdragon Elite Gaming则提供了令人惊喜的5G移动游戏平台和基于物理的渲染能力,目前为止,超过1000款配备Snapdragon Elite Gaming特性的骁龙终端已经发布,为数以百万的用户带来下一代移动游戏体验。

骁龙888支持完整的高通Snapdragon Elite Gaming特性。高通技术公司公共关系高级经理Macey Davis介绍了Elite Gaming的一项全新特性——高通Game Quick Touch。众所周知,触控延迟取决于很多因素,例如显示屏帧同步的时间和游戏帧刷新的时间。有时由于游戏工作负载巨大,游戏可能会错过帧同步的截止时间,这将导致帧延迟,而帧延迟将会导致触控延迟。Game Quick Touch特性针对上述难题进行了毫秒级别的优化,以避免这种类型的延迟,玩家将立即体验到更快的触控响应时间。支持Game Quick Touch的骁龙888可以将触控到显示的响应速度提高20%,这意味着即使是帧率高达120fps的游戏,其触控响应时间也会受益。

Snapdragon Elite Gaming带给移动游戏的另一项技术是可变分辨率渲染(Variable Rate Shading)。到目前为止,被称为VRS的可变分辨率渲染——仅在高端PC和下一代专业游戏机上实现支持,由全新高通 Adreno 660 GPU支持实现的可变分辨率渲染,使游戏渲染性能提升高达30%,将有助于减少 GPU 工作负载,同时显著增强游戏性能。这将使下一代移动游戏能够以更快的速度和更高的分辨率运行,同时仍保持最高的视觉保真度。此外,GPU工作负载的减少也能降低功耗,从而让玩家更长时间的进行游戏。

当渲染每一帧时,GPU为每个像素执行一个着色程序来计算它的颜色,这意味着360万像素被着色。可变分辨率渲染允许开发人员指定着色器程序以2个或4个像素为一组仅运行一次,然后将这些颜色结果重新复用于周围的像素着色。通过可变分辨率渲染,游戏开发人员可以仅使用140万像素对整个帧画面进行着色,这将会使整体着色的总像素数减少40%,从而大大降低GPU工作负载,这一特性将让开发者在不牺牲视觉逼真度的情况下创造更具有沉浸感的游戏体验。

结语:

2019年,正当人们以为新推出的骁龙865应该“理所当然”的集成X55调制解调器+RF系统,从而也成为一颗名副其实的SoC芯片时,高通却不按套路出牌,没有把最核心的5G集成芯片放在旗舰级产品线上,反而成就了765系列成为旗下第一颗5G SoC芯片。但这次,高通将第三代5G调制解调器及射频系统——支持5G Sub-6GHz载波聚合和毫米波的骁龙X60集成其中,使888成为一颗名副其实的旗舰级5G SoC芯片。

正如高通技术公司高级副总裁兼移动、计算及基础设施业务总经理Alex Katouzian在首日演讲中强调的那样,高通一直在研究消费者使用旗舰智能手机的方式,以及未来他们需要什么。对他们而言,旗舰特性并非是“不错的选择”,旗舰特性是必需品。这也是高通打造骁龙8系列的原因——为了提供更加沉浸式、更加智能的体验。

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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