谷歌自研芯片Tensor重磅来袭：“机器学习的里程碑”

Posted 2021-11-08 TerryChu1

整理 | 祝涛
出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

今日凌晨，谷歌正式推出了全新的Google Pixel 6和Pixel 6 Pro智能手机。谷歌Pixel 6系列搭载谷歌自研的Tensor芯片，相比Pixel 5性能提升80%，AI性能也大大提高。

在10月19日的新品发布会上，苹果也官宣了全新的Apple Silicon——M1 Pro与M1 Max，其中M1 Max还被称为苹果迄今打造的最强芯片。而谷歌公司称其自研的Tensor芯片是"机器学习的里程碑"。这款芯片由Google研究院设计，使该公司能够轻松地将人工智能和机器学习的进展转化为实际的消费者产品。谷歌自研的Tensor芯片究竟有什么玄机呢？

谷歌研究院打造

几年前，谷歌的研究团队将硬件、软件和ML（机器学习）方面集合到了一起，构建了最好的移动ML计算机，最终实现了谷歌对Pixel智能手机的愿景。

有了Tensor，谷歌正在解锁惊人的新体验，包括运动模式、更准确的人脸检测，以及实时翻译文本等功能。Tensor帮助谷歌探索智能手机的发展极限，将它从一个通用的硬件变成一个足够智能的设备。

谷歌Tensor是构建在芯片(SoC)上的一个高级系统，它拥有移动SoC的一切，甚至更多。

新手机的核心体验领域——语音、语言、图像和视频——本质上都是异构的，这意味着它们需要跨整个芯片的多种资源。谷歌Tensor经过精心设计，以提供正确级别的计算性能、效率和安全性。通过android 12，谷歌着手打造一个操作系统，为硬件和软件共同工作的未来奠定基础。

Tensor的规格

Tensor就是所谓的片上系统，本质上是一种怪物处理器，它将 CPU（为设备提供动力的大脑）与其他功能相结合。

正如传闻中的那样，Tensor芯片使用了独特的CPU内核组合。有用于人工智能的定制TPU（Tensor处理单元），以及两个高功率的Cortex-X1内核，两个中端据传是旧的Cortex-A76内核，然后是四个低功率的效率内核。图形由20核GPU提供，此外还有一个为环境体验提供动力的环境中心，一个私人计算内核，以及一个用于安全的新Titan M2芯片。还有一个专门的图像处理核心，帮助Pixel的标志性摄影。

谷歌Tensor芯片在开发过程中受到了三星的帮助，采用 5nm 制程工艺，并还集成了一个张量处理单元用于机器学习运算，一个ISP图像处理单元，一个Tensor安全核心，一个低功耗核心。此外，处理器还具备8MB系统缓存和4MB L3 缓存。

Tensor 安全核心是一个基于CPU的子系统，它独立于主应用程序处理器。它允许敏感任务和控件在隔离和安全的环境中运行。除了 Tensor 之外，还有一个协处理器，即谷歌的下一代专用安全芯片 Titan M2。由于谷歌创建了 Tensor，它将对 Pixel 所有者的安全支持延长至五年，让人们可以更长时间地使用他们的设备。负责 Google 芯片业务的副总裁兼总经理 Phil Carmack表示，谷歌设计的 CPU 能够为计算摄影等密集使用案例提供最佳的响应能力和功率效率。

理论上，谷歌提供的X1性能核心数量是骁龙888或Exynos 2100的两倍——这是最强大的Arm设计，后两者都使用一个Cortex-X1、三个Cortex-A78和四个Cortex-A55核心。但是谷歌也将两个高端内核换成了中端内核，这可能会提升电池的寿命和性能，也有可能会导致整体设备变得更弱。如果有机会对Pixel 6和Tensor进行测试，就可以很快知道结果。

虽然性能的提升似乎还比不过苹果的自研芯片，但纵向对比来看，谷歌这次发布的Pixel 6系列手机仍然是目前最快的Pixel手机，谷歌表示，Tensor芯片相比高通骁龙 765G，在CPU性能上提升了80%，GPU性能提升达 370%。值得注意的是，该芯片比其他高级 Android 手机中的顶级处理器慢。

Tensor实现的功能

静态摄影与运动模式

Pixel 6 的改进领域之一是摄影。由于芯片的子系统可以更好地协同工作，Tensor可以更快地处理摄影任务，可以实现更智能的相机功能。

名为 Face Unblur 的新功能可将运动中的主体的面部聚焦，同时保持身体其余部分的模糊。例如，您可以拍摄一张孩子在蹦床上跳跃的照片，脸部锐利且清晰，四肢在运动中模糊。

另一项称为运动模式的摄影功能会在静止图像中添加模糊。谷歌表示，这个功能为城市照片、夜间外出甚至自然场景带来了某种专业的外观和感觉。

视频

谷歌一直希望让Pixel视频与Pixel照片的质量相匹配，Tensor实现了这一愿望。 通过将嵌入到芯片上，可以更有效地直接提供像素特征，

谷歌开发了一种名为 HDRnet 的算法。通过将HDRNet的部分功能直接嵌入到 Tensor 图像信号处理器中，可以极大地加快处理速度，同时极大地降低功耗。HDRnet 允许 Pixel 6 以静止图像的质量捕获视频，它可以应用于所有视频模式，即使是每秒 60 帧的 4K 视频，都可以提供更准确和生动的颜色。

语音和转录

Tensor芯片将拥有谷歌提供的"最准确的自动语音识别（ASR）"，用于Google Assistant的快速查询和音频任务，如现场字幕或录音机应用。ASR甚至可以用于长时间运行的应用程序，如记录仪或Live Caption之类的工具，而不会很耗电。

改进后的语音识别将有助于语音访问等功能，让用户无需输入命令即可与手机通话，以及使用Google 助手接听来电、与来电者通话并提供通话内容的文字记录。

实时翻译

搭载Tensor的Pixel 6系列手机上拥有新的实时翻译功能，可以帮助用户更好地与人交流。它适用于任何 Android 聊天应用程序，并且用户可以直接在聊天应用程序中进行翻译，这意味着不再需要复制粘贴文本到谷歌翻译。Tensor还可以利用设备上的语音和翻译模型对视频等多媒体资源进行实时翻译。

与Pixel 4手机相比，在搭载Tensor的手机上使用翻译功能时，新设备上的神经机器翻译(NMT)模型才消耗不到一半的电力。如果不是 Tensor，这些类型的任务通常会耗尽手机的电池电量。

对于谷歌来说，Tensor 和 Pixel 的新 AI 功能并不是终点，这些只是开始。

参考链接：

• https://blog.google/products/pixel/introducing-google-tensor/
• https://www.theverge.com/2021/10/19/22710844/google-pixel-6-pro-tensor-processor-ai-speed-specs-details
• https://arstechnica.com/gadgets/2021/10/the-google-silicon-team-gives-us-a-tour-of-the-pixel-6s-tensor-soc/