تنسور در برابر اسنپدراگون ۸۸۸ و اگزینوس ۲۱۰۰؛ اولین تراشه موبایل گوگل توان رقابت دارد؟

گوگل هفته گذشته پس از مدت‌ها انتظار از گوشی‌های سری پیکسل ۶ رونمایی کرد؛ محصولاتی که از اولین تراشه مخصوص موبایل این غول جستجوی اینترنتی بهره می‌برند. این چیپ که تنسور نام دارد، باید با بزرگان این صنعت رقابت کند، بنابراین تنسور در برابر اسنپدراگون ۸۸۸ و اگزینوس ۲۱۰۰ چه عملکردی دارد؟ در این مطلب می‌خواهیم گوگل تنسور را با تراشه‌های پرچمدار کوالکام و سامسونگ مقایسه کنیم.

گوگل می‌توانست امسال هم مانند سال‌های گذشته از کوالکام تراشه‌های موردنیازش را تهیه کند یا حتی به سراغ سامسونگ برود و از بزرگترین تولیدکننده گوشی‌های اندرویدی دنیا، چیپ بخرد. اما این کمپانی تصمیم دیگری گرفت و شخصا وارد این بازار شد، هرچند چنین ورودی بدون کمک هم نبود.

گوگل برای توسعه تراشه تنسور با سامسونگ همکاری کرد و سیلیکون یادگیری ماشینی خودش را درون آن قرار داد. این تراشه کمی با چیپ‌های پرچمدار اندرویدی ۲۰۲۱ تفاوت دارد. اگرچه برای بررسی کامل بنچمارک‌ها و مصرف انرژی توسط تنسور باید همچنان منتظر بمانیم، اما در حال حاضر به اندازه کافی اطلاعات داریم تا بتوانیم حداقل روی کاغذ آن را با تراشه‌های سامسونگ و کوالکام مقایسه کنیم.

اسنپدراگون ۸۸۸ در بسیاری از گوشی‌های پرچمدار اندرویدی ۲۰۲۱ مورد استفاده قرار گرفته و سامسونگ هم از اگزینوس ۲۱۰۰ در برخی نمونه‌های سری گلکسی S21 استفاده کرده. بنابراین در این مطلب می‌خواهیم تنسور را با این تراشه‌ها مقایسه تا ببینیم از نظر تئوری توان رقابت با بزرگان بازار را دارد یا خیر.

مقایسه گوگل تنسور با اسنپدراگون ۸۸۸ و اگزینوس ۲۱۰۰

اگرچه فاصله چندانی تا معرفی و عرضه نسل بعدی تراشه‌های پرچمدار سامسونگ و کوالکام نداریم، اما تنسور آمده تا با نسل کنونی آن‌ها یعنی اگزینوس ۲۱۰۰ و اسنپدراگون ۸۸۸ رقابت کند. در جدول زیر مشخصات این تراشه‌ها را مشاهده می‌کنید:

	گوگل تنسور	اسنپدراگون ۸۸۸	اگزینوس ۲۱۰۰
CPU	۲ هسته Cortex-X1‌ با فرکانس ۲.۸ گیگاهرتز + ۲ هسته Cortex-A76‌ با فرکانس ۲.۲۵ گیگاهرتز + ۴ هسته Cortex-A55 با فرکانس ۱.۸۰ گیگاهرتز	۱ هسته Cortex-X1 با فرکانس ۲.۸۴ گیگاهرتز و ۳ گیگابایت برای مدل پلاس + ۳ هسته Cortex-A78 با فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز + ۴ هسته Cortex-A55 با فرکانس ۱.۸ گیگاهرتز	۱ هسته Cortex-X1 با فرکانس ۲.۹۰ گیگاهرتز + ۳ هسته Cortex-A78 با فرکانس ۲.۸ گیگاهرتز + ۴ هسته Cortex-A55 با فرکانس ۲.۲ گیگاهرتز
GPU	Mali-G78 MP20	آدرنو ۶۶۰	Mali-G78 MP14
رم	LPDDR5	LPDDR5	LPDDR5
یادگیری ماشینی	واحد پردازشی تنسور	Hexagon 780 DSP	واحد پردازش عصبی سه‌گانه + DSP
دیکد مدیا	H.264, H.265, VP9, AV1	H.264, H.265, VP9	H.264, H.265, VP9, AV1
مودم	4G LTE و 5G زیر ۶ گیگاهرتز و موج میلی‌متری	4G LTE و 5G زیر ۶ گیگاهرتز و موج میلی‌متری - سرعت دانلود ۷.۵ گیگابیت بر ثانیه و سرعت آپلود ۳ گیگابیت بر ثانیه (مودم مجتمع اسنپدراگون X60)	4G LTE و 5G زیر ۶ گیگاهرتز و موج میلی‌متری - سرعت دانلود ۷.۳۵ گیگابیت بر ثانیه و سرعت آپلود ۳.۶ گیگابیت بر ثانیه (مودم مجتمع اگزینوس ۵۱۲۳)
لیتوگرافی	۵ نانومتری	۵ نانومتری	۵ نانومتری

همانطور که از ارتباط عمیق میان سامسونگ و گوگل می‌توان انتظار داشت، تنسور وابستگی شدیدی به فناوری موجود در جدیدترین تراشه اگزینوس دارد. برای مثال انتظار می‌رود شاهد استفاده از مودم اگزینوس ۲۱۰۰ در چیپ گوگل باشیم. علاوه بر این، هردوی آن‌ها از پردازشگر گرافیکی Mali-G78 بهره می‌برند، البته در تراشه گوگل شاهد استفاده از ۲۰ هسته گرافیکی و در چیپ سامسونگ ۱۴ هسته گرافیکی هستیم. حتی پشتیبانی سخت افزاری از دیکد مدیا AV1 هم میان آن‌ها مشترک است.

درباره عملکرد گرافیکی تراشه گوگل نمی‌توانیم اظهارنظر دقیقی کنیم، با این حال نباید اختلاف چندانی با اسنپدراگون ۸۸۸ داشته باشد و البته عملکردش بالاتر از اگزینوس ۲۱۰۰ خواهد بود. در حالت کلی با یک تراشه پرچمدار قابل قبول روبه‌رو هستیم که قدرت بالایی را در اختیار خریداران گوشی‌های سری پیکسل ۶ قرار می‌دهد. حتی انتظار داریم واحد پردازش تنسور (TPU) این تراشه در زمینه یادگیری ماشینی و توانایی‌های هوش مصنوعی رقبا را به شدت به چالش بکشد.

ظاهرا تراشه گوگل تنسور در بخش پردازشی، گرافیکی، مودم و سایر فناوری‌ها رقیبی شایسته برای اسنپدراگون ۸۸۸ و اگزینوس ۲۱۰۰ محسوب می‌شود

گوگل برای طراحی CPU‌ به سراغ چیدمان هسته‌های متفاوت و تقریبا عجیبی رفته و با پیکربندی ۲ + ۲ + ۴ روبه‌رو هستیم. این غول جستجوی اینترنتی از دو هسته Cortex-X1 استفاده کرده که از عملکرد تک هسته‌ای مناسبش خبر می‌دهد، اما برای خوشه بعدی از هسته‌های قدیمی Cortex-A76 استفاده کرده که می‌تواند در بخش چند هسته‌ای تاثیر منفی روی عملکردش داشته باشد. باید منتظر بمانیم و ببینیم این ترکیب در زمینه توان و همچنین مدیریت حرارتی چه عملکردی از خودش نشان می‌دهد.

روی کاغذ، به نظر می‌رسد تراشه تنسور گوگل در گوشی‌های سری پیکسل ۶ می‌تواند به خوبی اگزینوس ۲۱۰۰ و اسنپدراگون ۸۸۸ و در نتیجه پرچمدارهای اندرویدی ۲۰۲۱ را به چالش بکشد.

طراحی CPU تراشه تنسور گوگل

یک سوال مهم درباره معماری تراشه تنسور وجود دارد و آن استفاده از هسته‌های قدیمی Cortex-A76 با قدمت ۳ سال است. چرا گوگل بجای Cortex-A78 به سراغ این هسته رفته؟ جواب این سوال مربوط به اندازه تراشه، توان و مدیریت حرارتی می‌شود.

ARM با معرفی هسته‌های پردازشی و گرافیکی جدید، عملکرد آن‌ها را نسبت به نسل قبلی‌شان مقایسه می‌کند. همانطور که در اسلاید زیر مشاهده می‌کنید، Cortex-A76 نسبت به نسل‌های قبلی ابعاد کوچکتری دارد و انرژی کمتری مصرف می‌کند، با این حال فرکانس و فرایند ساخت یکسانی با آن‌ها دارد. اسلاید زیر مبتنی بر لیتوگرافی ۷ نانومتری است، اما مدتی می‌شود که سامسونگ روی نمونه ۵ نانومتری Cortex-A76 کار می‌کند.

اگر به دنبال اعداد هستید، Cortex-A77 نسبت Cortex-A76 تا ۱۷ درصد بزرگتر است، در حالی که A78 تنها ۵ درصد از A77 کوچکتر است. در زمینه مصرف انرژی هم تفاوت بزرگی میان این هسته‌ها وجود دارد و A78 تنها ۴ درصد نسبت به A77 انرژی کمتری مصرف می‌کند. بنابراین A76 یک هسته کوچکتر و کم‌مصرف‌تر نسبت به آن‌ها به حساب می‌آید.

تا به اینجای کار همه چیز مثبت بود، اما بیایید نگاهی به جنبه منفی چنین رویکردی هم داشته باشیم. حداکثر عملکرد هسته A77 نسبت به A76 تا ۲۰ درصد بیشتر است و این اختلاف بین A77 و A78 به ۷ درصد می‌رسد. بنابراین تنسور در بخش چند هسته‌ای باید عملکرد ضعیف‌تری نسبت به اسنپدراگون ۸۸۸ و اگزینوس ۲۱۰۰ داشته باشد و بنچمارک‌های اولیه از چنین موضوعی حکایت دارند، البته این موضوع به فعالیت هم بستگی دارد. با توجه به استفاده از دو هسته قدرتمند Cortex-X1، احتمالا گوگل به عملکرد و مصرف انرژی بهینه تراشه‌اش اطمینان دارد.

استفاده از هسته‌های قدیمی Cortex-A76 وابستگی زیادی به تجهیز تنسور به دو هسته قدرتمند Cortex-X1 دارد. البته یک چالش در این میان وجود دارد، در طراحی تراشه‌های موبایل سازندگان باید به ابعاد، توان و گرمای تولیدی آن توجه کنند، بنابراین استفاده از دو هسته Cortex-X1 چنین موضوعی را به چالش می‌کشد.

استفاده از هسته‌های کوچکتر و کم‌مصرف‌تر باعث می‌شود فضای بیشتر و توانایی مدیریت حرارتی بهتری در اختیار سازنده قرار بگیرد. بنابراین استفاده از دو هسته قدرتمند Cortex-X1 باعث شده که گوگل مجبور شود به سراغ هسته‌های قدیمی‌تری برود. اما یک سوال مهم در این میان وجود دارد: چرا در حالی که کوالکام و سامسونگ از عملکرد یک هسته Cortex-X1 در تراشه‌هایشان رضایت دارند، گوگل به سراغ دو هسته رفته است؟

برای پاسخ به این سوال، نایب رئیس و مدیر عمومی بخش سیلیکون گوگل، «فیل کارماک» گفته چنین چیدمانی با توجه به عملکرد بهینه‌تر برای فعالیت‌های نه چندان قدرتمند ایجاد شده است. به گفته کارماک، یک هسته قدرتمند برای بنچمارک تک هسته‌ای بی‌نظیر است، اما دو هسته قدرتمند بهینه‌ترین راه‌حل برای دستیابی به عملکرد بالا محسوب می‌شود.

در کنار عملکرد تک هسته‌ای بالای Cortex-X1، این هسته نسبت به Cortex-A78 تا ۲۳ درصد سریعتر است و در زمینه یادگیری ماشینی هم عملکرد بالایی دارد. همین موضوع نشان‌دهنده علت استفاده از دو هسته Cortex-X1 در تراشه تنسور می‌تواند باشد چرا که گوگل توجه ویژه‌ای به یادگیری ماشینی و هوش مصنوعی نشان می‌دهد.

هسته Cortex-X1 در زمینه یادگیری ماشینی ۲ برابر عملکرد بهتری نسبت به Cortex-A78 دارد که یکی از دلایلش حافظه کش بالاتر و دیگری دو برابر پهنای باند دستورالعمل نقطه شناور SIMD است. در حالت کلی گوگل بجای عملکرد چند هسته‌ای، به سراغ دو هسته بزرگ Cortex-X1 رفته تا عملکردهای یادگیری ماشینی TPU را افزایش دهد. در حال حاضر نمی‌دانیم گوگل چه میزان کش برای این هسته‌ها درنظر گرفته ولی می‌تواند تاثیر زیادی روی عملکردش داشته باشد.

دو هسته Cortex-X1 باعث بهبود عملکرد یادگیری ماشینی تراشه تنسور می‌شود

با وجود استفاده از هسته‌های کم‌مصرف و کوچک Cortex-A76، هنوز هم این احتمال وجود دارد که تنسور گوگل در زمینه توان و گرما مشکل پیدا کند. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که هسته Cortex-X1 انرژی زیادی مصرف می‌کند و نمی‌تواند به خوبی حداکثر فرکانس خود را در پرچمدارهای امروزی حفظ کند. برخی گوشی‌های هوشمند حتی برای اینکه مصرف انرژی افزایش چندانی پیدا نکند، تا جای ممکن فعالیت‌ها را به وسیله آن انجام نمی‌دهند.

حالا گوگل تصمیم گرفته از دو هسته Cortex-X1 استفاده کند که مشکل مصرف انرژی و تولید حرارت را دو برابر می‌کند، بنابراین نمی‌توان به راحتی تراشه تنسور سری پیکسل ۶ را پیروز میدان درنظر گرفت. این احتمال وجود دارد که این چیپ در چنین زمینه‌هایی دچار مشکل شود، البته گوگل ظاهرا چنین اعتقادی ندارد.

این کمپانی استفاده از هسته قدیمی‌تر و کم‌مصرف‌تر و انجام فعالیت‌های نه چندان قدرتمند توسط آن را دلیل مناسبی برای استفاده از دو هسته Cortex-X1 می‌داند. به باور گوگل، چنین پیکربندی یک نقطه مناسب میان عملکرد و بهره‌وری انرژی به حساب می‌آید. با این حال باید این تراشه در دنیای واقعی مورد آزمایش قرار بگیرد و همچنین دید در فعالیت‌های سنگین چه عملکردی از خودش نشان می‌دهد. البته طبق بنچمارک‌های اولیه، تراشه تنسور در بخش چند هسته‌ای عملکرد ضعیف‌تری نسبت به اسنپدراگون ۸۸۸ کوالکام و اگزینوس ۲۱۰۰ سامسونگ دارد.

TPU گوگل

یکی از موارد ناشناخته در تراشه تنسور، واحد پردازش تنسور یا TPU آن است. ما می‌دانیم که وظیفه چنین واحدی، انجام فعالیت‌های یادگیری ماشینی از تشخیص صدا گرفته تا پردازش تصویر و حتی دیکد ویدیو است. بنابراین به نظر می‌رسد با یک رابط با کاربرد عمومی و قطعه‌ای رسانه‌ای برای عملکردهای مدیا تنسور روبه‌رو هستیم.

کوالکام و سامسونگ هم از بخش‌های اختصاصی روی تراشه‌هایشان برای عملکردهای یادگیری ماشینی استفاده کرده‌اند. در این میان عملکرد کوالکام جالب توجه است چرا که واحدهای پردازشی را در بخش‌های مختلفی قرار داده. موتور هوش مصنوعی کوالکام در CPU، پردازشگر گرافیکی، سنسینگ هاب، Hexagon DSP و Spectra ISP قرار دارد. اگرچه چنین رویکردی برای بهره‌وری انرژی مناسب است، اما نمی‌تواند از تمام اجزا بطور همزمان استفاده کند. بنابراین عملکرد 26 TOPS هوش مصنوعی کوالکام چندان قابل دسترسی نیست. در حقیقت در اکثر مواقع دو بخش به صورت همزمان با یکدیگر کار می‌کنند، مانند ISP و DSP برای وظایف بینایی رایانه‌ای.

واحد TPU گوگل شامل بلوک‌های فرعی مختلفی خواهد بود، به خصوص اگر ویدیوها را انکد و دیکد کند، با این حال به نظر می‌رسد بخش عمده‌ای از توانایی‌های یادگیری ماشینی پیکسل ۶ وابسته به آن باشد. اگر گوگل بتواند بطور همزمان از حداکثر قدرت TPU استفاده کند، می‌تواند از رقبا پیشی بگیرد و یک جهش بزرگ در عملکردهای هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی ایجاد کند.

از کاربردهای این واحد به گفته گوگل می‌توان به دیکته صوتی آفلاین، ترجمه آفلاین صدا، رفع تار شدگی چهره در تصاویر و فیلمبرداری 4K با سرعت ۶۰ فریم بر ثانیه با حالت اختصاصی سخت افزاری موجود در تراشه سری پیکسل ۶ با نام «HDR Net» اشاره کرد.

مقایسه گوگل تنسور با اسنپدراگون ۸۸۸: جمع‌بندی اولیه

با عقب‌نشینی تراشه‌های کرین هواوی از بازار بخاطر تحریم‌های ایالات متحده، تنسور روح تازه‌ای در بازار تراشه‌ها می‌دمد. اگرچه طبق نتایج اولیه بنچمارک‌ها این چیپ نمی‌تواند با بزرگان بازار حتی در دنیای اندروید رقابت کند، اما می‌تواند آینده بسیار روشنی داشته باشد.

گوگل با تراشه تنسور نمی‌تواند جهشی در عملکرد نسل کنونی تراشه‌ها ایجاد کند، اما ظاهرا با رویکرد نوینی به دنبال رفع برخی مشکلات چیپ‌های مخصوص موبایل است. این کمپانی با دو هسته پردازشی قدرتمند و همچنین عملکردهای یادگیری ماشینی مبتنی بر واحد TPU، کمی از رقبایش متفاوت عمل کرده. در کنار این موارد، باید به ۵ سال پشتیبانی امنیتی از گوشی‌های پیکسل ۶ هم اشاره کرد که به لطف تنسور ممکن شده است.

نظر شما درباره گوگل تنسور چیست؟ آیا اولین تلاش گوگل برای بازار گوشی‌های هوشمند را موفق می‌دانید یا اینکه فاصله طولانی با اسنپدراگون ۸۸۸ و اگزینوس ۲۱۰۰ دارد؟ نظر خود را با ما و دیگر کاربران در میان بگذارید.