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【IC设计】谷歌联合三星开发5nm芯片,对标苹果?

来源:中国电子报    原作者:张心怡    

有消息称,谷歌与三星合作研发的处理器已经收到第一批工程样本。该处理器代号“Whitechaple”,采用三星5nm制程,将搭载在Pixel手机及Chromebook笔记本上。在自研了云端、边缘端处理器之后,谷歌自研手机处理器意欲何为?将对谷歌的生态、产品产生哪些影响?

面向终端设备的主处理器

据悉,谷歌与三星联合设计的5nm芯片是一枚“起到关键作用的”主处理器,对设备的运行速度、电池续航能力和性能起到决定性作用。该处理器采用Arm 8核CPU,硬件针对谷歌机器学习进行优化,并支持谷歌助手和“始终在线”功能。

近期,谷歌收到了第一批工程样本。该处理器明年有望搭载在Pixel手机上,后续版本将搭载在Chromebook笔记本上。

谷歌一直在强化半导体业务能力。此前发布的Pixel手机上已经搭载了谷歌定制设计的机器学习和图像处理芯片,谷歌还从苹果、英特尔等竞争对手“挖角”了芯片工程师。但是,手机处理器需要CPU、GPU、通信基带等多个芯片,任何一个短板都将使谷歌无法完全摆脱对高通等芯片巨头的依赖。

补齐云边端芯片版图

无论是海外五大科技巨头 “FAANG”(脸书、苹果、亚马逊、奈飞、谷歌),还是国内的“BAT”,都在进军芯片设计业务。早在2006年,谷歌就开始研究如何在数据中心中使用GPU、FPGA和定制ASIC。在科技巨头跨界“造芯”的道路上,谷歌是一支不可忽视的力量。

从2015年起,谷歌基于自主研发的定制化芯片TPU,完成了云-边、端-端的计算架构协同。2016年的I/O 开发者大会上,谷歌公布了自主研发的定制化芯片Tensor Processing Units (TPU),以强化数据中心的机器学习能力。

2017年,谷歌将第二代TPU引入谷歌云平台,后续推出的第三代云TPU利用谷歌云平台的AI服务运行及其学习模型,可实现单个Pod中每秒超过100千万亿次浮点运算性能。在云TPU的基础上,谷歌又推出了针对边缘侧的Edge TPU。这款ASIC芯片是对Cloud TPU和谷歌云服务的补充,能实现端到端、云端到边缘的基础架构。

在云计算、AI、5G的催化下,云边端一体化趋势增强。华为、阿里、英特尔等厂商都在践行“云-边-端”的计算架构协同。华为董事徐文伟表示,华为的价值主张是打造一个平台,把众多的传感器连接起来,实现连接+平台+AI+生态。为此,华为在端、边、云都推出并部署了AI芯片。在手机端,华为从麒麟 970 开始嵌入AI 芯片,在边缘端,华为推出了应用于汽车的人工智能计算芯片 Ascend 310,在云端则部署了鲲鹏 920等芯片。阿里云推出IoT边缘计算产品Link Edge时宣布将打造云、边、端一体化的协同计算体系,并陆续推出用于设计制造高性能端上芯片的IP核玄铁910、SoC芯片设计平台“无剑”、云端芯片含光800,端云一体初步成型。

在终端侧,谷歌曾为手机主处理器设计辅助芯片,包括提升手机图像处理能力的Pixel Visual Core,提升声音识别和转录能力的Pixel Neural Core等,以负载手机端的机器学习类任务。但是,随着云算力下沉、终端算力上升、边缘算力融合的趋势不断加强,拥有一颗针对自家生态进行优化的端处理器,才能更好地发挥谷歌在机器学习的优势和沉淀,让手机、笔记本等终端与谷歌的AI算力体系紧密贴合。

提升产品体验

2010年,苹果发布了采用自研处理器A4和自家操作系统iOS4的里程碑式产品iPhone4,自此摆脱了对三星处理器的依赖。

长期以来,谷歌安卓与苹果iOS是两大手机操作系统。苹果通过自研A系列处理器,让硬件更好地贴合软件系统需要,实现软硬件一体化。谷歌自研移动终端处理器,也有利于更好地发挥软件系统能力,通过软硬件协同优化终端体验。

“谷歌与苹果殊途同归,谷歌一直在建立半导体能力,在掌握软件的同时掌握硬件,这种软硬件一体化的方式无疑是推动服务深度整合的最好方法。自研处理器是谷歌打造闭环生态的初步尝试,也是第一步。” 赛迪顾问集成电路产业研究中心分析师陈跃楠向记者指出。

集邦咨询分析师姚嘉洋向记者表示,由于智能型手机大多是以Android阵营为主,谷歌累积了庞大的数据库与AI运算资源,打造自有处理器有利于优化智能手机的AI应用。例如,让用户与手机语音助理之间的对话更为智慧,让语音助理更好地理解用户需求、语言翻译更为精确,省电与性能提升表现更为优异等,以Google现今的布局态势来看,确实会有这样的战略思考。

但是,手机处理器研发门槛高,属于资金、技术密集型业务,是块难啃的硬骨头。姚嘉洋表示,苹果之所以能在处理器领域如鱼得水,得益于先前的收购策略和早期投入,累积了相对丰富的处理器开发经验。加上苹果近年来在业务上的转型,服务相关收入日益攀升,推动整体获利提升,这成为处理器研发的坚实后盾,使得苹果在处理器开发上处于一定的领先地位。

与苹果类似,谷歌在移动芯片领域也有着早期收购和人才积累。在2010年A4处理器发布之前,苹果传出收购被用于手机和移动终端的芯片企业Intrinsity。同时,谷歌也传出收购芯片设计创业公司Agnilux。2017年,有消息称谷歌挖角了苹果的芯片设计师Manu Gulati担任SoC系统架构设计师。

此前Gulati 曾参与iPhone、iPad 以及 Apple TV 等产品定制芯片的研发。同一年,谷歌斥资11亿美元收购HTC手机研发团队,进一步增强手机硬件的设计能力。去年,谷歌在印度班加罗尔成立了新的芯片团队,成员包括从英特尔、英伟达、高通聘用的工程师,目标是设计手机及数据中心芯片。

但是,谷歌自研手机处理器并非毫无风险。受限于Pixel手机的市场份额,谷歌需要把控处理器研发投入和产品收益的平衡。

“由于Pixel手机在市场仍属于少数,开发一颗5nm的主处理器置于智能手机中,单是开发费用动辄需要数百万甚至千万美元。尽管谷歌近年的营收表现十分优异,但若无法一战成名,恐怕不利于长期的处理器开发计划。” 姚嘉洋说。

封面图片来源:拍信网