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運算速度與峰值效能兼顧 行動運算肩負重任
AI效能不可或缺

【作者: 王岫晨】   2022年01月25日 星期二

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近年來,AI、5G與物聯網等新興技術崛起,使得新一代行動裝置能透過更智慧、更沉浸式的方式,將使用者體驗帶到主流市場。包括行動遊戲與多媒體應用等不同產業,都期望能加速推動行動裝置在創新體驗等方面的需求。而新一代行動處理器,為AR、VR、3D影像、高畫質行動遊戲等嶄新應用情境,提供更為優質順暢的效果。



圖一 : 在元宇宙的虛擬應用之下,行動處理器也必須功能上進一步提升。
圖一 : 在元宇宙的虛擬應用之下,行動處理器也必須功能上進一步提升。

AI與ML能力不可或缺

Arm客戶事業群市場行銷總監蔡武男指出,對於行動運算來說,具備AI與ML等能力已經是不可或缺的重點。然而AI與ML也為行動運算帶來新的挑戰,這是因為隨著AI時代的來臨,從個別的CPU、GPU、乃至整體系統效能提升後,勢必加速AI與ML功能的導入與普及,讓行動裝置為人們的工作、生活、娛樂等帶來更多的可能性。


圖二 : Arm客戶事業群市場行銷總監蔡武男
圖二 : Arm客戶事業群市場行銷總監蔡武男

因此,即便是在有成本考量的主流機種上,也需要運行AI與ML的工作負載,好讓更多使用者可以體驗各式AI及ML應用。


從以下需求,就可以一窺新一代行動處理所面對的新挑戰:


●優化功耗效率:快速運算對功耗與散熱處理是相當大的挑戰。以最主流的Arm架構處理器來看,均致力於提供高效能低功耗的運算解決方案,每代產品都能提供更為顯著的功耗效率提升,並透過全面運算策略,從系統層面來優化功耗與效能表現。



圖三 : Arm架構處理器
圖三 : Arm架構處理器

●極低延遲:資料位元需要被有效的壓縮,以減少頻寬,並進行快速的傳輸、處理、分析,最終能帶出最佳的效能與最佳的使用者經驗。


●以使用場景為主:AI與ML的普及,將創造許多新的使用場景。這使得Arm未來的產品設計,也將基於Armv9架構的特色,為未來的市場所需,持續開發以使用場景為主(Use case-based)、具有AI/ML及特定處理能力的高效能、低功耗的產品。


●Local Compute需求增加:物聯網正帶動AI走向終端裝置,因此終端裝置也必須具備一定程度的運算能力。這也必須透過行動處理器與繪圖處理器的結合,來賦予終端裝置機器學習所需的能力,達到快速運算的目的。


元宇宙應用需運算速度與峰值效能

元宇宙應用需要更高的解析度、以及更高的幀率。由於元宇宙體驗強調沉浸感,這與延遲率有著密不可分的關係。

疫後混合工作模式的興起,加速了新媒體影音串流、娛樂、遊戲、遠距辦公、線上學習、健身領域的趨勢發展,並體現在沈浸式技術的呈現上。在智慧行動市場上,電動車的快速發展帶動智慧座艙對於運算處理的需求增加,而元宇宙應用也讓可攜式穿戴裝置蓬勃發展,沉浸式的體驗或許將成為行動應用的最終型態,並持續增加使用者體驗。


在元宇宙的虛擬環境應用之下,行動繪圖處理器也必須要實現功能上的進一步提升,且需要滿足五大關鍵功能:第一是手機平台對遊戲與串流影音的高畫質、高解析的功能;第二是提供細緻的使用者介面,在支援豐富資訊的同時要保持即時與低延遲性;第三是支援更多元廣泛的多媒體格式與新一代的Vulkan API,讓開發者開拓更多數量的裝置,同時提供高能源效率;第四是提供輔助處理AI應用和機器學習運算的能力;第五則是提升對內容保護(Content Protection)技術的應用。


正由於5G普及加上元宇宙等新興議題持續發酵,也為行動運算市場帶來了全新的需求。Arm資深市場策略經理呂建英指出,這些應用首先都需要更高的解析度、以及更高的幀率。由於元宇宙體驗強調沉浸感,這與延遲率有著密不可分的關係。以VR頭盔來說,它需要更高的解析度、更高的幀率,但需要更少的頻寬、更低的延遲。這就代表運算速度及整體的系統效能必須更為強大,才能快速的處理與壓縮資料,以滿足這些需求。


圖四 : Arm資深市場策略經理呂建英
圖四 : Arm資深市場策略經理呂建英

其次是運算資源的最佳配置。由於VR需要極致的運算速度與峰值的效能,因此整個系統能否提供強大且即時的運算能力,並將資源聰明且快速的配置尤其重要。以Armv9-A CPU系列架構為例,其核心提供高擴充性,最高可支援8顆Cortex-X2 CPU 的配置,可以達到極致效能、安全性與機器學習功能,同時間還能確保最佳效率。


另外,例如Mali-G710繪圖處理器也提供了注視點渲染功能(Foveated Rendering),也就是在使用者瞳孔看到的區域解析度較高,除了能智慧的降低資源的耗用,又能確保AR/VR的使用者體驗。透過這樣的完全運算能力,特別是其互連IP Corelink CI-700與NI-700,以及資料壓縮技術,在提供運算能力的同時,能確保即時且更有效的資料傳輸。


最後還有功耗效率、電池續航力等。無論VR、AR裝置都朝向無線發展,電池續航力在元宇宙應用場景,以及提升使用者經驗上,也是極為重要的一環。行動處理器的開發必須兼顧功耗效率的有顯著提升,加上完全運算方案提供的系統優化,以及多核多叢集的設計,在體驗元宇宙動、靜態不同的情境下,能配置最佳運算資源,有效的達到省電效果,讓使用者的沉浸式體驗更持久。


異質運算

針對異質運算的趨勢發展,Arm 應用工程總監徐達勇也提到,異質運算將沒有一體適用的運算架構。由於AI無所不在,應用場域涵蓋了從智慧家庭、智慧城市、智慧醫療、智慧工廠等範圍,以裝置來說,從最小的智慧感測器到雲端,都有AI的應用。不同的裝置對AI運算效能需求與功耗限制就不同,因此很難有一體適用的架構可以滿足所有裝置的要求。


此外,特定運算需求也持續增加。不同的應用需要不同的處理器,從CPU、GPU、NPU、MicroNPU 等,這就是特定處理器或特定運算的範疇。從系統和工作負載的角度,在不同的應用場景下,必須找到最優化的架構,以及最合適的處理器配置。


至於開發人員,也需要快速移植演算法。開發人員需要很快將它們的創意演算法,快速的移植到不同的硬體上,例如透過各式開源的工具與軟體架構,來協助開發人員極大化AI的效能。


結語

在今天,人工智慧與機器學習主宰了現今的科技世界,對於未來的影響力更是指日可待。從工業界到消費者的生活周遭,在AI與ML的幫助下,整個大環境無不朝著更便利、更智慧的方向邁進。而行動處理器,更成為背後不可或缺的重要推動力,使得一切應用得以實現。


*刊頭圖(source:arm.com)


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