Google Tensor vs. Qualcomm Snapdragon 888: Der Kampf um den besten Chipsatz

Das Pixel 6 und das Pixel 6 Pro sind die ersten beiden Geräte, die mit Googles benutzerdefiniertem Tensor-Siliziumchip anstelle des Mainstream- Snapdragon 888 ausgestattet sind . Auf der Pixel 6-Startveranstaltung widmete Google die meisten seiner Bemühungen, das neue Tensor-System-on-a-Chip (SoC) zu beschreiben. Google nannte es den leistungsstärksten mobilen Chipsatz und sagte, es habe sein Wissen über maschinelles Lernen (ML) angewendet, um mit dem neuen Chipsatz Onboard-KI-Funktionen auf ein Smartphone zu bringen. Die Behauptung soll schließlich auf die Probe gestellt werden, wenn die Rezensenten sie mit dem Premium-Tier-Chipsatz von Qualcomm – dem Snapdragon 888 und Snapdragon 888 Plus – und dem neuesten A15 Bionic-Chip von Apple vergleichen.

Mit dem Pixel 6 könnte Google endlich bereit sein, es mit Apple aufzunehmen, und eine wichtige Waffe in diesem Kampf wird sein benutzerdefiniertes Tensor-System-on-Chip sein. Aber bevor es den großen Hund herausfordern kann, müssen wir zuerst sehen, wie der Google Tensor im Vergleich zum Qualcomm Snapdragon 888 abschneidet.

Warum Tensor überhaupt?

Das Google Pixel 6 war nie ein gut gehütetes Geheimnis. Vor dem Start gab es viele überzeugende Leaks und offizielle Zertifizierungen, die wichtige Details zu den kommenden Smartphones enthüllten. Google kündigte den Tensor-Chip sogar über zwei Monate vor dem Start offiziell an und neckte später das Design von Pixel 6 und Pixel 6 Pro in seinem Offline-Store in New York City. Daher nutzte Google stattdessen die meiste Zeit bei der Auftaktveranstaltung, um über die Tensoren Tensoren zu sprechen.

Das Pixel – wie der Name schon sagt – hat sich nicht nur der Verbesserung der Fotografie auf Smartphones in der Produktpalette verschrieben, sondern auch der Öffnung von APIs für andere Hersteller, um sie für eine bessere Fotografie auf ihren Geräten zu verwenden. Während sich die gesamte Smartphone-Industrie bei ihrer Flaggschiff-Smartphone-Kamera auf größere Kamerasensoren und eine höhere Megapixel-Anzahl verlässt, hat Google immer betont, dass seine computergestützten Fotoalgorithmen die Fortschritte in Bezug auf die Kamerahardware in der Geschichte der Pixel-Familie übertreffen können.

Aber trotz der fortschrittlichen Softwarefunktionen führte Googles Zögern, die Kamerasensoren seiner Flaggschiff-Geräte zu aktualisieren, zu einem schnellen Rückgang des Interesses an den Pixel-Telefonen. Der Technologieriese unternimmt endlich bewusste Anstrengungen, um diesem Problem zu begegnen, indem er sich für eine stark verbesserte Kamerahardware entscheidet, um seine herausragende Kamerasoftware zu ergänzen. Nichtsdestotrotz wären all diese Bemühungen nicht so effektiv wie mit dem benutzerdefinierten Chipsatz von Google, der es ermöglicht, die Leistungseffizienz der neuen Pixel-Telefone zu maximieren.

Eintauchen in die Hardware

Das Google Silicon-Team skizzierte Leckerbissen des neuen Tensor-SoCs, einschließlich seines Designs, der Anzahl der Kerne und der dedizierten Sicherheitsfunktionen. Dies bestätigt weiterhin viele der Lecks und Spekulationen, die wir über den Tensor-Chip kennen, der zuvor mit seinem Codenamen „Whitechapel“ angesprochen wurde. In den folgenden Absätzen werden seine Einzelheiten erörtert.

Tri-Cluster, 8-Core-CPU mit einer Kante

Wie die meisten anderen Chiphersteller hat Google IP von ARM lizenziert, um ein benutzerdefiniertes mobiles Silizium zu entwickeln. Der Google Tensor ist mit einer Achtkern-CPU ausgestattet, die aus zwei ARM-Cortex-X1-Kernen, zwei Cortex-A76-Kernen und vier Cortex-A55-Kernen besteht, die auf einem 5-nm-Design basieren, teilte das Unternehmen ArsTechnica mit .

Anhand dieser Informationen können wir sehen, warum dem Google Tensor ein Vorteil gegenüber anderen Chipsätzen der Konkurrenz wie Samsungs Exynos 2100 und dem Snapdragon 888 oder Snapdragon 888 Plus angepriesen wird. Die beiden anderen Chipsätze verfügen ebenfalls wie Tensor über ein Tri-Cluster-Design, kommen jedoch mit einem einzigen ARM-Cortex-X1-Kern zusammen mit drei Cortex-A78-Kernen und vier Cortex-A55-Kernen.

Hier ist ein kurzer Vergleich der CPU-Kernkonfiguration und der Taktraten für verschiedene Kerne auf den Chipsätzen Google Tensor, Snapdragon 888, Snapdragon 888 Plus und Exynos 2100:

Tensor priorisiert Effizienz

Phil Carmack, VP bei Google und General Manager von Google Silicon, sagte gegenüber ArsTechnica die Gründe des Unternehmens für die Wahl von zwei Cortex-X1-Kernen von ARM anstelle von nur einem. Laut Carmack kann die CPU die Last auch bei mittelschweren Aufgaben zwischen den beiden Cortex-X1-Kernen aufteilen, was zu einer effizienteren Leistung beiträgt.

Carmack veranschaulicht einen Anwendungsfall, indem er ein Kamerabeispiel teilt. Von der Aufnahme bis zum Rendering und von der Google Lens-Erkennung bis zur Machine-Learning-Funktion werden mehrere Aufgaben gleichzeitig ausgeführt, wenn die Kamera verwendet wird. Daher sind mehrere Komponenten des SoC erforderlich, um harmonisch zusammenzuarbeiten. Neben der Kamera-Hardware vereinen CPU, GPU, ISP (Image Signal Processor) und die ML-Verarbeitungseinheit alle ihre Kräfte, um zu einem verzögerungsfreien Kameraerlebnis beizutragen.

Wenn Google auf dem Tensor bei einem einzigen leistungsstarken Cortex-X1-Kern bleiben würde – wie es bei seinen Gegenstücken Snapdragon und Exynos der Fall ist – würde diese Arbeitslast auf die „mittleren“ Cortex-A76-Kerne zurückgreifen, die mit voller Kapazität laufen, aber immer noch hinken. Im Gegensatz dazu können zwei Cortex-X1-Kerne dieselbe Arbeitslast mit höherer Effizienz und geringerem Stromverbrauch ausführen als die mittleren Kerne. Eine höhere Energieeffizienz bei der Ausführung von Aufgaben führt zu einer geringeren Wärmeentwicklung und einer besseren Batteriesicherung.

Insbesondere das Pixel 5 oder das Pixel 4a 5G, die den Snapdragon 765G-Chipsatz verwendeten, waren von starken Erwärmungsproblemen geplagt, insbesondere bei der Verwendung der Kamera. Eine benutzerdefinierte CPU-Architektur sollte daher – theoretisch – es dem Pixel 6 und dem Pixel 6 Pro ermöglichen, Ressourcen optimaler zuzuweisen.

Auf der einen Seite, während Google sich für zwei Cortex-X1-Kerne anstelle von einem entscheidet, ist es ein wenig schockierend zu sehen, dass Tensor mindestens drei Generationen alte mittlere Kerne verwendet. Der Snapdragon 888 und der Exynos 2100 verwenden mittlere Kerne auf Basis von Cortex-A78, was relativ effizienter ist als der auf Tensor eingesetzte Cortex-A76. Google hat sich leider nicht die Mühe gemacht, dafür eine fundierte Begründung zu liefern.

Darüber hinaus verfügt der Google Tensor für Vorgänge mit geringer Intensität wie die Wartung des Always-On-Displays (AOD) und Now Playing über einen speziellen Context Hub. Wieder einmal ist eine dedizierte Einheit für Aufgaben mit geringem Stromverbrauch ein Schritt in Richtung mehr Energieeffizienz.

Google Tensor SoC verwendet eine 20-Kern-GPU und ein Samsung 5G-Modem

Neben dem optimierten CPU-Design wurde früher berichtet, dass Google Tensor eine Mali-G78-GPU enthält – die gleiche wie der Exynos 2100 . Laut Google handelt es sich hierbei um einen 20-Kern-Grafikprozessor, der speziell für erstklassige Spieleleistung entwickelt wurde. Es wird auch behauptet, dass die GPU eine 370% bessere Leistung als die des Pixel 5 hat. Die reale Leistung wird erst bekannt, wenn wir die Geräte haben, um Grafikbenchmarks auszuführen und Spiele darauf zu testen.

Der Google Tensor wird sich in den meisten Märkten wahrscheinlich auf Samsungs Exynos 5123-Modem für seine 5G-Fähigkeiten verlassen, anstatt sich für ein Qualcomm-Modem zu entscheiden. Hinweise auf die Existenz eines Samsung-Modems auf dem Google Pixel 6 und dem Pixel 6 Pro wurden zuerst in Android 12 Beta von XDA entdeckt und später in einem Bericht von Reuters bestätigt .

Das Exynos-Modem unterstützt sowohl Sub-6GHz- als auch mmWave-5G-Frequenzen . Jüngste Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass nur bestimmte trägergebundene Varianten des Pixel 6 beide Arten von 5G-Signalen unterstützen, während die entsperrten Modelle nur Sub-6GHz 5G unterstützen. Dies bedeutet, dass nicht alle Pixel 6-Modelle gleich erstellt werden, aber Erika Rawes von Digital Trends sagt, dass es wirklich egal ist .

Das entsperrte Google Pixel 6 unterstützt also NICHT mmWave 5G. Es ist nur unter 6 GHz. Das Verizon-Modell (bei AT&T und T-Mo noch nicht sicher) enthält mmWave im Pixel 6, weshalb es 100 US-Dollar mehr kostet als das freigeschaltete Modell. #GooglePixel6Pro #GooglePixel

– Z (@ericmzeman) 19. Oktober 2021

Google Tensor legt großen Wert auf Sicherheit

Der Google Tensor-Chipsatz verfügt über die zweite Generation seines dedizierten Sicherheitschips – den Titan M2. Der Titan M2 ist der Nachfolger des Titan-Sicherheitschips der ersten Generation, der seit dem Google Pixel 3 auf den Premium-Pixel-Smartphones vorhanden ist. Laut Google soll der neue Sicherheitschip sensible Daten wie Passwörter und PINs vor Online-Verstößen schützen sowie physische Angriffstechniken wie „elektromagnetische Analyse, Spannungsstörungen und sogar Laserfehlerinjektion“.

Neben dem Titan M2-Chip werden die Pixel-6-Smartphones auch über einen Tensor Security Core verfügen – ein CPU-basiertes Subsystem, das speziell dafür entwickelt wurde, sensible Aufgaben isoliert auszuführen, damit andere Apps auf diese Daten zugreifen können.

KI ist der Hauptzweck von Tensor

Trotz Behauptungen über seine Leistung hat Google kein kundenspezifisches Silizium gebaut, um eine höhere Energieeffizienz als Qualcomm oder andere Konkurrenten zu bieten. Der Hauptgrund, wie Google unmissverständlich mitteilte, besteht darin, eine stabile und sichere Plattform bereitzustellen, um Aufgaben der künstlichen Intelligenz (KI) und des maschinellen Lernens (ML) auf dem Smartphone selbst auszuführen, ohne auf eine Cloud-Infrastruktur angewiesen zu sein. Tatsächlich hat der Chipsatz seinen Namen von Googles Tensor Processing Units oder KI-beschleunigten Prozessoren, die in seinen Rechenzentren verwendet werden.

Im Nachhinein könnte Google Hinweise auf einen benutzerdefinierten SoC fallen lassen, indem dedizierte KI-zentrierte Chips eingeführt werden, darunter der Pixel Visual Core und der Pixel Neural Core.

Neben der optimierten CPU verfügt der Google Tensor SoC auch über eine dedizierte TPU – allgemein als NPU oder neuronale Verarbeitungseinheit bekannt – um KI-basierte Anwendungen auf dem Pixel 6 und dem Pixel 6 Pro auszuführen. Aufgrund seiner Beschaffenheit und der Erfahrung von Google mit maschinellem Lernen ist der Tensor darauf ausgelegt, maschinelle Lernmodelle auf den Geräten selbst auszuführen.

Diese fortschrittliche Architektur ermöglicht es Tensor, komplexe Aufgaben wie die automatische Spracherkennung (ASR) auszuführen, die jede andere Sprache in Apps wie Messages, WhatsApp und Recorder oder sogar Tools wie Live Caption aktiv in die Standardsprache Ihres Telefons übersetzt. Darüber hinaus ermöglicht die verbesserte Spracherkennung Tensor auch, Pausen und Satzzeichen in der Sprache genauer zu interpretieren und nur halb so viel Strom zu verbrauchen wie frühere Pixel-Telefone.

Neben einer besseren Sprachverarbeitung bringt der Tensor deutliche Verbesserungen in der Fotografie. Zunächst einmal ermöglicht der Chipsatz jetzt neben der Fotografie auch die computergestützte Videografie mit Googles HDRNet. Dieser maschinelle Lernalgorithmus stellt sicher, dass das Pixel 6 und das Pixel 6 Pro die lebendigsten und genauesten Farben in jedem Bild erfassen. Tensor ermöglicht auch Funktionen wie Face Unblur – zum Korrigieren von verschwommenen Gesichtern in bewegten Fotos, Magic Eraser – zum Patchen unerwünschter Objekte aus Bildern und eine bessere Wahrnehmung von Hauttönen für farbige Personen.

Warum ist Tensor für Pixel unerlässlich?

Wie Google während der gesamten Pixel 6-Startveranstaltung unermüdlich wiederholt, garantiert Tensor, dass die neuesten Fortschritte von Google in der KI direkt auf seinen neuesten und kommenden Mobiltelefonen bereitgestellt werden können. Dies wäre mit einem generischen SoC wie dem Snapdragon 888 schwierig zu erreichen, insbesondere bei eingeschränkter Kontrolle über den Chipsatz-Designprozess von Qualcomm.

Ein weiterer Grund, warum Google sich für einen benutzerdefinierten SoC mit zwei ARM-Cortex-X1-Kernen anstelle von nur einem entschieden hat, ist, mehr Energieeffizienz und weniger wärmebedingte Verluste zu gewährleisten. Im Gegensatz zu früheren Google-Smartphones wie dem Pixel 5 erwärmen sich die neuen Pixel 6-Smartphones weniger wahrscheinlich bei Routineaufgaben wie der Aufnahme von 4K-Videos. Der Snapdragon 888 und der Exynos 2100 wurden auch für ein schlechtes Wärmemanagement kritisiert, um die anfänglich höhere Leistung zu kompensieren. Größere Wärmemengen über einen längeren Zeitraum können jedoch zu Drosselung führen und schließlich die Leistung reduzieren, wodurch das Hauptziel der höheren Leistung verwirkt wird.

Ein letzter Grund für die Entscheidung von Google für ein benutzerdefiniertes SoC ist, die Aufmerksamkeit der Welt auf seine Bemühungen zu lenken, seine verlorene Dominanz in der Smartphone-Welt zurückzuerobern. Die größten Smartphone-Marken wie Samsung, Apple und Huawei stellen bereits ihre eigenen benutzerdefinierten Chipsätze her, während OPPO Berichten zufolge auch an seinem benutzerdefinierten Chipsatz gearbeitet hat. All dies macht es für Google unerlässlich, die Extrameile zu gehen und seine Kompetenz unter Beweis zu stellen, um in der Smartphone-Branche relevant zu bleiben.