กระแสผู้ผลิตสมาร์ทโฟนหันมาพัฒนาชิปของตัวเองกำลังมาแรงมากในยุคนี้ แม้ว่าในบรรดาผู้ผลิตสมาร์ทโฟนที่ใช้ระบบปฏิบัติการ Android บางรายได้มีการพัฒนาชิปเพื่อใช้งานในสมาร์ทโฟนของตัวเองมาอย่างยาวนานอยู่แล้ว อย่างเช่น Samsung ที่มีชิป Exynos กับ Huawei ที่มีชิป Kirin เป็นของตัวเอง แต่ก็ยังมีผู้ผลิตสมาร์ทโฟนอีกจำนวนมากที่ใช้บริการชิปจากบริษัทยักษ์ใหญ่อย่าง Qualcomm หรือ MediaTek แม้แต่ในฝั่งเจ้าของ Android เองอย่าง Google ที่ผลิตสมาร์ทโฟนภายใต้แบรนด์ตัวเองอย่าง Nexus กับ Pixel ก็ยังพึ่งพาชิปจาก Qualcomm มาโดยตลอดเช่นกัน และมีอยู่บางครั้งที่หันไปใช้ชิปจาก Nvidia กับ Intel ในอุปกรณ์อื่น ๆ อย่างพวกแท็บเล็ตหรือ Chromebook ด้วย
หลายปีก่อนหน้านี้มีข่าวลือว่า Google ได้ดึงตัววิศวกรจากบริษัทต่าง ๆ เข้ามาในบริษัทเพื่อพัฒนาชิปประมวลผลเป็นของตัวเอง และเราได้เห็น Google ทำชิปประมวลผลภาพอย่าง Pixel Visual Core ชิปประมวลผล Machine Learning อย่าง Pixel Neural Core หรือชิปสำหรับทำหน้าที่รักษาความปลอดภัยอย่าง Titan™ M แต่ก็ยังพึ่งพาชิปประมวลผลหลักจาก Qualcomm อยู่ ยิ่งไปกว่านั้นคือตอนเปิดตัว Pixel 5 ทาง Google ได้เปลี่ยนใจหันไปใช้ชิประดับกลางอย่าง Snapdragon™ 765G แทนชิประดับเรือธง ซึ่งเจ้าชิป Pixel Neural Core ที่เปิดตัวครั้งแรกใน Pixel 4 ก็กลับไปไม่ได้ไปต่อซะอย่างนั้น หลังจากที่ Google Pixel ลุ่ม ๆ ดอน ๆ เรื่องชิปประมวลผลที่เอาแน่เอานอนไม่ได้อยู่พักใหญ่ ในที่สุด Google ก็ได้ฤกษ์เปิดตัว Google Tensor ชิปประมวลผลที่จะนำมาใช้ในสมาร์ทโฟนรุ่นใหม่ล่าสุดของแบรนด์ตัวเองอย่าง Google Pixel 6 และ Google Pixel 6 Pro นั่นเอง ซึ่ง Google Tensor จะมีอะไรดีนั้น ทางทีมงาน Google Silicon ได้พาเว็บไซต์ Ars Technica ไปสำรวจเจ้าชิป Google Tensor อย่างละเอียดทุกซอกทุกมุมกันเลยทีเดียว จะมีรายละเอียดอย่างไรบ้างนั้นมาติดตามกันต่อได้เลยครับ
Google Silicon คือใคร?
Google Silicon คือกลุ่มที่ทำหน้าที่พัฒนาชิปสำหรับสมาร์ทโฟนของ Google เป็นทีมเดียวกับทีมที่พัฒนาชิป Titan M Security Chip บน Pixel 3 และ Pixel Visual Core บน Pixel 2 และ 3 ด้วย โดยพวกเขาออกแบบชิปสำหรับสมาร์ทโฟนมาประมาณ 3-4 ปีแล้ว ซึ่งแยกกับทีมงานที่ทำชิปคำนวณ Machine Learning ระดับเวิร์คสเตชั่นของ Google
Phil Carmack รองประธานและผู้จัดการทั่วไปของ Google Silicon และ Monika Gupta ผู้ดำรงตำแหน่ง Senior Director จะมาบอกเล่าเรื่องราวเกี่ยวกับ Google Tensor ให้พวกเราได้ฟัง (อ่าน) กัน
ผู้ผลิตชิปส่วนใหญ่จะเลือกพิมพ์เขียวการออกแบบชิปมาจาก ARM ซึ่งทาง ARM ก็จะมีไกด์ไลน์การออกแบบชิปโดยมีแผนผังจาก ARM เป็นแกนกลางมาให้ด้วย ซึ่งนอกจาก Apple แล้วบริษัทอื่น ๆ ส่วนใหญ่จะพัฒนาชิปของตัวเองที่มีการเปลี่ยนแปลงจากไกด์ไลน์ของ ARM น้อยมาก ๆ โดยจะมีคอร์ใหญ่เป็น Cortex-X1 1 คอร์ คอร์กลางเป็น A78 3 คอร์ และคอร์ประหยัดพลังงานเป็น A55 4 คอร์ เมื่อมาดูทางฝั่งของ Google Tensor ที่ยังคงเลือกใช้ A55 4 คอร์เป็นคอร์เล็กเหมือนกัน แต่ในส่วนของคอร์ใหญ่นั้นเลือกใช้ Cortex-X1 จำนวน 2 คอร์ที่ความถี่ 2.8 GHz และเลือก A76 2 คอร์ที่ 2.25 GHz เป็นคอร์กลาง (สำหรับ A76 นั้นถูกใช้เป็นคอร์ใหญ่ในชิปเซ็ตหลาย ๆ รุ่นของปีที่แล้ว)
ARM ได้กล่าวไว้ในตอนที่เปิดตัวการออกแบบคอร์ A78 ว่าการใช้สถาปัตยกรรมการผลิตที่ 5 นาโนเมตรทำให้ประสิทธิภาพคงตัวขึ้น 20% ในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิเดียวกันเมื่อเทียบกับ A76 ที่ผลิตด้วยสถาปัตยกรรมขนาด 7 นาโนเมตร แต่ทาง Google เลือกใช้ A76 ที่ออกแบบบนสถาปัตยกรรมขนาด 5 นาโนเมตร ซึ่งตามคำอธิบายของ ARM นั้นบอกว่า A76 ที่ Google เลือกใช้จะสร้างความร้อนน้อยกว่า A78
คำถามแรกสำหรับทีม Google Silicon ก็คือทำไมคุณถึงเลือกออกแบบชิปด้วยโครงสร้างแบบนี้?
คุณ Carmack อธิบายว่าการเลือกใช้ Cortex-X1 จำนวน 2 คอร์จะทำให้ได้ประสิทธิภาพดีที่สุดเมื่อมีภาระงาน (Workload) ในระดับกลาง “เราทุ่มเทกับการออกแบบโดยคำนึงว่าเมื่อชิปเซ็ตทำงานจะต้องจัดการงานอย่างไร จะจัดการพลังงานอย่างไร และตัวประมวลผลจะมีพฤติกรรมอย่างไรในช่วงเวลาต่าง ๆ” Carmack กล่าว “เมื่อมีภาระงานขนาดใหญ่เข้ามา ระบบ Android จะทุ่มพลังทั้งหมดลงไปเพื่อประมวลผลให้เสร็จเร็วที่สุด เพื่อให้ผู้ใช้สัมผัสถึงความลื่นไหลในการใช้งาน”
ในส่วนนี้หมายถึง “Rush to sleep” ซึ่งเป็นพฤติกรรมของชิปเซ็ตมือถือเมื่อมีกิจกรรมบางอย่างที่ต้องใช้การประมวลผลเกิดขึ้น ระบบจะทุ่มเทพลังการประมวลผลทั้งหมดลงไปเพื่อเร่งประมวลผลให้เสร็จเร็วที่สุด เพื่อที่จะรีบกลับสู่สถานะประหยัดพลังงานอีกครั้งให้เร็วที่สุด ซึ่งการทำงานระดับที่ไม่หนักมากนี้ การมี Cortex-X1 2 คอร์มาช่วยในการประมวลผลนั้นช่วยในเรื่องการจัดการพลังงานได้เป็นอย่างมาก
ตัวอย่างที่ดีที่สุดคือเมื่อบันทึกวิดีโอด้วย Google Pixel 5 และ Pixel 5a ที่ความละเอียด 4K ไปแค่ 3 นาที กล้องก็หยุดทำงานเนื่องจากเกิดความร้อน แต่กับ Google Pixel 6 นั้นบันทึกวีดีโอที่ความละเอียด 4K 60 FPS ไป 20 นาทีก็ยังไม่มีปัญหาแต่อย่างใด (Ars Technica กล่าวว่าหลังจากผ่านไป 20 นาทีเขาก็เบื่อเกินกว่าที่จะมานั่งทดสอบต่อ)
ซึ่งการใช้งานกล้องนับว่าเป็นอะไรที่น่าสนใจมาก เพราะการเปิดกล้องขึ้นมานั้นจะมีเหตุการณ์หลาย ๆ อย่างเกิดขึ้นพร้อมกัน ทั้งการประมวลผลเพื่อแสดงรูปภาพจากกล้อง การประมวลผลเพื่อเรนเดอร์ภาพ การประมวลผล AI เป็นต้น ซึ่งต้องอาศัยการทำงานร่วมกันทั้ง CPU, GPU, ISP และหน่วยประมวลผล Machine Learning (ML) ด้วย
ตรงนี้เลยนำมาสู่คำถามที่ว่า Google มองว่าการเลือกใช้คอร์ใหญ่เพียงคอร์เดียวไม่ใช่ทางเลือกที่ดี?
คุณ Carmack ตอบว่าเรื่องนี้ขึ้นอยู่กับว่าคุณต้องการทำอะไร การมีคอร์ใหญ่คอร์เดียวที่ความเร็วสูงได้เปรียบเรื่องการประมวลผล Single-tasking แต่การใช้ 2 คอร์ที่ลดความเร็วลงของ Google ได้เปรียบเรื่อง Multi-tasking อย่างไรก็ตาม คุณ Carmack ย้ำว่าคำตอบนี้อาจจะเปลี่ยนไปเมื่อเทคโนโลยีรุ่นใหม่ที่ประสิทธิภาพสูงขึ้นเข้ามาแทนที่ แต่สำหรับ Cortex-X1 แล้ว การออกแบบที่ Google เลือกใช้เป็นทางเลือกที่ดีกว่า
อย่างที่ทราบกันดีว่าถ้ามองที่ตัวเลข Benchmark ความแรงต่าง ๆ ของชิป Tensor ไม่ได้ออกมาดีเลิศ เพราะสาเหตุที่ Google เลือกทำชิปเองมันมีอะไรมากกว่านั้น สิ่งนั้นก็คือความสามารถในการประมวลผล AI ครับ
คุณ Gupta กล่าวว่า “Google ได้นำ AI ใส่ลงไปในทุกสิ่งทุกอย่างที่ Google ทำ แม้แต่โรงอาหารของ Google เองยังใช้ AI ช่วยในการวิเคราะห์ความต้องการและพฤติกรรมการใช้งานของพนักงานเพื่อออกแบบเมนูอาหารเลย ฉันก็อยากนำตัวเลขต่าง ๆ มาโชว์ให้ดูว่าความสามารถในการประมวลผล AI ของ Google Tensor นั้นทรงพลังขนาดไหน แต่ Google ไม่ได้สนใจที่จะมาพูดถึงอะไรเหล่านั้น”
“ฉันคิดว่าเรายังไม่มีวิธีดี ๆ ที่จะเปรียบเทียบประสิทธิภาพของ AI ในปัจจุบัน เพราะเครื่องมือ Benchmark ในปัจจุบันค่อนข้างล้าสมัย” Carmack กล่าว
Google Tensor ชื่อนี้มีที่มา
อีกหนึ่งอย่างที่น่าสนใจคือการตั้งชื่อของ Google ที่เรียกชิปเซ็ตทั้งชิปว่า Tensor ไม่ใช่แค่ตัวประมวลผล AI เพียงอย่างเดียว ซึ่ง Google ใช้ชื่อนี้กับ TensorFlow ไลบราลี่ Machine Learning ที่ทาง Google พัฒนา และ Tensor Processing Units (TPU) จาก Google Cloud หรือพูดง่าย ๆ ก็คือชิปเซ็ต Google Tensor ทั้งตัวนั้นมีความเกี่ยวข้องกับการประมวลผล AI ทั้งหมด ไม่ใช่แค่ส่วนใดส่วนนึ่ง
ซึ่งชิป Tensor นี้จะนำความสามารถใหม่ ๆ มาให้ผู้ใช้งาน ซึ่งเกิดจากการออกแบบทั้งด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ให้ใช้ AI ของ Google ซึ่งทาง Google ได้บอกว่าหากนำโมเดล ML ของ Pixel 6 ไปใช้งานบนอุปกรณ์รุ่นเก่าจะทำงานได้ช้าและไม่มีประสิทธิภาพเพียงพอ
สำหรับความสามารถใหม่ ๆ ที่กล่าวถึงนั้น เมื่อย้อนกลับไปดู Google Pixel รุ่นก่อนหน้าซึ่งเป็นมือถือที่มีกล้องคุณภาพดีมาก ๆ ถึงแม้ว่าใช้เซนเซอร์รับภาพรุ่นเก่าก็ตาม ซึ่งเป็นผลมาจากอัลกอริทึม HDR+ ของ Google ที่ถ่ายรูปจำนวณ 10 รูปแล้วนำมารวมกันเป็นภาพเดียว แต่สำหรับวิดีโอกลับกลายเป็นจุดด้อยจากเซนเซอร์รับภาพรุ่นเก่า เพราะไม่สามารถนำอัลกอริทึม HDR+ ใส่ลงไปได้
สำหรับ Pixel 6 สามารถรันอัลกอริทึม HDR ของ Google ลงในเฟรมวิดีโอ 4K@60fps ได้ในทุก ๆ เฟรม ซึ่งตรงนี้ต้องขอบคุณชิป Tensor
อีกหนึ่งส่วนที่ Google Tensor และ AI เข้าไปมีผลคือระบบ Voice Recognition ที่สามารถเปลี่ยนเสียงเป็นตัวอักษรพร้อมใส่เครื่องหมายวรรคตอนให้อัตโนมัติตามใจความในประโยค พร้อมกับพยายามแก้การสะกดคำให้อัตโนมัติโดยดูจากรายชื่อของผู้ติดต่อในเครื่องอีกด้วย เนื่องจาก Google Tensor ทำให้สามารถรันโมเดล Voice Recognition ได้อย่างมีประสิทธิภาพในแบบที่ไม่เคยทำได้มาก่อน และการดีไซน์ที่คำนึงถึงการใช้พลังงานและอุณหภูมิ ทำให้ Google สามารถเพิ่มความซับซ้อนของเทคโนโลยีลงไปได้เป็นจำนวนมากเพื่อให้ได้ฟีเจอร์ที่มีความฉลาดล้ำ และที่สำคัญก็คือทุกอย่างทำงานแบบออฟไลน์บนตัวเครื่อง ซึ่งหมายความว่าทุกอย่างในเครื่องที่มีไอคอนไมโครโฟนสามารถใช้งานระบบนี้ได้หมด ไม่ว่าจะเป็น Google Assistant, Gboard หรือ Google Translate ซึ่งสามารถทำ Live Translation ได้ด้วย และการตรวจจับ Hotword ของ Google Assistant เองก็จะทำงานได้ดีขึ้นด้วย
ที่มา: The “Google Silicon” team gives us a tour of the Pixel 6’s Tensor SoC
Pixel Society
ผู้ก่อตั้งเพจ Pixel Society ชื่นชอบในระบบปฏิบัติการ Android และแอปพลิเคชันของ Google มากที่สุด
