CPU、GPU、NPU、TPU、SOC,哪种芯片的技术门槛最高?

CPU、GPU、NPU、TPU、SOC,哪种芯片的技术门槛最高?

不久前的荣耀Mate10发布了,会上有一个比较吓人的技术说法“GPU Turbo技术首批升级 SOC能耗降低30%更省电”!从这条信息上可以看出手机有几个主要的芯片“SOC、CPU、GPU……”,那么到底哪种芯片的技术门槛最高呢?咱们就来聊聊,手机芯片最高的技术门槛。

CPU、GPU、NPU、TPU、SOC,哪种芯片的技术门槛最高?

一、SoC

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人们买手机都要先看是什么处理器,从专业的角度讲手机处理器还不算处理器,只能称之SoC系统芯片(英语:System on Chip),PC方面来看是一个将电脑或其他电子系统集成到单一芯片的集成电路。手机SoC,同样为系统级芯片,是将CPU、GPU、RAM、通信基带、GPS模块等等整合在一起的系统化解决方案。如MTK的SoC、高通的SoC等等。

CPU、GPU、NPU、TPU、SOC,哪种芯片的技术门槛最高?

一颗处理器(Soc)的诞生是一个相当复杂的过程,难以用简单的话语表述出来,总结了几个重点步骤:

1、硅的提纯与熔炼,制成硅锭

2、硅锭切割,形成晶圆(wafer),渗入其他元素并进行氧化

3、上光阻剂,通过掩膜(mask)进行光刻

4、清除溶解的光阻剂并用化学试剂溶解曝光部分的晶圆,再清除掩膜区域的光阻剂

5、重复步骤3、4,形成多层立体的晶体管雏形

6、注入离子束,完成掺杂,形成P井或N井

7、表面覆盖绝缘层,留出需要通电的开孔,进行电镀铜用以填充开孔(完成晶体管的制造)

8、在晶体管之间用复合金属层进行连接,形成复杂的立体电路

9、功能性测试

10、晶圆切片,形成单个内核

11、内核封装,为内核提供电气与机械界面

12、性能测试,并进行等级分类,定义ID 无论手机还是PC,SoC都是起到一个系统集成的作用。

二、CPU

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CPU:中央处理器 (英语:Central Processing Unit),是计算机、手机的主要设备之一,功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。手机的CPU更准确的叫法是微处理器,微处理器通过运行存储器内的软件及调用存储器内的数据库,达到控制手机目的。

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比较知名的厂家包括德州仪器、Intel、高通、三星、华为等等,手机CPU的制作涉及到FinFET、EUV等技术,其主要是为了完善制程工艺所需的必备技术,制程工艺的优化程度对一款处理器也是相当的重要,因为它会影响到处理器的性能以及散热效率、功耗。

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手机处理器与电脑处理器不一样,因为手机本身就很小,放置CPU的位置也是比较小的,在固定大小的位置上,如果蚀刻尺寸的越小,那么拥有的计算单元也就会越多,从而性能就会越强,所以现在许多厂商在制程工艺上大力研发,只为让CPU拥有更好的性能。所以工艺上10nm甚至更小的7nm的手机CPU才更出现。

三、GPU

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图形处理器(英语:graphics processing unit,缩写:GPU),又称显示核心、视觉处理器、显示芯片或绘图芯片,是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备(如平板电脑、智能手机等)上运行绘图运算工作的微处理器。

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玩游戏所需要的多边形生产、像素渲染都是靠他完成的,所以要想游戏打得好,GPU也要选好的。当下全球流行的手机GPU分别有Imagination的powerVR、高通的Adreno、ARM的Mali,华为所采用的GPUTurbo也是ARM的Mali系列的优化版。

四、NPU

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嵌入式神经网络处理器(英文:Neural network Processing Unit)采用“数据驱动并行计算”的架构,特别擅长处理视频、图像类的海量多媒体数据。

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华为旗下自主研发的麒麟970处理器是全球第一款将NPU嵌入SoC的AI处理器,而NPU的的优点就是对于图像、视频类的文件处理速度较快,从而在手机上实现对于场景和图片的快速识别。从技术角度看,NPU更类似于模仿生物神经网络与构建,谷歌前些日子火了一把的猜画小歌,主要运用的就是它了。

五、TPU

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张量处理器(英语:tensor processing unit,缩写:TPU)是Google为机器学习定制的专用芯片(ASIC),专为Google的深度学习框架TensorFlow而设计。 与图形处理器(GPU)相比,TPU采用低精度(8位)计算,以降低每步操作使用的晶体管数量。降低精度对于深度学习的准确度影响很小,但却可以大幅降低功耗、加快运算速度。同时,TPU使用了脉动阵列的设计,用来优化矩阵乘法与卷积运算,减少I/O操作。此外,TPU还采用了更大的片上内存,以此减少对DRAM的访问,从而更大程度地提升性能。

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Google在2016年的Google I/O年会上首次公布了TPU。不过在此之前TPU已在Google内部的一些项目中使用了一年多,如Google街景服务、RankBrain以及其旗下DeepMind公司的围棋软件AlphaGo等都用到了TPU。而在2017年的Google I/O年会上,Google又公布了第二代TPU,并将其部署在Google云平台之上。第二代TPU的浮点运算能力高达每秒180万亿次。

此外手机上还有下面这些不同命名的PU:

DPU全称:Deep learning Processing Unit, 即深度学习处理器;

BPU全称:Brain Processing Unit, 即大脑处理器。

由于SoC=CPU+GPU+NPU的组合,TPU和手机又有一定的区别,所以笔者将技术难度暂定为:SOC≥CPU≥GPU、NPU;TPU另行计算,

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