Samsung tuvinā SoC arhitektūru un uz-ierīces AI risinājumus

Samsung klusi pārcēlis vienu no mikroshēmu pasaules veterāniem uz savas mobilo tehnoloģiju sirds centru: Heonjae Ha, pusvadītāju arhitekts, kurš strādājis SK Hynix, Apple un Meta, tagad vada AP Tech Group Samsung MX nodaļā. Uz papīra tas izskatās kā neliela reorganizācija. Taču šī pārmaiņa var būt fundamentāla tam, kā Samsung veidos nākotnes tālruņus.

Padomājiet par to uz brīdi. Aparatūra un programmatūra bieži darbojas atsevišķos silosās. Ja silīcija (SoC) dizainerus saliek komandā kopā ar to, kas projektē ierīces, idejas nepaliek tikai teorijā — tās tiek realizētas un piegādātas lietotājiem.

Ha pievienojās Samsung 2024. gadā kā Corporate VP, lai vadītu pielāgoto intelektuālā īpašuma (IP) izstrādi, un vēlāk pārņēma SoC arhitektūras vadību. Šis jaunais amats signalizē mērķtiecīgu virzienu: Samsung vēlas, lai mākslīgais intelekts tiktu arhitektēts jau mikroshēmā, nevis pievienots kā pēctecis. Uz-ierīces mākslīgais intelekts prasa ciešu koordināciju starp procesoru arhitektu komandām un funkciju izstrādātājiem — sākot no kameras attēlu apstrādes caurulēm līdz zemas latentuma sakaru stekiem — un šī sadarbība kļūst vienkāršāka, ja abas puses darbojas vienā nodaļā.

Kāpēc tas ir nozīmīgi gala lietotājam? Jo uz-ierīces AI nav tikai demonstrācijas efekti. Tas ir par efektivitāti, privātumu un reakcijas ātrumu. Kad SoC definējošā komanda strādā plecu pie pleca ar tām komandām, kas izstrādā telefona funkcijas, optimizācijas attiecībā uz enerģijas patēriņu, termo ierobežojumiem un reālās pasaules darba slodzēm var tikt iebūvētas silīcijā jau sākotnējā dizainā, nevis mēģinātas piesiet vēlāk ar programmatūras “plāksteriem”.

Vai tas nozīmē, ka rīt Samsung izlaidīs burvju mikroshēmu? Nē. Tomēr šī lēmuma būtība ir stratēģiska. Uzņēmums pārvieto savu SoC arhitektūras kodolu tuvāk mobilā produkta grupai, lai aparatūras lēmumi tiktu pieņemti ar skaidru produktu mērķu izpratni. Sagaidiet ciešāku integrāciju starp akceleratoriem, pielāgotajām IP blokiem un programmatūras slāņiem, kas šos akceleratorus izmanto — praktisks solis uz bagātīgākām uz-ierīces iespējām.

Pieredzējis mikroshēmu arhitekts MX nodaļā — Samsung uzskata, ka nākotnes mobilā atšķirība būs silīcija un programmatūras sadarbībā.

Nozarē uzmanīgiem vērotājiem Ha pārcelšana ir atgādinājums: lai uzvarētu nākamajā mobilo ierīču era, nepietiks vien ar ātrāku centrālo procesoru. Nepieciešami procesori, kas projektēti ar konkrētām AI darba slodzēm prātā, un komandas, kas organizētas tā, lai šos dizainus pārvērstu par reālām funkcijām, ko lietotāji pamanīs. Samsung nākamās SoC prezentācijas var saturēt šīs orga­nizācijas pārmaiņu sekas — sākumā tās var būt smalkas, taču ilgtermiņā tās var izmainīt ierīci jūsu kabatā.

Lai izprastu šo stratēģiju padziļināti, noder sadalīt, kādas tehnoloģiskās sastāvdaļas un procesi tiek ietekmēti. SoC (System on Chip) mūsdienās nav tikai CPU un GPU; tajā iekļauti neironu procesoru bloki (NPU), attēlu signālu procesori (ISP), drošības moduli, mašīnmācīšanās akceleratori, dažādu interfeisu kontrolieri un enerģijas pārvaldības vienības. Kad šie bloki tiek projektēti, ņemot vērā konkrētas AI funkcijas — piemēram, reāllaika runas atpazīšanu, attēlu uzlabošanu vai privātas ģeneratīvās funkcijas — iespējas un efektivitāte ievērojami palielinās.

Konkrētas jomas, kuru ieguvumi rodas no tuvākas aparatūras un programmatūras integrācijas:

- Kamera un attēlu apstrāde: kad ISP un NPU tiek kopīgi optimizēti, reāllaika uzlabojumi (piem., trokšņu samazināšana, HDR skenēšana, portreta režīma precizitāte) var darboties ar zemāku latentumu un zemāku enerģijas patēriņu.

- Balss un dabiskās valodas apstrāde: lokāla runas atpazīšana un sintēze, kā arī teksta sapratne var darboties bez nepieciešamības sūtīt datus uz mākoņiem, uzlabojot privātumu un samazinot aviācijas latentumu.

- Reāllaika sensoru un konteksta analīze: lietotnes, kas izmanto vairākas sensora plūsmas (GPS, akselerometrs, kamera), var ātrāk reaģēt un energoefektīvāk, ja SoC arhitektūra atbalsta paralēlu akcelerāciju un efektīvu datu koplietošanu starp moduļiem.

- Drošība un privātums: drošāku enclavu un kriptogrāfijas modulu integrācija SoC līmenī ļauj lokāli apstrādāt sensitīvus datus ar mazāku noplūdes risku, kas ir svarīgi lietotāju datu aizsardzībai.

Katra no šīm jomām prasa savstarpēju pielāgošanos starp aparatūru un augstākā līmeņa programmatūru — kompileri, runtime bibliotēkām un lietotņu izstrādātāju rīkiem. Pārvietojot SoC dizainerus tuvāk mobilā biznesa komandām, Samsung īsteno strukturālu pieeju, kas ļauj pieņemt produktam orientētus kompromisus jau agrīnajā izstrādes posmā.

Tas nav tikai par aparatūras resursu pievienošanu; svarīgs aspekts ir arī programmēšanas modeļu un kompilatoru optimizācija. Piemēram, ja NPU instrukciju kopums un datu plūsmas modelis ir pielāgots konkrētām ML bibliotēkām vai modeli pārveidojošiem rīkiem, tad lietotāji redzēs augstāku izpildes ātrumu, mazāku enerģijas patēriņu un stabilāku pieredzi realitātē. Šāda veida kopdizains — hardware-software co-design — ir tas, ko nozares līderi mēdz uzsvērt, gatavojoties uz-ierīces AI laikmetam.

Praktiskie soļi, ko Samsung var veikt, iekļauj:

- Pielāgotu IP moduļu attīstība, kas atbalsta populāras ML darba slodzes (piem., konvolūcijas, transformeru tipa operācijas).

- Efektīvāka datu ceļu (data path) plānošana starp ISP, NPU un GPU, lai samazinātu pārsūtīšanas režģus un starpprocesora aizkavi.

- Termiskās pārvaldības stratēģiju un enerģijas profilu pielāgošana, izmantojot gan programmatūras, gan aparatūras mehānismus (PI vadība, dinamiskā frekvences skalēšana, tīklošanas prioritātes).

- Rīku un SDK izstrāde, kas ļauj trešo pušu izstrādātājiem vieglāk izmantot aparatūras akcelerācijas iespējas.

Šādas iniciatīvas uzlabo gan veiktspēju, gan enerģijas efektivitāti un vienlaikus nodrošina labāku drošības līmeni, jo sensitīvas operācijas var tikt izpildītas lokāli. Turklāt lokāla AI apstrāde nozīmē arī mazāku atkarību no mobilajiem datu tīkliem un mākoņpakalpojumiem, kas uzlabo darbību attālās vai ierobežotas savienojamības apstākļos.

Ir vērts pieminēt arī konkurences aspektus. Citas lielas platformas un chipmaker kompānijas jau vairākus gadus iegulda aparatūras un programmatūras konverģencē: Apple ar savu kontrolēto ekosistēmu un pielāgotajiem čipiem cenšas maksimāli integrēt HW un SW; citi spēlētāji fokusējas uz mākoņa–rica risinājumiem vai atsevišķu, specializētu akceleratoru izveidi. Samsung solis — pārvietot pieredzējušu SoC arhitektu tieši uz MX nodaļu — nozīmē vēlmi izveidot konkurētspējīgu, labi integrētu risinājumu, kas spēj ātri pārvērst arhitektūras iespējas reālās produkta funkcijās.

Tomēr ir arī izaicinājumi. Silīcija izstrāde prasa ilgtermiņa plānošanu, liela mēroga ražošanas procesu koordināciju un rūpīgu izmaksu kontroli. Pielāgotu IP izstrāde ir kapitāli intensīva, un tirgus pieprasījums pēc konkrētām AI iespējām var ātri mainīties. Tādēļ veiksmīgiem gadījumiem nepieciešama gan elastīga arhitektūra, kas var atbalstīt dažādas ML paradigmām, gan spēja nodrošināt atbalstu esošajām atvērtajām un patentētajām bibliotēkām.

Vienlaikus Samsung priekšrocības ir mājaslapā: plašas ražošanas iespējas, stingra vertikālā integrācija (no atmiņas risinājumiem līdz paku līmenim) un liela pieredze mobilajās platformās. Ja šie resursi tiek saskaņoti ar mērķtiecīgu SoC arhitektūras vadību MX nodaļā, rezultāts var būt ļoti spēcīgs kombinētais piedāvājums: uz-ierīces AI funkcijas, kas ir gan praktiskas, gan izturīgas reālās lietošanas scenārijos.

Praktisks piemērs — kameras uzlabojumi. Ja ISP, NPU un kameras programmatūras plūsma tiek izstrādāta kopā, Samsung var ieviest sarežģītākas, bet energoefektīvākas funkcijas, piemēram, adaptīvas kompresijas ar AI palīdzību, reāllaika kadra labošanas tehnoloģijas vai privātas attēlu anotēšanas metodes, kas nekad nepamet lietotāja ierīci. Šādas funkcijas uzlabo attēlu kvalitāti un privātumu, bet palielina atšķirību no konkurentiem, kuri, iespējams, paļaujas vairāk uz mākoņa apstrādi.

Vēl viena svarīga dimensija ir programmējamība un ekosistēma. Ar uz-ierīces AI arhitektūru, kas ir paredzēta gan ražotājam, gan izstrādātājiem, Samsung var piedāvāt rīkus un SDK, kas ļauj trešo pušu izstrādātājiem izmantot aparatūras akcelerāciju bez dziļas arhitektūras izpratnes. Šāda pieeja ļauj izveidot bagātāku aplikāciju vidi, kurā parādās jauni lietošanas gadījumi — no uzlabotām foto un video funkcijām līdz reāllaika tulkošanai un paplašinātajai realitātei.

Uz-ierīces AI attīstība arī ietekmē privātuma politikas un datu pārvaldības pieeju. Ja uzņēmums var demonstrēt, ka jutīgas operācijas tiek izpildītas drošā SoC enclave vai attiecīgā drošības moduļa ietvaros, tas var uzlabot lietotāja uzticēšanos un atbilstību regulatīvajām prasībām. Šis aspekts ir īpaši svarīgs tirgos ar stingriem datu aizsardzības noteikumiem.

Organizatoriski Samsung solis arī atspoguļo pieaugošu atzīšanu, ka tehnoloģiju inovācija vairs nav tikai atsevišķu komponentu uzlabošana, bet gan sistēmiska sadarbība starp aparatūru, programmatūru un produktu stratēģiju. Heonjae Ha pieredze SK Hynix, Apple un Meta dod viņam unikālu perspektīvu — viņš saprot gan atmiņas un silīcija tehnoloģiju puses, gan platformu un lietotāja pieredzes prasības. Šāda hibrīdkompetence ir noderīga, lai veidotu SoC, kas nav tikai tehniski kompetents, bet arī komerciāli pielietojams un viegli integrējams Samsung ekosistēmā.

Ko gaidīt turpmāk? Varam sagaidīt vairāk nekā tikai viena arhitekta pārcelšanos; šī kustība var nozīmēt stratēģisku virzību uz vairākām frontēm:

- Pastiprināta investīcija pielāgotās IP un ML akceleratoros.

- Saskaņots izstrādes process starp aparatūras un programmatūras komandām.

- Jaunu SDK un rīku izlaišana, kas atvieglo uz-ierīces AI izmantošanu trešo pušu attīstītājiem.

- Uzlabota termiskā un enerģijas pārvaldība, kas ļauj ilgstošāk uzturēt AI slodzēm nepieciešamo veiktspēju bez pārkaršanas.

- Fokusēta uzmanība uz privātuma nodrošināšanu un drošu datu apstrādi vietējā līmenī.

Ir svarīgi saprast, ka šāda veida izmaiņas bieži ir pakāpeniskas. Pirmie rezultāti var būt rādāmi ar maziem, taustāmiem uzlabojumiem kameras iespējās, akumulatora darbības laikā un reakcijas ātrumā. Ar laiku, kad arhitektūras izvēles nostiprinās un trešo pušu programmatūra tiek pielāgota jaunajai aparatūrai, šie uzlabojumi var transformēties par būtisku atšķirību lietotāja pieredzē.

Noslēgumā — Samsung pieeja, kurā pieredzējis mikroshēmu arhitekts tiek iedots centrālā lomā MX nodaļā, ir vairāk nekā personāla kustība. Tā ir stratēģijas manifestācija: uzņēmums gatavojas nākotnei, kurā uz-ierīces AI un SoC arhitektūra ir cieši saistītas ar produktu mērķiem. Ja tas izdosies, lietotājiem tas nozīmēs efektīvākas, privātākas un reaģējošākas mobilās ierīces — un Samsung var iegūt tehnisku priekšrocību, kas izpaužas ne tikai mikroshēmā, bet arī reālajā lietotāja pieredzē.

Turpināsim uzmanīgi vērot Samsung nākamos SoC paziņojumus un programmatūras atjauninājumus. Lai gan sākotnējās pazīmes var būt smalkas, šo organizatorisko izmaiņu nospiedumi var būt fundamentāli, veidojot ierīces, kas iepriekš šķita iespējamas tikai demonstrācijās, par ikdienas, uzticamu funkcionalitāti kabatā.