随着搭载骁龙 845 的小米、OPPO 纷纷推出新机,在 AI 芯片方面,华为、苹果、高通三位主要玩家的代表作都已经出现了。在本系列上一篇文章中,很多读者都很好奇:同样都是移动 AI 芯片,麒麟 970、苹果 A11 和骁龙 845 之间的不同点究竟在哪?


从硬件角度来看,三者最大的区别在于对 AI 运算的实现方式上。我们知道,AI 计算与以往手机上常见计算任务的区别,就在于实现机器学习、深度学习的推理需要在长时间内保持高速、大量的计算处理。峰值数据吞吐量的提高、计算时长的提高包括对计算速度要求的提高,都对 AI 芯片的算力做出了新的要求。


而这三种芯片的区别,就在于如何实现更强的算力上。

 


其中麒麟 970 采用的是“硬实现”的方式,在 CPU、GPU 等等传统计算单元之外加入了一个新的计算单元——嵌入式神经网络处理器 NPU。就像 GPU 专用于图像运算一样,NPU 也是专用于卷积神经网络的计算,从而实现机器学习的相关功能。同样的 AI 计算任务,在拥有 NPU 的前提下会比单纯的 CPU 运算提升约 50 倍能效和 25 倍性能——不仅速度更快,而且耗能更低,以免影响手机的正常应用。


与麒麟 970 的硬实现模式不同,苹果 A11 采用的是“软实现”模式,不设置独立的神经网络处理单元,但通过对自研 GPU、自研 ISP 和 DSP 等等传统硬件模块进行 AI 配适调整,集成“神经网络引擎”极大的提升图片计算的处理速度。在 AI 任务中,很多都涉及到对图片内容的学习和推理,如 AI 美颜等等,提升了图像计算能力,自然也能提升 AI 计算的效率。

 


骁龙 845 推出的 AI Engine(人工智能引擎)概念和苹果 A11 有些类似,同样是调整 CPU、GPU、DSP 等多个硬件模块,从而替代 NPU 的能力。


所以,芯片中的 NPU 单元真的可以被其他解决方案替代吗?


想要回答这个问题,首先我们要知道 AI 芯片到底能做到什么。


在拥有 AI 芯片之前,手机遇上 AI 任务时,大多数时候采取的云计算方式——把数据上传到云端,进行推理后下载结果到本地。这样一来一回的计算方式不仅效率低下,并且很容易造成应用卡顿。


但拥有了超高算力的 AI 芯片后,手机终于可以实现端侧 AI。不管有没有网络连接云端,都可以在手机本地进行实时的、无条件的高速运算。


这样的端侧 AI 给手机带来了四项能力,分别是感知、认知、动力和安全。接下来我们可以从这四项能力的实现过程中,讨论有没有 NPU 究竟对手机 AI 产生了何种影响。


智能感知有多高效?瞬间抓拍笑容
手机是如何感知一切的?


在以往是通过触摸屏幕等输入方式,对用户的信息进行解码。同时通过 GPS、陀螺仪等等软硬件两层的传感装置弄明白“我在哪、我与地面的距离”等等信息。


但随着计算能力的增加,一些原本存在于云端的算法正在进入终端,让手机感知到更多。比如在图像处理上,以往手机只是简单的拍摄照片,现在随着计算能力增加,手机本地也可以部署图像识别模型,在取景阶段手机就能知道镜头前的是宠物还是人类。


但有了 NPU 的存在,手机算力全面提高不再只限于对图像的处理能力,所能感知到的信息也就更为全面。


比如荣耀 V10 有一项智能音乐推荐功能,在 AI 算力的支持下,可以通过手机的体感能力实时监测到用户的运动频率,从而推荐旋律和运动频率相近的音乐。


就连现在应用最广的 AI 拍照方面,也存在很多区别。像小米 Mix 2S 和 OPPO R15 都提出了场景识别,分辨出拍摄的对象并进行相应的后期处理。但华为的 P20 系列却能在端侧实现表情识别,自动抓拍到拍摄对象的笑容。


原因就是,笑容、运动频率这种数据波动往往是转瞬即逝的,NPU 作为独立运算单元专职负责 AI 计算,可以以最快速度调用资源完成处理。可 CPU+GPU 的解决模式要同时顾及手机上的所有计算任务,就有可能出现排队的状况,镜头前的人都笑完了,计算资源还没调度过来。


精准认知下,智慧识屏让服务直达用户
所谓认知,就是手机对信息的加工处理过程。


有了端侧 AI 的强算力,手机正在逐渐从处理数据走到处理知识。举个例子,以往 iPhone 的相册分区会按照拍摄地点、拍摄时间来区分,但现在已经能实现猫、海水这样以照片内容区分的方式。手机从以前只能理解时间、GPS 定位这些结构化数据到可以理解猫狗花草这样非结构化的“知识”。


在 EMUI 中,我们还可以见到一项名为智慧识屏的功能。只要双指长按屏幕就可以实现对图片和文字的共同读取,并且通过 AI 理解图片与文字的语义,呈现出地址、电影购票、饭店大众点评等等服务卡牌。点击这些卡片,就可以直接跳转第三方 App,极大的减少了 App 间的手动调度。

 

 


这一功能的出现,是因为 NPU 更强大的算力可以实现对信息的多维处理:不仅仅可以同时处理自然语音和图片,还可以通过对用户行为习惯的理解进行应用跳转这类主动服务。

 

 


动力指挥官,懂得用户才有智慧节电
一个普遍的认识是,大量的计算是非常耗电的。不然比特币矿工们也不会四处寻找低电价的城市了。但手机的动力系统上,AI 计算反而可以发挥正向作用。


在上文提到,AI 让手机拥有了更强大的认知能力,在拥有 NPU 的手机中,这种认知更是每时每刻的发生着,最终实现手机对用户个人行为习惯的一种深入理解。就拿电池续航来说,搭载上麒麟 970 之后,华为和荣耀所应用的 EMUI 都加入了智慧省电功能。即通过对个人用户对应用使用习惯的深度学习,记住哪些应用是经常使用的,预测到哪些场景下即将打开哪些应用。在这一制度下,再来进行资源调配,有了独立的计算单元,手机 AI 时时刻刻都在进行着学习和计算,“切断”了那些启用率低的 App 的供能,从而让手机获得更好的续航能力。


不光是电池续航,在安卓手机系统不流畅方面,同样的智慧资源调度也在发生着作用。在普通手机中,各个应用都在排队领取自己所需的运行资源,久而久之队列越来越长,效率也越来越差。而 NPU 就像一个指挥官,通过应用的日常表现判断它们到底需要多少资源,把排队领取变成实时的按需分配。
这样一来不仅手机应用对内存、计算资源的利用率提高,AI 还可以定时向用户提醒,哪些应用出现了流量异动、哪些应用太久没有被启动。帮助用户更清晰的了解到手机内部的运行状况。以荣耀 V10 的数据看来,在这样的模式下系统调度性能提升了 60%,操作流畅度提升了 50%。从电力续航到内存,手机整体的动力系统效率都得到了提升。


安全壁垒永驻,
有端侧计算才敢把数据交给手机

在云计算时代,用户隐私问题就像一堵避不开的高墙;想要获取更好的服务,就需要把数据上传到云端进行处理,可是一旦数据上传到云端,就有被泄露的可能。但端侧 AI 的存在就完美避开了这一问题,计算都在本地进行,不存在将个人隐私暴露在公用的云空间中。


加入 NPU 后,更是可以在保证隐私的前提下为使用者提供更多服务,把对用户行为习惯的理解完全放在无网的封闭空间下进行,手机就可以更“懂你”。目前 HUAWEI P20、荣耀 V10 都已经可以做到屏幕亮度、后台资源、碎片文件等等方面的智能调节,其实手机还知道你最常使用的驾车路线、接下来几天的行程、喜欢去哪些地方消费等等更多信息,这些信息放在云端上一定会让人感觉受了冒犯,但在端侧 AI 对信息安全的加持下,手机会成为一位合格的个人助理。


比如用户通过语音助手预约餐厅时,手机可以直接通过用户的出行习惯推荐适合的路线,甚至还可以帮用户推荐菜品。这样建立在安全感之上的智能体验,很有可能让用户不知不觉中对 AI 手机产生依赖。
看到这里我们会发现,NPU 之于手机,不仅仅是简单的技术加成,而是通过感知、认知、动力、安全等等方面的细微之处提升用户对手机的使用感。用户或许不理解所谓的深度学习,但一定能感受到手机的续航能力越来越强、越来越符合自己的使用习惯。


如今移动 AI 还在刚刚起步阶段,用户很难对 AI 手机形成一个确切的认知。这时恰好就出现了一个窗口期,从红米的千元 AI 系列到 OPPO 的智能拍照,不管是否真正拥有 AI 能力的手机都可以打着 AI 的旗号“蹭热度”。


可当用户真正使用上这些手机时,除了感受到与美图秀秀无异的“AI 滤镜”之外,完全不能体会到手机对于自己行为的学习、对于操作系统速度、电池续航能力的提升,AI 不 AI 的,在使用感上毫无变化。对于手机这款产品而言,拍照效果、续航能力、操作便利等等这些使用感受才是永恒不变的货币体系,是消费者确认其价值的唯一参考。


窗口期永远是短暂的,博得一时的流量,不如把握住一项能真正改变产品体验的技术。