高通在汽車領(lǐng)域快速崛起,壟斷中高端座艙領(lǐng)域,但在高通整體營收上,汽車業(yè)務(wù)所占比例很低。在其最近的財(cái)季里,高通手機(jī)領(lǐng)域收入62億美元,汽車業(yè)務(wù)收入6.03億美元,IoT業(yè)務(wù)收入12億美元。高通近期特別聚焦于AI PC領(lǐng)域,其潛在的市場規(guī)模遠(yuǎn)高于市場,看看英特爾的利潤率便知AI PC的利潤率也不會(huì)低于汽車領(lǐng)域。
高通也在2024年Computex大會(huì)上做了“PC產(chǎn)業(yè)將開始重生(Reborn)”的演講。
高通的第四代汽車SoC芯片仍然是和筆記本電腦、手機(jī)等共用核心架構(gòu),這樣做并無不妥,如今汽車SoC芯片越來越像PC用的CPU,特別是和AI PC的CPU的要求幾乎完全一致。
高通第三代代表作SA8295實(shí)際就是筆記本電腦領(lǐng)域里的Snapdragon 8cx Gen 3,高通第四代大概率就是Snapdragon X Elite的車規(guī)版,不會(huì)有太大差異。
Snapdragon X Elite有三款芯片,主要差別是CPU的頻率。高通也罕見公開了Snapdragon X Elite的詳細(xì)架構(gòu)信息,基本上完全聚焦于CPU領(lǐng)域,花了90%的篇幅講解,對AI則一句帶過,從關(guān)鍵的存儲(chǔ)帶寬135GB/s看,雖然較第三代提升了一倍,但與2019確定設(shè)計(jì)范圍的英偉達(dá)Orin高達(dá)205GB/s的帶寬相比,仍然很低。
高通更多地考慮汽車座艙和L2級的艙駕一體,這樣的市場定位不需要太高的AI性能,45TOPS足以滿足99.9%的應(yīng)用場景,座艙領(lǐng)域所謂的大模型AI都完全依賴云端計(jì)算,端側(cè)部署成本太高,可能高達(dá)數(shù)千美元,即便端側(cè)部署,體驗(yàn)也和云端計(jì)算有很大差距。
高通Snapdragon X系列芯片架構(gòu)
高通對Snapdragon X系列芯片的Oryon CPU是這樣描述的:Oryon CPU Architecture: One Well-Engineered Core For All,能夠適用于所有領(lǐng)域。
高通采用全大核心設(shè)計(jì),有兩個(gè)核心的頻率可以加速,這種全大核心設(shè)計(jì)也用在高通SA8775上,SA8295的四個(gè)大核心則是Kryo 695,最高頻率是2.5GHz,四個(gè)中核心是Kryo 670 Gold,最高頻率2.05GHz,SA8775的8核心完全相同,最高運(yùn)行頻率都是2.35GHz,Kryo 680 Gold Prime和Kryo 695一樣都是基于ARM Cortex-X1而來的。
Oryon采用共享L2緩存的設(shè)計(jì),通常L2緩存都是針對每個(gè)核心的,不共享,且規(guī)模很小,如SA8775的L2緩存是512kB。一般L3緩存是幾個(gè)核心共享的,如SA8295是8MB的L3緩存,SA8775是4MB的L3緩存。Oryon的共享緩存高達(dá)12MB,每個(gè)核心可以分到3MB,這樣的規(guī)模足以和英特爾Xeon這樣的服務(wù)器芯片媲美,當(dāng)然成本也增加很多,估計(jì)車規(guī)版會(huì)減小到4-8MB。
ARM架構(gòu)的性能對比表
整理:佐思汽研
對于CPU,關(guān)鍵的參數(shù)主要有兩個(gè),一個(gè)是IPC解碼寬度,另一個(gè)就是緩存,ARM是擠牙膏式的,每年做一次小升級,讓利潤最大化。蘋果則一步到位,性能最大化,以至于蘋果連續(xù)數(shù)年都無法升級性能,安卓手機(jī)受困于ARM的擠牙膏,性能始終無法和蘋果看齊,這也是高通拋棄ARM的主要原因。即便如此,Snapdragon x系列單核性能仍然無法和蘋果匹敵,很簡單,L2緩存僅為3MB,還是低于蘋果的4MB。IPC解碼寬度方面,Snapdragon x系列是8位,遠(yuǎn)比SA8295用的ARM X1要高。
受高通拋棄的刺激,ARM也發(fā)狠,X4和2024年宣布的旗艦X925的IPC解碼寬度都是10位,比蘋果還高,用X925的單核性能肯定可以超過蘋果。
Oryon的后段IXU兩大特色,一是對AI運(yùn)算的支持,包括128比特寬度的NEON SIMD(這個(gè)寬度屬實(shí)有點(diǎn)窄了,英特爾最高已是1024比特),每周期最高4個(gè)FP32精度的ADD/WUL/MLA的指令執(zhí)行,支持INT8INT16FP16FP32多種精度,這些基本上是常規(guī)操作,不過高通最高可以支持FP32和FP64這種訓(xùn)練才會(huì)用到的高精度。這里唯一值得注意的遺漏是BF16,這是 AI 工作負(fù)載的常見數(shù)據(jù)類型,可能BF16是NPU的工作范圍。另一個(gè)特色是超大規(guī)模的ROB重排序緩沖,超過650個(gè)微操作,相比之下ARM Cortex-X4只有384個(gè),X1只有224個(gè)。
LSU(Load-Store Unit)方面,支持加載/存儲(chǔ)單元的 L1 數(shù)據(jù)緩存本身也相當(dāng)大。完全一致的6路關(guān)聯(lián)緩存大小為 96KB,是英特爾Meteor Lake中P核心緩存的兩倍,不過英特爾新一代產(chǎn)品也是96KB。
MMU方面,頁表緩存即TLB很強(qiáng),TLB又稱轉(zhuǎn)址旁路緩存,為CPU的一種緩存,由內(nèi)存管理單元用于改進(jìn)虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)譯速度。目前所有的桌面型及服務(wù)器型處理器皆使用TLB。TLB具有固定數(shù)目的空間槽,用于存放將虛擬地址映射至物理地址的標(biāo)簽頁表?xiàng)l目。PC領(lǐng)域的較高,手機(jī)領(lǐng)域的比較低,但目前計(jì)算全都轉(zhuǎn)向PC領(lǐng)域,需要更高的TLB,對比ARM Cortex-x3,其TLB只有4路1536個(gè),X4估計(jì)是3072個(gè),高通有8路,大于8000個(gè),遠(yuǎn)比ARM 要強(qiáng)。
硬件表遍歷器也是特色。如果緩存行不在 L1 或 L2 緩存中,該單元負(fù)責(zé)將緩存行移至外圍 DRAM,最多支持 16 次并發(fā)表遍歷。完整的 Snapdragon X 芯片一次最多可以進(jìn)行 192 次表遍歷。
L3緩存不大,只有6MB,因?yàn)楦咄ǖ腖2緩存足夠大,總計(jì)有36MB,因此L3緩存可以很小,也有助于降低功耗。SA8295是8MB的L3緩存,SA8775是4MB的L3緩存,減少L3緩存是個(gè)趨勢。驍龍X 具有 128 位內(nèi)存總線,支持 LPDDR5X-8448,最大內(nèi)存帶寬為 135GB/秒。在目前的LPDDR5X容量下,驍龍 X 最多可以處理64GB的RAM。
GPU方面,與前面幾代沒什么大的變化,Adreno X1 GPU 架構(gòu)是高通公司正在研發(fā)的 Adreno 架構(gòu)系列的最新版本,其中 X1 代表第 7代,SA8295與SA8755都是第六代。Adreno 本身基于15年前從ATI收購而來(Adreno 是 Radeon的字母變位詞),多年來,高通公司的 Adreno架構(gòu)一直是安卓領(lǐng)域最強(qiáng)大的GPU。Adreno X1 GPU分為6個(gè)著色器處理器 (SP) 塊,每個(gè)塊提供256個(gè)FP32 ALU,總共1536個(gè)ALU。峰值時(shí)鐘速度為1.5GHz,這讓驍龍 X 上的集成GPU的最大吞吐量達(dá)到4.6 TFLOPS(低端SKU的吞吐量較低)。
每個(gè)uSPTP 提供128個(gè)FP32 ALU。還有一組單獨(dú)的256個(gè)FP16 ALU,這意味著Adreno X1在處理FP16和FP32數(shù)據(jù)時(shí)不必共享資源,可以用于小規(guī)模的深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練場景。不過車規(guī)版應(yīng)該會(huì)取消FP16單元,F(xiàn)P16精度在車上基本用不到,F(xiàn)P32也可以對應(yīng)FP16。最后,有16個(gè)基本功能單元 (EFU),用于處理超越函數(shù),例如 LOG、SQRT和其他罕見(但重要)的數(shù)學(xué)函數(shù)。對于車載領(lǐng)域,GPU算力有1.3TFLOPS就足夠,再向上就是要在車內(nèi)玩3A游戲了,不過該芯片無法支持完整的DirectX 12 Ultimate(功能級別 12_2)功能集,顯然這不是高通擅長的,AMD和英偉達(dá)更擅長游戲領(lǐng)域。
對于AI運(yùn)算的NPU,還是高通的六角DSP,缺乏亮點(diǎn),乏善可陳,高通一句話帶過,沒有多說。
高通的第四代芯片上車預(yù)計(jì)要到2026年,以高端目前的壟斷態(tài)勢,換句話說,高通決定了3年后的汽車座艙和艙駕一體將會(huì)是什么樣的應(yīng)用狀況。整車廠和Tier1只能被高通牽著鼻子走,環(huán)顧宇內(nèi),亦步亦趨地跟著ARM走是遠(yuǎn)遠(yuǎn)追不上高通的,至少在座艙領(lǐng)域,高通已沒有對手。
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