Pixel 6 (Pro): Googles Tensor-SoC ist eine wilde Mischung

Viel Samsung, wenig Google: Der Chip kombiniert extreme Computational Photography mit einem kuriosen Design zugunsten der Akkulaufzeit.

Eine Analyse von veröffentlicht am
IP-Blöcke des Tensor-SoC im Überblick
IP-Blöcke des Tensor-SoC im Überblick (Bild: Google)

Mit dem Tensor hat Google ein erstes System-on-a-Chip selbst entwickelt, es steckt im Pixel 6 (Pro). Das SoC entstand offenbar in Zusammenarbeit mit Samsung, allerdings hat Google das Design entscheidend angepasst - auf sehr interessante Weise.

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Google spricht von einem "Meilenstein für maschinelles Lernen", denn wie der Tensor-Name bereits impliziert, liegt der Fokus auf entsprechenden Berechnungen. Google will damit vier Kernbereiche beschleunigen: Spracherkennung, Übersetzungsfunktionen sowie Foto und Video.

Hierzu gehört neben beispielsweise Echtzeituntertiteln auch die Computational Photography, auf die Google bei den Pixel-Smartphones seit jeher großen Wert legt. So wird etwa ein ML-Algorithmus namens FaceSSD verwendet, der unscharfe Gesichter wieder scharf stellt - entweder auf Fotos oder bei bei 30 Bildern pro Sekunde für Videos.

Modernes 5-nm-Verfahren

Passend dazu wird HDRnet genutzt, um 4K60 zu bearbeiten - mit bisheriger Hardware ist das laut Google nicht möglich. Daher steckt im Tensor-SoC eine TPU (Tensor Processing Unit), die das hierfür notwendige Inferencing (das Anwenden von zuvor trainierten Modellen) beschleunigt. Rein die CPU- und GPU-Kerne haben dafür zu wenig Leistung oder benötigen zu viel Energie, zumindest für den Pixel-Anwendungsfall.

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Hinzu kommt, dass die TPU auch AV1 decodiert. Während der IP-Block an sich also bereits Energie spart, hat sich Google auch anderweitig Gedanken gemacht, wie die Akkulaufzeit besser ausfallen kann. Hierzu wurde Samsung Foundry als Auftragsfertiger eingesetzt, das Tensor-SoC entsteht daher in Südkorea in einem 5-nm-EUV-Prozess wie 5LPE.

Bei der Grafikeinheit kommt eine sehr schnelle Mali-G78-MP24 zum Einsatz, die aufgrund ihrer 24 GPU-Kerne keinen hohen Takt benötigt. Zum Vergleich: In Samsungs eigenem Exynos 2100 rechnet eine deutlich langsamere Mali-G78-M14, die für eine ähnliche Performance signifikant höher takten müsste und mehr Energie brauchen würde.

Eigenwillige CPU-Konfiguration

Kurios mutet hingegen das Cluster-Design der acht CPU-Kerne an: Eine 2+2+4-Konfiguration an sich ist (zumindest bei Samsung) nicht unüblich, wohl aber die eingesetzten Typen. Zwei flotte Cortex-X1 mit 2.8 GHz als Topkerne und vier Cortex-A55 mit 1.8 GHz sind typisch, die beiden Cortex-A76 mit 2.25 GHz als mittlere Kerne hingegen überhaupt nicht.

Längst hat Lizenzgeber ARM schon den Cortex-A77 und den Cortex-A78 vorgestellt, die eine verbesserte Microarchitektur für eine höhere Performance und gesteigerte Effizienz aufweisen. Laut Phil Carmack, dem VP für Google Silicon, werden allerdings meistens die X1-Kerne genutzt. Statt die zwei A76 auszulasten, laufen die beiden X1 mit sehr niedrigem Takt und erledigen den Job somit effizienter.

Hinsichtlich des 4 MByte fassenden L3-Caches für den CPU-Cluster und den 8 MByte an SLC (System Level Cache) für alle IP-Blöcke macht Google hingegen keine Experimente. Unterm Strich erinnert uns das Tensor-SoC daher an einen Exynos-Chip, der mit einer TPU sowie einer sehr starken Grafikeinheit und einem ungewöhnlichen Prozessor kombiniert wurde. Für Google und die Pixel-Geräte scheint das die richtige Wahl zu sein.

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