[All About Exynos] ① Conheça os líderes de desenvolvimento de GPU ISP – Samsung Global Newsroom

Exynos: um semicondutor de alta tecnologia

Na primeira parte desta série, a Samsung Newsroom compartilha a importância da unidade de processamento gráfico (GPU) e do processador de sinal de imagem (ISP) no processador móvel Exynos (SoC). Antes de se reunir com os sete líderes de desenvolvimento de IP, a redação da Samsung se reuniu pela primeira vez com o presidente de desenvolvimento de SoC e vice-presidente sênior, Mingoo Kim, que supervisiona o design de sistema em chip (SoC) na System LSI Business.

Kim explicou pela primeira vez a razão básica por trás do conceito SoC, onde todos os diferentes recursos são combinados em um chip. “Quando os chips são quebrados, fica difícil gerenciar totalmente o consumo de energia”, disse Kim. “Quando cada recurso consome energia separadamente, a eficiência da bateria também diminui. Além disso, o limite de largura de banda e a latência de transferência afetarão a transferência de dados entre os chips, o que pode levar a uma diminuição no desempenho.” O consumo mínimo de energia é muito importante para os smartphones porque, ao contrário dos computadores desktop, os smartphones não são constantemente alimentados com energia.

SoC tem alta eficiência devido ao controle de energia abrangente. Como um único chip, ele também ocupa menos espaço dentro de um smartphone”, explicou Kim. “Quando todas as funções são executadas por um único chip, o desempenho é significativamente melhorado.” Os telefones celulares modernos vão além de apenas enviar e receber chamadas e textos, e evoluíram para executar muitas funções avançadas, incluindo captura de vídeo, jogos para celular e acesso a serviços financeiros. O SoC, que é menor que uma unha, desempenhou um papel importante para tornar isso possível.

Como o SoC é o epítome de todos os principais tipos de TI que existem hoje, Kim o descreveu como uma “flor semicondutora sistêmica”. “SoC não é um campo fácil de trabalhar, mas é um campo otimista do qual qualquer engenheiro aspira fazer parte”, disse Kim. “O papel do SoC será ilimitado em indústrias futuras, como o metaverso, direção autônoma e 6G”.

A Samsung continuará a se concentrar no desenvolvimento de IP privado, incluindo unidades de processamento gráfico (GPUs), unidades de processamento neural (NPUs), ISPs, modems, RF e muito mais. A Samsung está se esforçando para dar mais um passo à frente no design de chips para se tornar uma empresa de soluções de plataforma. “Com nossa competitividade SoC, pretendemos ver a Exynos reconhecida como a melhor marca de processador móvel disponível”, disse Kim. “Por meio desta série de recursos, esperamos que o papel e a importância do SoC, as características e vantagens do Exynos, bem como sua direção de desenvolvimento, sejam compartilhadas com mais pessoas.”

Expanda as possibilidades de jogos para dispositivos móveis: GPU para gráficos mais aprimorados

Em geral, o processamento gráfico requer computação em larga escala e é mais rápido e eficiente se for processado em paralelo (processamento paralelo). No entanto, a arquitetura da CPU é para processamento sequencial rápido. Como tal, o processamento de gráficos usando a CPU pode causar atrasos computacionais significativos devido a esse desempenho computacional contínuo da CPU. Um exemplo disso pode ser visto ao jogar o jogo. É possível que seu personagem não consiga evitar um inimigo devido ao atraso de entrada de toque ao exibir gráficos na tela.

Para resolver esses problemas, uma GPU foi desenvolvida. Antes das GPUs existirem, as CPUs cuidavam de tudo. No entanto, a GPU foi projetada para aumentar a eficiência como um acelerador separado para cálculos semelhantes que são usados ​​com frequência. Em suma, uma CPU é como uma calculadora de uso geral, enquanto uma GPU é uma calculadora paralela de grande escala especializada em processamento gráfico. Foi assim que surgiu a GPU, um dos principais componentes do processamento gráfico. Ele recebe comandos da CPU e exibe a forma, localização, cor e textura do objeto na tela.

O Xclipse 920 equipado no Exynos 2200 é a primeira unidade de processamento gráfico móvel da Samsung co-desenvolvida com a AMD, uma empresa global sediada nos EUA especializada em produtos semicondutores, como unidades e consoles de processamento gráfico de computador. O nome “Xclipse” é uma combinação do “X” de Exynos e a palavra “eclipse”. O nome representa o objetivo da Samsung de ultrapassar os limites dos jogos móveis e implementar o desempenho no nível do console, inaugurando uma nova era de jogos.

▲ Vice-presidente Sungboem Park, especialista em design de processador móvel que supervisiona o desenvolvimento de GPU

Em linha com isso, a Samsung se uniu à AMD para desenvolver uma unidade de processamento gráfico (GPU) no nível do console com eficiência energética para dispositivos móveis. As GPUs AMD são projetadas especificamente para PCs ou consoles, o que significa que elas devem ser reprojetadas para se adequarem ao ambiente móvel. Especificamente, ele foi redesenhado para acomodar a largura de banda de memória móvel relativamente limitada, bem como gerenciar a dissipação de calor. disse o vice-presidente Sungboem Park, especialista em design de processadores móveis que supervisiona o desenvolvimento de GPUs. “Nós nos concentramos muito em reduzir o calor, porque os dispositivos móveis não têm fãs como consoles de jogos, ao mesmo tempo em que mantemos o desempenho para que os quadros não fiquem atrasados”.

O principal papel da GPU Exynos é exibir objetos em um espaço virtual 3D em uma tela de smartphone 2D, o que é especialmente importante ao jogar jogos graficamente exigentes em dispositivos móveis. Em particular, o Xclipse 920 é a primeira GPU móvel a suportar Ray Tracing (RT) acelerado por hardware. Ray tracing é uma tecnologia que produz efeitos de luz realistas simulando raios de luz refletidos de objetos tridimensionais. Com aceleração de hardware em vez de software, o Xclipse 920 é capaz de realizar cálculos mais rápidos em tempo real. Além disso, a tecnologia Variable Rate Shading (VRS) ajusta a quantidade de computação da GPU com base nas alterações de cor, sombra, movimento e outras variáveis ​​de objetos na tela para reduzir a sobrecarga na GPU.

▲ O Xclipse 920 tem seu próprio suporte de hardware para a tecnologia Ray Tracing (RT), que produz efeitos de iluminação realistas simulando raios de luz refletidos de objetos 3D.

Com o crescimento do número de usuários de jogos e os gráficos cada vez mais detalhados, a direção de desenvolvimento da GPU está se tornando cada vez mais importante. Isso inclui aumentar o desempenho ao nível de controladores de alto desempenho e reduzir o consumo de bateria. Ao otimizar essas duas áreas importantes, os usuários podem experimentar gráficos de alta resolução em dispositivos móveis semelhantes a como eles os experimentam em consoles. “No geral, os dispositivos móveis tendem a ficar cinco anos ou mais atrás dos consoles quando se trata de tecnologia gráfica, no entanto, conseguimos incorporar rapidamente a mais recente tecnologia de console em nosso processador móvel Exynos 2200 por meio de nossa colaboração com a AMD”, disse Park. : “ SoC implementado no Galaxy S22.” “Planejamos continuar implementando outros recursos da série RDNA trabalhando em estreita colaboração com a AMD daqui para frente.”

Quando perguntado sobre a direção futura das GPUs móveis, Park respondeu: “Como o desempenho dos smartphones melhorou em geral, é verdade que não é fácil criar um recurso de desempenho significativo o suficiente para que os consumidores percebam”. “A partir de agora, a razão pela qual os principais usuários de smartphones compram os smartphones mais recentes provavelmente dependerá do desempenho dos jogos”, disse ele. Isso significa que a possibilidade de mais avanços para as GPUs, que determinam o desempenho dos jogos para smartphones, é alta.

Ele também previu que as GPUs móveis se tornariam mais importantes nas áreas de realidade aumentada e realidade virtual também. “Para realidade aumentada, as GPUs precisam ser equipadas com hardware leve, como óculos, então um design de baixo consumo de energia é muito importante”, disse Park. “Os requisitos de desempenho são mais exigentes no domínio da realidade virtual, onde todo o mundo virtual visual deve ser renderizado imediatamente. Como tal, precisamos atender a vários requisitos de desenvolvimento enquanto criamos imagens mais realistas em uma taxa muito mais rápida do que podemos atualmente. Portanto, desenvolver uma unidade de processamento de gráficos móveis é fundamental no futuro e terá aplicações ilimitadas.”

Elevando o nível de satisfação no desempenho da câmera: ISP para imagens mais naturais e vívidas

O ISP corrige os dados brutos transmitidos do sensor de imagem e gera uma imagem ou vídeo na forma preferida pelo usuário. O ISP também corrige as possíveis limitações físicas da unidade de câmera Consiste em um sistema óptico e um sensor de imagem Injeta vermelho, verde e azul (R/G/B) e remove ruídos. Além disso, realiza pós-processamento, como ajustar o brilho do vídeo e enfatizar áreas detalhadas. Simplificando, por meio de ajuste fino e pós-processamento, o ISP cria a imagem ou vídeo desejado pelos usuários.

▲ Todo o processo de ISP na câmera móvel

Nos modelos anteriores de smartphones, o ISP era equipado como um chip separado. No entanto, devido à demanda do mercado, o ISP incorporado está rapidamente se tornando a norma. “Inicialmente, colaboramos com institutos de pesquisa estrangeiros para desenvolver um ISP de alto desempenho que pode ser usado para câmeras digitais” por mais de 20 anos, disse Jongseong Choi, líder de projeto (PL) em uma equipe de desenvolvimento multimídia que trabalha em vídeo em processamento. “Como resultado, nossa primeira solução ISP integrada foi usada na câmera principal do Galaxy S4.” Desde 2012, o processador móvel Exynos fez avanços significativos na qualidade de imagem de vídeo para câmeras de smartphones ao assimilar ISPs, permitindo desempenho no nível DSLR.

▲ Jongseong Choi, Líder de Projeto da Equipe de Desenvolvimento Multimídia, está no campo de processamento de vídeo há mais de 20 anos.

Com um ISP de alto desempenho, os consumidores podem desfrutar de maior qualidade de imagem de vídeo, bem como velocidades de processamento mais rápidas. “É difícil dizer com números específicos o quão boa é uma foto porque a fotografia é subjetiva, mas realizamos vários estudos de pesquisa, como avaliação de vídeo usando aprendizado profundo e tecnologia de ajuste de ISP para criar fotos e vídeos naturais e nítidos”, explicou Choi. Além disso, o ISP também determina a velocidade da taxa de disparo contínuo e é responsável pelo rápido processamento de imagens e vídeos de alta resolução.

O ISP de alto desempenho equipado com o Exynos mais recente pode lidar com até 200 milhões de pixels. Até sete sensores de imagem são suportados e vídeos e fotos podem ser processados ​​a partir de até quatro sensores de imagem simultaneamente. Também está incluída a capacidade de aplicar diferentes parâmetros a cada elemento, como céu, arbustos, pele, etc., incorporando tecnologia de segmentação semântica que reconhece cenas capturadas com a ajuda do NPU. O recurso de IA detecta e distingue o rosto de uma pessoa e ajusta o brilho, o foco e a cor do vídeo com base nas coordenadas do rosto.

Exemplo de conteúdo que entende o processamento de imagens usando segmentação semântica

Quando perguntado sobre a direção futura do ISP, Choi respondeu que o desenvolvimento se concentrará em manter o baixo uso de energia e melhorar a qualidade da imagem de vídeo. “Os dados transmitidos do sensor de imagem são processados ​​em tempo real pelo ISP, mas a quantidade de dados está aumentando exponencialmente”, disse Choi. Portanto, uma grande quantidade de energia é consumida gravando dados na memória e restaurando-os posteriormente. No entanto, o ISP no Exynos foi projetado para salvar dados na memória apenas uma vez, reduzindo assim o consumo de energia.”

“A era dos vídeos chegou muito mais rápido do que o esperado e, por esse motivo, estamos nos concentrando em melhorar a qualidade da imagem do vídeo”, disse Choi. “Em particular, estamos fazendo esforços para aumentar nossa competitividade, melhorando a qualidade da imagem de vídeo, mesmo aquelas capturadas em ambientes escuros e com pouca luz”.

* Todas as imagens mostradas são fornecidas apenas para fins ilustrativos e podem não ser uma representação precisa do produto ou fotos tiradas com o produto. Todas as fotos são editadas, modificadas ou aumentadas digitalmente.

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