Google Pixel 6はTensorと呼ばれるカスタムチップを搭載

ソフトウェアの進歩がハードウェアの進歩を上回ったらどうしますか？ ハードウェアを自分で作り始めるだけです。  

Googleは月曜日、次期フラッグシップスマートフォン（Pixel 6とPixel 6 Pro、どちらも今秋発売予定）に、Tensorと呼ばれるカスタムビルドプロセッサを搭載すると発表した。このプロセッサは、過去4年間にわたり機械学習と人工知能の専門家と共同設計されており、次期Pixelスマートフォンに搭載されるAndroidベースのあらゆる魔法を実現するために開発されている。

この動きは、ハイテク業界の大手企業が、携帯電話、ノートパソコン、その他の機器を動かすプロセッサのカスタム設計をますます好むようになった時期に起こった。

Googleのハードウェア責任者であるリック・オスターロー氏によると、同社は他社製チップで構築できるものの限界に達しているという。「問題は常にハードウェアの性能に帰着します」とオスターロー氏は語る。「高度なAIモデルを実際に動作させるために必要な処理を実際に実行できるでしょうか？ 市販の技術では、間違いなく様々な制約に直面することになります。そこで数年前、私たちは未来に向けて真に革新を起こすには、独自のシステムを構築する必要があると判断しました。」

オスターロー氏が「数年前」と述べるのは、Googleが2016年に発表した最初のコンピュータチップのことです。GoogleはこのチップをTensor Processing Unit（TPU）と呼んでおり、同社のオープンソース機械学習プラットフォームTensorFlowにちなんで名付けられました。これらのTPUは、機械学習をサポートするために設計された特定用途向けチップです。しかし、巨大データセンター内に設置されたAIサーバー向けにも開発されました。この新しいTensorチップは、あなたの手やポケットの中に収まるPixelデバイスに搭載されます。少なくとも、10月に発売されるPixel 6には搭載されるでしょう。 

「その名前の持つ価値を借りて、最終的にはTensorFlowをモバイルデバイスで非常に効率的に実行したいと考えていました」とオスターロー氏は語った。独自のカスタムモバイルチップを開発することで、Googleは単にGoogleらしい人工知能をスマートフォンに搭載するだけでなく、AppleやSamsungといった、最高級の消費者向け電子機器向けにカスタムチップを設計している企業に加わることになる。Googleはチップサプライチェーンの複雑な世界にさらに深く踏み込んでいく（少なくとも今のところは、低価格帯のPixelスマートフォンについてはチップメーカーのQualcommとの関係を維持している）。しかも、世界的なチップ不足の真っ只中で、まさにそれを実行しているのだ。 

チップ＆ディップ

Google はここ数年、スマートフォン用カメラの最高性能を次々と生み出してきたが、これはスマートフォンに大きなカメラセンサーを詰め込むのではなく、強力な機械学習と AI モデル (いわゆるコンピュテーショナル フォトグラフィー) を活用して実現した。 

GoogleがPixelをそれほど多く販売していないとしても、Pixelスマートフォンを他のAndroidスマートフォンから際立たせているのは、こうしたソフトウェアの特典だ。最速のスマートフォンではないかもしれないが、Pixelは例えば、着信をスクリーニングしてロボコールかどうかを判断したり、カフェで流れている音楽をパッシブに特定したり、オフラインでもInstagramの動画をリアルタイムで文字起こししたりできる。

これまでPixelスマートフォンはQualcomm製プロセッサを搭載しており、これは米国で販売されているほとんどの（Apple製以外の）スマートフォンに搭載されています。この新しいTensorチップは、Qualcommや他のモバイルプロセッサと同じARMアーキテクチャをベースとしているため、ユーザーは最新アプリとの互換性が失われるなどの心配をする必要はありません。また、オスターロー氏によると、GoogleのローエンドPixelスマートフォン（モデル名に「A」が付​​く機種（近日発売予定のPixel 5aなど））は、引き続きQualcomm製Snapdragonチップを搭載する予定です。 

しかし、自社チップを設計することで、Googleはハードウェアとソフトウェアをより最適化することができます。まさにこれが、AppleがMacにIntelチップではなく自社製プロセッサを開発した理由です。Tensorは、デバイス上で高負荷のAIおよびMLモデルを処理できるほど強力です（リモートクラウドサーバーに依存する必要はありません）。オスターロー氏はTensorの製造元を具体的には明かしませんでしたが、「私たちが設計し、所有し、そして駆動しています。これは私たちのチップです」と述べています。

これは次世代のPixelにとって具体的に何を意味するのでしょうか？オスターロー氏によると、AIと機械学習を活用したPixelの現行機能のほぼすべて（カメラアプリの夜景モードやポートレートモードなど）が、コンピューティングリソースの使用量を抑えながら、より優れたものになるとのこと。しかし、これまでは不可能だったことも可能になるだろうとのことです。

彼が最初に用いた例は、Googleエンジニアの子供が室内でカメラに向かって手を振っている様子を捉えた写真です。Pixel 6 Proで撮影されましたが、AIとML機能はすべてオフにされていました。照明があまり良くなく、子供もカメラを持っている人も動いているため、子供の顔と手を振る部分がぼやけています。オスターロー氏は次に、AIとMLモデルをオンにして撮影した写真と比較しました。子供の顔の特徴がより鮮明になりました。「私たちが目指したのは、ユーザーの意図を汲み取り、この楽しい瞬間を捉えることです」と彼は言います。

この結果を実現するために、Pixelはメインセンサーで通常露出で1枚写真を撮影し、次に超広角カメラで高速露出でもう1枚写真を撮影します。この2枚を組み合わせることで、超広角カメラのシャープネスを活かしつつ、メインセンサーの色とノイズを正確に捉えることができます。その後、Tensorチップが被写体の手振りや撮影者の手ブレといった動きを補正します。さらに、顔検出モデルも実行し、被写体の顔を識別して優先的にフォーカスを合わせます。

「これは、複数の異なるセンサーからの画像をリアルタイムで並行して実行する一連の高度な機械学習モデルによって実現されます」とオスターロー氏は語る。「これがTensorで実現したかったことであり、それが可能になったのです。」Pixelカメラは、困難な状況に直面した場合にのみ、すべての写真で常に両方のセンサーを使用する必要はないことを認識できるほど賢い。

もう一つの改善点は動画品質です。Pixelスマートフォンは、静止画撮影の性能に比べて動画性能が物足りないと批判されてきました。

「動画では膨大な処理が発生するため、同じアルゴリズムや機械学習技術を動画に適用するのは非常に困難です」とオスターロー氏は語る。「これまでは限界があり、そのような変革は全く実現できませんでしたが、Pixel 6なら実現できます。Tensorなら、それが可能になるのです。」

オスターロー氏は、iPhone 12 Pro Max、Pixel 6 Pro、Pixel 5の3つのスマートフォンで撮影した動画の比較を披露している。被写体は日没時の湖畔の野原で、スマートフォンのHDR機能が試される難しいシーンだ。Pixel 5の動画では太陽が明るすぎる上に、芝生は夕焼けに期待されるリアルな黄金色の色合いではなく、緑色に見えている。iPhone 12 Pro Maxの動画は実物に近いが、一部が色あせており、近くのテントのホワイトバランスがずれている。Pixel 6 Proの映像は、このようなシーンで見られる自然な色を保ちながら、リアルな影を再現している。

これは管理されたテストだったため、新しいPixelの動画品質がどの程度向上するかを正確に判断することは困難です。例えば、オスターロー氏は、iPhoneが得意とするPixelの動画手ぶれ補正機能を紹介する動画を用意していませんでした。それでも、この短いデモでは、Pixel 6はPixel 5よりも鮮明で、より正確な色彩で動画を撮影しているように見えました。

賢い話し方

Tensorチップは、カメラ性能の向上に加え、Pixelのあらゆる部分にも影響を与えます。Googleによると、セキュリティも強化され、Tensorチップと並行して動作するTitan Mセキュリティコプロセッサの最新バージョンが採用される予定です。（同社は、Pixelの発売に合わせて、セキュリティに関する詳細情報を記載したホワイトペーパーを公開する予定だとしています。）

オスターロー氏が披露した他の2つのTensor関連のアップデートは、動画をリアルタイムで自動的に文字起こしするLive Transcribeと、GoogleのキーボードアプリGboardの音声入力に関するものだ。

デバイス上で動画をリアルタイムで文字起こしするには、通常、膨大な計算能力が必要です。Tensorを搭載したPixel 6スマートフォンは、文字起こしと翻訳を同時に行うことができます。これは、Pixelが画面下部でフランス語のプレゼンターの発言を英語に変換したことからも明らかです（翻訳の正確さは保証できません）。これはバッテリー寿命にも影響を及ぼします。オスターロー氏によると、Pixel 6はPixel 5の約50%の電力消費で動作したとのことです。

Gboardの音声入力機能を使って、オスターロー氏はPixelに話しかけ、メッセージを作成して送信しました。入力は素早く、最初は句読点が1つ抜けていましたが、オスターロー氏が話し終えると段落全体の文脈を理解したため、句読点が補われました。また、「クリア」または「送信」と言えばメッセージを消去または送信できます。ソフトウェアはユーザーの口調と意図を理解するため、それが文の一部ではなくコマンドであることを認識します。

Pixel 6とPixel 6 Pro

GoogleがTensor搭載のソフトウェア機能を大々的に発表したのは、典型的なスマートフォン発表会とは一線を画す出来事でした。通常は、まずはピカピカの新型ハードウェアが披露され、その後にスマートフォンの機能についてより詳細な説明が行われます。しかし、Pixel 6のハードウェア仕様はまだ明らかにされていません。 

WIREDの取材に対し、オスターロー氏はPixel 6とPixel 6 Proの両方を手に取り、これらの改良点を披露した。両機種に共通する超広角カメラとメインセンサーはPixel 5よりも150%多くの光を集めることができ、より明るく鮮明な低照度撮影を可能にしていることが明らかだった。しかし、Proは本体サイズが大きく、光学4倍望遠レンズも搭載されている。

しかし、外観デザインは完全に刷新されました。従来の左揃えのカメラバンプではなく、すべてのカメラが本体背面全体を覆う太い水平バーに配置されています。豊富なカラーバリエーションから選択でき、カメラバー上部にはアクセントカラーが施され、初代Pixelのツートンデザインを踏襲しています。

「内部構造をここまで変えるなら、製品のデザインも抜本的に変えるべきです」とオスターロー氏は言う。「Pixelは昔から写真撮影で知られており、今回の発表はまさにその点を明確に示しています。」

Googleは、中央に配置された自撮りカメラとディスプレイ内蔵の指紋センサー以外、Pixelについて多くを明らかにしていない。オスターロー氏は、Pixel 6の正式発売が近づく秋に詳細を発表すると述べた。また、新型スマートフォンの価格、そしてフラッグシップモデルよりも安価になると予想される次期Pixel 5aの価格についても明らかにしなかった。 

いずれにせよ、アップグレードの予定はないのでしょうか？オスターロー氏によると、Googleはここ数年同様、旧型のPixelにも新機能を追加する予定だが、ハードウェアが対応できるかどうかにかかっているとのことです。明るいニュースとしては、Pixel 6シリーズのソフトウェアサポート期間が延長される可能性が高いことが挙げられます。サムスンなどの競合他社は4年間のセキュリティアップデートと3回のAndroid OSアップグレードを提供していますが、Googleは3年間のサポート期間にとどまっています。

「最終的な数字がどうなるかについて検討中ですが、それを延長する可能性は間違いなくあるので、とても興奮しています」とオスターロー氏は言う。

コマンドパフォーマンス

Googleの自社製チップへの投資は、世界のスマートフォン市場における同社のシェアが依然として1桁台に過ぎないにもかかわらず、同社のコンシューマー向けハードウェアへの注力を強調するものだ。オスターロー氏は、Tensorチップが将来的に他のコンシューマー向けデバイスにも搭載される可能性があり、TPUへの投資コストの償却に役立つだろうと示唆した。 

「自社製チップの開発は、規模を拡大できるまでしか続かず、競争の激しい環境でそれを維持するには多くの人的労力が必要です」と、ムーア・インサイツ＆ストラテジーのシニアアナリスト、アンシェル・サグ氏は語る。「だからこそAppleは、iPhone、iPad、Mac向けに自社製チップを開発し、多くのモデルに分散投資しているのです。」 

では、TensorはAppleが高性能と謳うBionicチップと比べてどうなのだろうか？オスターロー氏は、Googleの新しいチップのベンチマーク結果はまだ公表していない。サグ氏は、Googleがモバイルチップでこれまでにない成果を達成するのは難しいと考えている。「Appleは何世代にもわたってチップ開発で成功を収めてきたので、GoogleがすぐにAppleの技術力を上回るとは考えていません」とサグ氏は言う。

しかし、Googleのスマートフォン事業において、同社にとって有利に働く可能性がある要素の一つは、販売台数が比較的少ないことだ。世界的な半導体需給逼迫は今後数ヶ月続くと予想されており、自動車の出荷台数から家電製品、ガジェットに至るまで、あらゆるものに影響を及ぼしている。サグ氏によると、Googleがこのシステムオンチップを今年出荷するのであれば、同社は2年ほど前にウェハを発注し、販売台数について正確な交渉を行っている可能性が高いという。「それほど多くはないだろう」とサグ氏は結論づけている。 

「半導体に関しては、現在ほぼすべてが制約を受けています」とオスターロー氏は語る。「このチップに関しては、私たちは多くの制御権を持っており、Pixel 6シリーズが制約を受けることはないと考えています。これは良い点です。しかし、あらゆる電子機器製品と同様に、この製品には非常に多くの半導体が使われているため、これは間違いなく難しい問題です。今年は間違いなく私たちに影響を与えました。」 

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