MWC 2015: три интересные технологии Qualcomm

На MWC 2015 были представлены не только пользовательские устройства — смартфоны и часы, — но и гораздо более сложные, интересные и перспективные вещи. Например, компания Qualcomm предлагает опробовать уникальный сенсор отпечатка пальца, написать что-нибудь мобильному искусственному интеллекту и расширить пропускную способность LTE за счет нелицензируемого спектра

⇣ Содержание

Мы говорим Qualcomm — и подразумеваем мобильные процессоры и модемы, говорим «мобильные процессоры и модемы» — и с большой долей вероятности подразумеваем именно Qualcomm. Однако интересы калифорнийской компании не ограничиваются только лишь созданием систем на чипе. И пускай на MWC 2015 Qualcomm анонсировала новую платформу для мобильных устройств — Snapdragon 820, — но внимания ей уделили минимум. Представители компании сообщили только что на рынке процессор появится к концу года и что ядра в нем будут собственной 64-битной архитектуры Cryo. Куда больше времени и внимания спикеры компании уделили трем другим новинкам.

⇡#Дактилоскопический сенсор Snapdragon Sense ID 3D — проще и надежнее

Датчик отпечатка пальца в смартфонах уже успел себя неплохо зарекомендовать — это наиболее простой и быстрый способ разблокировать смартфон или ввести пароль, одновременно надежный и удобный. До недавнего времени в смартфонах использовалось два типа дактилоскопических сенсоров — оба емкостные, но один — активный, другой — пассивный. Первый тип можно встретить в iPhone 6, 6 Plus и Huawei Mate 7, а второй — в Samsung Galaxy S5. Активный емкостный датчик отличается от пассивного тем, что он не столь требователен к чистоте пальцев и к тому, чтобы на поверхности самого сенсора не было царапин. В результате нормально использовать датчик в iPhone получалось намного чаще, чем в Galaxy S5, где для аутентификации приходилось проводить пальцем два, а то и три раза. Тем не менее у обоих есть свои недостатки. 

Qualcomm предлагает принципиально другой способ — ультразвуковой. При помощи пьезоэлектрических излучателей генерируется высокочастотная звуковая волна, которая проникает сквозь самый верхний слой кожи, частично отражается и затем фиксируется матрицей пьезоэлектрических же приемников. Поскольку звук, в отличие от электричества, распространяется не мгновенно, ультразвуковой датчик позволяет учитывать не только зафиксированную датчиками энергию, но и время, через которое был получен сигнал — это добавляет картине дополнительное, третье измерение. На основании этих данных строится изображение поверхности пальца — псевдотрехмерный отпечаток, позволяющий учитывать мелкие детали вроде пор, которые емкостный сенсор разглядеть не в состоянии. Данный способ позволяет, с одной стороны, сделать распознавание отпечатка более стабильным, а с другой — повысить защищенность: более точный ультразвуковой сенсор сложнее обмануть. А поскольку процедура считывания занимает некоторое время, сенсор успевает фиксировать прилив или отлив крови в сосудах — по сути, определяя, что перед ним действительно живой человек. Так что любители черного юмора и криминальных драм могут не волноваться: отрезать палец и использовать его для разблокировки не получится.

Ультразвуковой способ не только более точный, но и более универсальный. Во-первых, датчик не обязательно размещать в кнопке — его можно спрятать в любой части телефона: ультразвуковой способ не требует максимально плотного прилегания пальца к поверхности. Во-вторых, материал над датчиком не обязан быть стеклом: никто не мешает использовать проводящие материалы вроде металла, которые совершенно непригодны при создании емкостных датчиков. Также подойдут пластик, сапфир, все то же стекло — в общем, более-менее все, из чего можно сделать корпус смартфона. 

Наконец, ультразвуковой датчик, в отличие от емкостного, не сходит с ума, если пользователь недостаточно хорошо вытер руки или намазал их каким-нибудь кремом. Все эти дополнительные слои изменяют емкость, искажая восприятие емкостных датчиков, тогда как для ультразвука они не представляют никакой преграды.

Qualcomm демонстрировала новые датчики на стенде: одного касания пальцем достаточно для того, чтобы получить достаточно детализированный отпечаток. При этом в некоторых образцах датчик не было видно вообще — он был спрятан в корпусе смартфона и никак не выделялся визуально.

Sense ID 3D состоит не только из самого датчика, но и из интегральной микросхемы QBIC (Qualcomm Integrated Biometric Circuit) и дополнительной программно-аппаратной части, за которую отвечает платформа Secure MSM, имеющаяся в каждом современном чипсете Qualcomm. Благодаря использованию Secure MSM и поддержке FIdO (Fast Identitiy Online) информация о вашем отпечатке пальца никогда не покидает пределов смартфона — наружу отдаются лишь конечные данные: прошел пользователь аутентификацию или нет. Соответственно, шансы, что ваш отпечаток пальца утечет в Сеть, существенно снижаются.

Из уже существующих платформ Snapdragon Sense ID 3D поддерживают две — Snapdragon 425 и Snapdragon 810, однако в теории технология совместима со всеми чипами Qualcomm из семейств 400, 600 и 800. Само собой, ультразвуковой датчик можно будет подключать и к чипсету Snapdragon 820 — когда он наконец появится в виде готового чипа. Устройства с новым сканером должны выйти на рынок до конца этого года.

⇡#Платформа Qualcomm Zeroth — искусственный интеллект

Qualcomm Zeroth — первое творение Qualcomm в области когнитивного компьютинга. Звучит громко, но Zeroth достаточно сложно описать конкретными словами. В общих чертах — это программа, которая способна сопоставлять образы и находить в них схожие элементы. Так, если «скормить» Zeroth большое количество изображений, на которых есть, к примеру, человеческое лицо, и каждый раз объяснять, что это именно лицо, а не что-то иное, то Zeroth научится различать лица на других изображениях, обнаруживая их с высокой степенью вероятности. И чем больше она их обнаружит, тем лучше будет делать это в дальнейшем.

—

«Нет людей, на улице, растения»

Когнитивные программы, как и емкостные сенсоры отпечатков пальцев, изобрела не Qualcomm, но именно Qualcomm адаптировала их для использования в мобильных устройствах. Для работы Zeroth требуется вся вычислительная мощь анонсированного на MWC 2015 флагманского процессора Snapdragon 820, в том числе и возможности графического адаптера — для гетерогенных вычислений с высокой степенью параллелизма. Ранее подобные программы можно было запускать только на настольных компьютерах или на чем-нибудь помощнее. Ну или в облаке, как это делает, скажем, Apple, предлагая пользователям общаться с Siri, которая работает на облачном движке распознавания речи Nuance Dragon.

Пока Qualcomm не говорит о каких-либо конкретных способах применения Zeroth в устройствах на базе Snapdragon 820 — калифорнийцы называют платформу «фундаментом для дальнейшего расширения функциональности». И предлагает много потеницальных вариантов этого дальнейшего расширения, которые, правда, не обязательно будут воплощены в жизнь. Рассмотрим парочку, которая была представлена на стенде.

Если программа видит знакомого человека, она добавляет к нему подпись с именем

Самое простое применение — распознавание сцены при фотосъемке и автоматический подбор настроек, обеспечивающих наилучшее качество снимка. В том виде, в котором Zeroth была представлена на MWC 2015, программа для создания фотоснимков уже обучена различать, присутствует ли в кадре человек, есть ли там небо, снимает ли фотограф еду (да, хипстеры!) или пейзаж. Информация о том, что «думает» о кадре программа, для наглядности выводилась на экран. В том или ином виде эта технология существует во всех современных камерах (режимы «Суперавто» и т.п.), но здесь она, во-первых, реализована силами универсальной платформы, а во-вторых, поддается дальнейшему обучению.

«Нет людей, еда»

Второй вариант — распознавание рукописного ввода. На стенде предлагалось просто написать на листке бумаги какую-нибудь фразу — и навести на него камеру планшета с Zeroth на борту. Точность распознавания пока далеко не идеальная, но вполне приличная — кривой почерк автора этого материала иногда не способны прочитать даже люди, а планшет верно распознал большую часть слов. Правда, в глаза бросается то, насколько много аспектов надо предусмотреть, чтобы программа работала гладко и стабильно. Например, справиться с отдельным словом, написанным крупным шрифтом, не смогла — ее учили, что люди обычно пишут на листе как минимум несколько строк текста. 

На данном этапе Zeroth знакома с английским языком — то есть с латиницей и словарем, — но в перспективе ее собираются обучить испанскому, итальянскому, французскому и немецкому. Затем последуют кириллические языки. Опять-таки ничего принципиально нового Zeroth не предлагает: Abbyy со своим Finereader ушла намного дальше, но напомним, что Finereader — спеицализированное приложение, а Zeroth — универсальная платформа, которой вместо картинок показали словарь.

Похоже, неточность распознавания программа компенсирует чувством юмора

Среди других потенциальных применений, которые предлагает Qualcomm, — повышение безопасности за счет объяснения Zeroth стандартных схем поведения зловредов, оптимизация беспроводных соединений, предугадывание действий пользователя, автоматическая регулировка громкости звука, распознавание речи и жестов. В общем, Zeroth — это действительно своего рода фундамент для дальнейшего развития мобильных устройств в самых разных направлениях. И пускай почти все это можно делать уже сейчас с применением облачных технологий, по-настоящему широкомасштабное применение будет доступно только тогда, когда обработка информации будет выполнятся непосредственно на устройстве — именно это и предлагает Zeroth.

⇡#LTE-U — сети LTE в нелицензируемом диапазоне

Скорость подключения к Сети во многих случаях является критичным параметром. Сети практически везде перегружены, и потому не позволяют достичь показателей, хоть сколько-то близких к теоретическому максимуму. Например, в Москве развернута сеть LTE Cat.6 с агрегацией двух несущих по 20 МГц каждая, что в теории позволяет загружать данные со скоростью до 300 Мбит/с. Но где вы видели хотя бы 100 Мбит/с?!

Qualcomm предлагает решать эту проблему, используя LTE на нелицензируемых частотах. В ближайшей перспективе — на частоте 5 ГГц, на которой, например, работает Wi-Fi. По сути это простое и изящное решение: просто выбираем наименее загруженный канал в этом диапазоне и добавляем его как дополнительную полосу к уже имеющимся в лицензируемом спектре, получая тем самым увеличенную пропускную способность сети. Та же самая агрегация несущих, только в другом диапазоне. Данную технологию придумала не Qualcomm — это плод коллективных усилий сразу нескольких крупных компаний, что-то вроде первого шага на пути к сетям 5G. А на MWC 2015 Qualcomm анонсировала, что новые чипсеты для фемтосот FSM99xx и FTR8950 будут поддерживать LTE-U. Само собой, одних только точек доступа для работы этой технологии недостаточно — клиентские устройства тоже должны поддерживать LTE-U. Так что вместе с FSM99xx и FTR8950 Qualcomm представила WTR3950 — первый трансивер, способный работать с LTE-U. Он производится в рамках 28-нм техпроцесса и поддерживает агрегацию полос шириной до 40 МГц из 5-ГГц диапазона.

Но вернемся к самой технологии LTE-U: если бы все было так просто, как это звучит в определении, данную идею гарантированно реализовали бы раньше. Но делу может мешать очень многое — начиная с  интерференции радиоволн и заканчивая государственным регулированием использования нелицензируемых диапазонов. 

По заявлениям Qualcomm, LTE-U отлично сосуществует в одном диапазоне с Wi-Fi. Во-первых, фемтосоты LTE-U выбирают наименее загруженный канал, чтобы избежать интерференции с другими сигналами — в 5-ГГц диапазоне доступно несколько каналов по 20 МГц. Во-вторых, если чистого канала нет, в дело вступает пространственно-временное разделение сигналов. По сути, ноды LTE анализируют эфир и стараются передавать данные так, чтобы избежать коллизий с другими беспроводными сетями, чередуя периоды активности и «молчания». 

В Qualcomm изучали поведение LTE-U и Wi-Fi даже в условиях высокой загрузки диапазона — и пришли к выводу, что LTE-U сказывается на работе Wi-Fi-точки в меньшей степени, чем включение второй Wi-Fi-точки доступа. Правда, условия проведения данного эксперимента далеки от реальных. При этом и пропускная способность сети некоего сферического оператора в вакууме при использовании LTE и LTE-U оказывается выше, чем в случае если этот сферический оператор пытался бы объединять LTE и Wi-Fi.

А вот проблема с государственным регулированием остается. В России устройства, работающие в диапазоне 5 ГГц, разрешено использовать только в пределах зданий — и то, если мощность передатчика не превышает 100 мВт: в противном случае надо получать лицензию. Так что либо по мере развития технологий наше государство пересмотрит свои взгляды на лицензии, как уже сделало однажды в 2013 году, либо LTE-U нам пока не светит — разве только в том же виде, что и Wi-Fi 5 ГГц. А поскольку пока никаких движений в направлении пересмотра законодательства правительство пока не делает и вряд ли будет делать, то LTE-U для нас остается отличной идеей — и только.

⇡#Заключение

Подводя итог нам остается рассказать только о том, когда рассмотренные технологии будут доступны на рынке. Дактилоскопический сенсор, как мы уже говорили, должен появиться в конечных устройствах до конца года, Zeroth, вероятно, научат каким-нибудь интересным трюкам и интегрируют в конечные устройства в течение ближайших двух-трех лет, а LTE-U, скорее всего, стартует одновременно с началом развертывания сетей 5G — хотя операторы Verizon и NTT DoCoMo уже начали тестировать эту технологию, массовое ее применение стоит ожидать году эдак в 2020-м.