蘋果A13芯片深度解讀_風聞

來源：本文由搜狐-科技新鮮匯翻譯自「wired」，謝謝。

每年iPhone推出活動大約72分鐘，Apple營銷高級副總裁Phil Schiller邀請Sri Santhanam上台，並談論在這三款新手機中的全新A13仿生芯片。輕微而害羞的蘋果公司負責硅工程的副總裁Santhanam接着講了四分鐘。在很多方面，它們是整個活動中最重要的四分鐘。沒有人注意到 - 觀眾被閃亮的新iPhone，三相機系統，神奇的夜間模式，令人印象深刻的視頻功能以及更重要的是電池電量的提升所誘惑。

當Santhanam完成談話時，我能想到的只是數字。Apple的新芯片包含85億個晶體管。此外，還有六個CPU內核：兩個運行頻率為2.66 GHz的高性能內核（稱為Lightning）和四個效率內核（稱為Thunder）。它擁有四核圖形處理器，LTE調制解調器，Apple設計的圖像處理器和用於機器智能功能的八核神經引擎，每秒可運行數萬億次運算。

這款新芯片更智能，更快速，更強大，但它以某種方式設法比上一代產品消耗更少的電量。它比去年的A12芯片效率提高了約30％，這是影響新款iPhone每天額外5小時電池續航時間的因素之一。

iPhone 11 Pro及其兄弟姐妹的推出再次證明，蘋果與競爭對手相比的真正優勢在於擁有整個垂直堆棧：軟件，系統硬件和芯片設計。你可以從iPhone的功能集中看到這些增益的好處，從增強現實功能到深度融合和夜間模式等計算攝影模式。

“今年性能提升帶來好處的最大例子之一就是文本到語音，”席勒説，當我們坐下來討論A13 Bionic及其功能時。“我們已經增強了我們的iOS 13文本到語音功能，因此有更多的自然語言處理，這些都是通過機器學習和神經引擎完成的。”

時鐘週期

從2007年推出原版iPhone開始，Apple已經走了很長一段路。第一款手機速度很慢，甚至無法執行復制和粘貼文本等最基本的任務。電池壽命很長。它的相機會讓超級名模看起來像弗蘭肯斯坦的新娘。在最初的iPhone中幾乎不存在多任務處理，它由一個運行在412 MHz的芯片驅動。這款手機由三星DVD播放器中使用的芯片組成。很難想象有一天這樣的設備會顛覆整個電話，計算和通信的概念。

蘋果公司很快就明白，如果它希望保持領先於競爭對手，尤其是那些Android生態系統中的競爭對手，它需要建立整個堆棧湯。Apple公司決定在2008年的某個時候設計和製造自己的芯片。當時，該公司只有40名工程師致力於集成各種供應商的芯片。然後，在2008年4月，Apple 收購了一家芯片創業公司名為PA Semi，價值2.87億美元。這使得芯片工程師的總數增加到大約150個，併為電話中最重要的事項帶來了家庭專業知識：電源效率。這組產品的成果首先在iPad 4和iPhone 4中向全世界展示。這些設備由A4處理器驅動，這是ARM Holdings的芯片設計的修改版本。A4的主要焦點是使Retina顯示器閃耀。

多年來，Apple芯片已經啓用了功能，這些功能在其着名的活動中引起了大多數人的注意。Siri，視頻通話，基於指紋和圖像的識別，相機的多種功能 - 這些都是Apple公司在硅片方面取得的進步。在2017年推出iPhone X時，我在我的博客上寫道：“FaceID是Apple不太秘密’秘密醬’的完美例證 - 硅，物理硬件，軟件和設計的完美共生。他們的能力把複雜的技術變成一個神奇的時刻，取決於這種和諧的需求結合。“ 這是史蒂夫喬布斯為他共同創立的公司的真正遺產。

芯片競爭

Johny Srouji負責蘋果公司龐大的芯片業務以及其他硬件技術。許多人認為該公司年度研發預算的很大一部分專門用於Srouji的團隊。“史蒂夫得出的結論是，蘋果能夠真正實現差異化並提供真正獨特且真正偉大的產品的唯一途徑，你必須擁有自己的芯片，” 幾年前Srouji 告訴彭博商業週刊。據説該公司在其芯片運營方面擁有數百名成員，但向Apple高管提出具體細節，他們迅速提起訴訟。

蘋果的芯片優勢在業內並未被忽視。使用商用硅片還不足以趕上蘋果公司，蘋果公司一直在攫取其芯片優勢，一部手機和一部平板電腦。華為和三星 - 後者從一開始就是蘋果公司的佼佼者 - 兩家公司很快就意識到移動技術的未來需要定製芯片才能讓他們領先於Android競爭對手並更好地與蘋果競爭。

這些公司以及高通公司正在進行硅競爭，不斷推進排行榜上的老虎機。上一代A12 Bionic芯片在宣佈蘋果公司的競爭對手時略有優勢，而今年蘋果公司在其iPhone 11發佈會上加強了其領先優勢。

Linley Gwennap是研究諮詢公司The Linley Group的創始人，也是有影響力的微處理器報告通訊的發行人，被廣泛認為是最重要的處理器專家之一。Gwennap一生大部分時間都致力於處理器和芯片，而且營銷方式並不那麼容易讓人印象深刻。當然，蘋果公司有一個優勢，他説，它在基準測試中獲勝。但邊緣並不是那麼多。

在接受採訪時談到上一代A12 Bionic時，Gwennap指出，雖然Apple領導單CPU競爭，但其他競爭對手相對具有競爭力。

“我不認為他們遙遙領先，”他説。“我希望三星，高通和華為能夠提升自己的競爭力。”

那麼自從去年的A12以來他們加強了比賽嗎？究竟新的六核A13 Bionic如何與蘋果三大競爭對手的最新芯片相抗衡？我們來看看數字。

三星的最新處理器Exynos 9825有八個內核，分為三個集羣：兩個運行速度為2.73 GHz的高性能定製Mongoose內核，另外兩個運行速度為2.4 GHZ的Cortex A75內核，以及四個以1.9 GHz運行的以效率為中心的Cortex A55內核。有一個Mali GPU和三星的神經處理單元，以及LTE和內存功能。

華為的芯片名為Kirin 990 5G，遵循類似的三核，八核（也稱為八核）方法。有兩個高性能Cortex A76內核運行在2.86 GHz，另外兩個A76兩個內核運行在2.35 GHz，四個以效率為中心的Cortex A55內核以更低的1.95 GHz運行。該芯片的核心是16核GPU，以及具有三核的Da Vinci神經引擎。華為的芯片包含103億個晶體管。

高通的新款Snapdragon 855 Plus與麒麟990和Exynos非常相似。它使用定製的Kryo 485 Gold內核，其中一個功率強大的集羣主頻為2.96 GHz，另外三個Kyro 485 Gold內核運行時鐘速度為2.42 GHz，另外四個以效率為中心的Kryo 485 Silver內核運行頻率為1.78 GHz。它包括Adreno GPU和Qualcomm的Hexagon 690 AI引擎。

這些芯片有更快的組件和更多的組件，所以你可能會認為這些芯片的性能優於Apple的。但實際情況是，我們很難使用移動設備中的芯片的全部容量。一個或兩個高性能內核足以滿足我們手機的大部分需求。與競爭對手的八核處理器相比，蘋果的六核設計可能看起來有些落後，但實際上，其芯片上的兩大處理器輕鬆勝過其競爭對手的設計。Apple的處理器更有效地消耗電力，這使它們比競爭對手具有明顯的優勢。例如，三星的Mongoose芯片需要明智地使用，以免它們導致包含它們的設備過熱。即使是A13新設計的定製效率核心也是其競爭對手的最佳選擇。

“雖然Apple的核心並不是最大的，但它們仍然在移動性能方面處於領先地位，”Gwennap今年早些時候在微處理器報告中指出。在他寫這篇文章時，他正在談論A12芯片。A13的性能提高了約20％。

因此，這裏的內容是規格和基準沒有考慮到蘋果真正的優勢 - 與設備的緊密集成，以及公司的發展戰略，即在提高關鍵應用程序性能的同時擠出更多的運行時間。

力量遊戲

那麼，電話公司如何以與客户產生共鳴的方式説明這些技術收益？芯片説話並不重要。重要的是擁有最好的相機，最快的手機，哦 - 是的 - 最大的電池。我們使用Instagram，Facebook或YouTube的時間越長，我們就越願意在這些高級手機上花錢。Apple的新款iPhone 11 Pro和iPhone 11 Pro Max檢查電池盒。這些手機的電池續航時間分別為4小時和5小時。他們是怎麼做到的？

這個問題的答案清楚地説明了Apple擁有整個堆棧的固有優勢。為了瞭解垂直整合是如何在像A13 Bionic這樣的芯片中體現出來的，我與Schiller和Anand Shimpi坐在一起，Anand Shimpi在過去的生活中是一位有影響力的以半導體和系統為重點的記者，創立了AnandTech網站。Shimpi現在是Apple平台架構團隊的一員。

新的A13在去年的A12上大幅超越，其所有主要組件的性能提升了20％：六個CPU內核，圖形處理器和神經引擎。對於一個已經很高性能的芯片來説，看到如此顯着的提升有點像看着Usain Bolt在衝刺中擊敗自己。

“我們公開談論性能，”Shimpi説，“但實際情況是，我們將其視為每瓦特性能。我們將其視為能效，如果您構建高效設計，您也會碰巧建立性能設計。”

Shimpi和Schiller都強烈關注這種對電源效率和性能的狂熱關注。例如，CPU團隊將研究如何在iOS上使用應用程序，然後使用這些數據來優化未來的CPU設計。這樣，當設備的下一個版本出現時，它會更好地完成大多數人在他們的iPhone上做的事情。

“對於不需要額外性能的應用程序，你可以按去年的性能運行，只需要以更低的功率運行，”Shimpi説。

這種策略不僅適用於CPU。相同的每瓦性能規則適用於機器學習功能和圖形處理。例如，如果使用iPhone相機軟件的開發人員看到GPU的大量使用，那麼她可以與GPU架構師合作，找出更好的做事方式。這為未來的圖形芯片帶來了更高效的設計。

Silicon Synergy

那麼當A13 Bionic上班時會發生什麼呢？一般概念涉及任務，授權和交接。對於低能耗任務 - 比如打開和閲讀電子郵件 - iPhone將使用更高效的核心。但是對於更復雜的任務，例如加載複雜的網頁，高性能核心需要付費。對於一些常規和完善的機器學習工作，神經引擎可以自行哼唱。但對於更新，更先進的機器學習模型，CPU及其專用的機器學習加速器可以提供幫助。

不過，Apple的秘訣在於芯片的所有這些部分以節省電池電量的方式協同工作。在典型的智能手機芯片中，芯片的一部分被打開以執行特定任務。可以把它想象成為整個社區的力量，讓他們吃晚餐，觀看權力的遊戲，然後關閉電源，然後為另一個想要玩電子遊戲的社區打開電源。

在A13中，考慮採用相同的開關方式，但在單一的家庭基礎上。更少的電子浪費。

席勒説：“無論是管理電池壽命還是優化性能，機器學習都在運行。” “十年前沒有機器學習。現在，它一直在運行，做事。”

最後，這項技術的發展取決於我們人類想要的簡單事物 - 我們的手機 - 在手機上作為控制枱順暢運行的激烈遊戲，或者在昏暗的中間拍攝美麗而乾淨的照片的相機點燃了一夜。當我們點擊並輕掃時，Apple的工程師正在關注，重新設計他們的設計，並在明年開發芯片，這將吸引我們再次升級。