在一年一度的iPhone發(fā)布活動開始大約72分鐘后，蘋果營銷高級副總裁Phil Schiller邀請Sri Santhanam上臺，介紹三款新手機(jī)內(nèi)置的全新A13仿生芯片。蘋果負(fù)責(zé)硅工程的Santhanam略顯靦腆，發(fā)表了四分鐘的講話。從各方面說，這可能是整個活動中最重要的四分鐘，然而并沒有太多觀眾注意到這點(diǎn)，他們往往被閃亮的新款iPhone、三攝像頭系統(tǒng)、神奇的暗黑模式、令人印象深刻的視頻功能，以及更重要的電池電量提升所吸引。

　　當(dāng)Santhanam說完的時候，讓人想到的只有數(shù)字。蘋果的新芯片包含85億個晶體管。此外，還有6個CPU內(nèi)核：兩個運(yùn)行在2.66 GHz的高性能內(nèi)核(稱為Lightning)和4個效率內(nèi)核(稱為Thunder)。它有一個四核圖形處理器，一個LTE調(diào)制解調(diào)器，一個蘋果設(shè)計的圖像處理器，以及一個用于機(jī)器智能功能的八核神經(jīng)引擎，它每秒可以運(yùn)行超過5萬億次操作。

　　這款新芯片更智能、更快、更強(qiáng)大，但不知何故卻比它的前輩消耗更少的能量。它的效率比去年的A12芯片高出30%左右，這也是新款iPhone每天電池續(xù)航時間增加5小時的原因之一。

　　iPhone 11 Pro及其姊妹產(chǎn)品的發(fā)布，再次證實(shí)了蘋果相對于競爭對手的真正優(yōu)勢在于擁有整個垂直堆棧：軟件、系統(tǒng)硬件和芯片設(shè)計。從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能，到深度融合和暗黑模式等計算攝影模式，可以在iPhone的各種功能設(shè)置中看到這些好處。

　　“今年性能提升帶來的最大好處之一就是文本到語音的轉(zhuǎn)換，”Schiller在坐下來討論A13仿生及其功能時表示。“我們已經(jīng)增強(qiáng)了iOS 13的文本到語音功能，這樣就有了更多的自然語言處理，而這一切都是通過機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)引擎完成的。”

　　時鐘周期

　　自2007年發(fā)布第一代iPhone以來，蘋果已經(jīng)走過了漫長的道路。第一部手機(jī)速度很慢，甚至無法執(zhí)行最基本的任務(wù)，比如復(fù)制和粘貼文本。它的電池續(xù)航能力很差，它的攝像頭會讓超?？雌饋硐瘛犊茖W(xué)怪人的新娘》。最初的iPhone幾乎不存在多任務(wù)處理功能，它是由一塊412MHz的芯片驅(qū)動的。這款手機(jī)由包括三星DVD播放器芯片在內(nèi)的部件組裝而成。很難想象這樣一種設(shè)備有一天會顛覆電話、計算機(jī)和通信的整個理念。

　　蘋果很快意識到，如果它想要領(lǐng)先于競爭對手，尤其是那些在Android生態(tài)系統(tǒng)中的競爭對手，它就需要構(gòu)建完整的堆棧——這是一個復(fù)雜的過程。蘋果在2008年的某個時候決定設(shè)計并制造自己的硅。當(dāng)時，該公司只有40名工程師致力于集成來自不同供應(yīng)商的芯片。然后，在2008年4月，蘋果以2.87億美元收購了一家名為P.A. Semi的芯片初創(chuàng)公司。這樣一來，芯片工程師的總數(shù)就增加到了150人左右，并為手機(jī)帶來了最重要的專業(yè)技術(shù)：能效。這群人的勞動成果最早是通過iPad 4和iPhone 4向世界展示的。這些設(shè)備使用的處理器名為A4，是ARM芯片設(shè)計的改良版。A4的主要功能是讓視網(wǎng)膜顯示屏發(fā)光。

　　多年來，蘋果的芯片已經(jīng)啟用了一些功能，這些功能會在發(fā)布會上引起大多數(shù)人的驚嘆。Siri、視頻通話、基于指紋和圖像的識別、相機(jī)的多種功能——所有這些都是蘋果硅技術(shù)進(jìn)步的成果。在2017年iPhone X的發(fā)布會上，我在博客上寫道：“Face ID完美地詮釋了蘋果不那么神秘的‘秘密醬料’——硅、物理硬件、軟件和設(shè)計的完美共生。它們將復(fù)雜技術(shù)轉(zhuǎn)化為神奇時刻的能力，是基于這種需求的和諧結(jié)合。”這是喬布斯為他創(chuàng)立的公司留下的真正遺產(chǎn)。

　　競爭開始

　　Johny Srouji負(fù)責(zé)蘋果龐大的芯片業(yè)務(wù)以及其他硬件技術(shù)。許多人認(rèn)為，該公司年度研發(fā)預(yù)算的很大一部分被指定給了Srouji的團(tuán)隊。幾年前，Srouji在接受《彭博商業(yè)周刊》采訪時表示：“喬布斯得出的結(jié)論是，蘋果要想真正做到與眾不同，并推出真正獨(dú)特、真正偉大的產(chǎn)品，就必須擁有自己的硅材料。”據(jù)說，該公司的芯片業(yè)務(wù)有幾百名成員，但向蘋果高管追問細(xì)節(jié)時，他們很快就沉默了。

　　蘋果的芯片優(yōu)勢并沒有被業(yè)界忽視。使用商用硅還不足以趕上蘋果，因為蘋果一直在錘煉自己的芯片優(yōu)勢，不然它也不會一次只推出一部手機(jī)和一臺平板電腦。華為和三星這兩家公司很快意識到，移動技術(shù)的未來將需要定制硅，從而使它們能夠領(lǐng)先于Android競爭對手，更好地與蘋果競爭。

　　這些公司與高通正處于一場硅軍備競賽中，并不斷在排行榜上上演洗牌。最新一代的A12仿生芯片在發(fā)布時比蘋果的競爭對手略占優(yōu)勢。今年，蘋果利用iPhone 11發(fā)布會的機(jī)會，加強(qiáng)了自己的領(lǐng)先地位。

　　Linley Gwennap是研究咨詢公司Linley Group的創(chuàng)始人，也是有影響力的微處理器報告通訊的出版商，被廣泛認(rèn)為是最重要的處理器專家之一。Gwennap一生的大部分時間都致力于處理器和芯片的研發(fā)，并且他不太容易被營銷用語打動。他表示，蘋果確實(shí)有優(yōu)勢，它能在基準(zhǔn)測試中獲勝，但優(yōu)勢并不多。

　　Gwennap在接受采訪時談到上一代A12仿生時指出，雖然蘋果在單CPU競爭中處于領(lǐng)先地位，但其他廠商與蘋果的競爭相對激烈。

　　“我不認(rèn)為他們會走得更遠(yuǎn)，”他表示。“我預(yù)計三星、高通和華為將提升自己的地位。”

　　那么，自去年的A12以來，他們的表現(xiàn)是否有所提高呢?與蘋果三大競爭對手的最新芯片相比，新款六核A13仿生芯片究竟有什么優(yōu)勢?讓我們看看這些數(shù)字。

　　三星最新的處理器Exynos 9825有8個核，被分成三個集群：兩個高性能定制Mongoose核運(yùn)行在2.73GHz，另外兩個Cortex A75核運(yùn)行在2.4GHz，四個專注于效率的Cortex A55核運(yùn)行在1.9GHz。有一個Mali GPU和三星的神經(jīng)處理單元，以及LTE和內(nèi)存功能。

　　華為的芯片名為麒麟990 5G，采用了類似的三集群、八核技術(shù)。有兩個高性能的Cortex A76內(nèi)核運(yùn)行在2.86GHz，另外兩個A76內(nèi)核運(yùn)行在2.35GHz，四個注重效率的Cortex A55內(nèi)核運(yùn)行在更慢的1.95GHz。構(gòu)成該芯片的是一個16核的GPU和一個三核的Da Vinci神經(jīng)引擎。華為的芯片包含多達(dá)103億個晶體管。

　　高通的新驍龍855 Plus非常像麒麟990和Exynos。它使用定制的Kryo 485 Gold核心，其中一個功能強(qiáng)大的集群時鐘頻率為2.96GHz，另外三個Kyro 485 Gold核心以2.42GHz的時鐘速度運(yùn)行，四個專注于效率的Kryo 485 Silver核心運(yùn)行頻率為1.78GHz。它包括一個Adreno GPU和高通的Hexagon 690 AI引擎。

　　這些芯片有一些更快的組件，所以你可能會認(rèn)為這些芯片的性能比蘋果的好，但事實(shí)是，我們幾乎沒有使用移動設(shè)備中芯片的全部容量。一個或兩個高性能的內(nèi)核足以滿足我們對手機(jī)的大部分需求。與競爭對手的8核處理器相比，蘋果的6核設(shè)計可能顯得有些滯后，但實(shí)際上，其芯片上的兩個大處理器很容易超越競爭對手的設(shè)計。蘋果的處理器更有效地消耗能量，這使它們比競爭對手有明顯的優(yōu)勢。例如，三星的Mongoose芯片需要謹(jǐn)慎使用，以免導(dǎo)致裝有它們的設(shè)備過熱。即使是最新設(shè)計的A13自定義效率核心也優(yōu)于競爭對手。

　　Gwennap在今年早些時候的微處理器報告中指出：“盡管蘋果的內(nèi)核不是最大的，但它們在移動性能方面繼續(xù)領(lǐng)先。”在他寫這篇文章的時候，他說的是A12芯片，而A13的性能提高了20%。

　　因此，這里的要點(diǎn)是，規(guī)格和基準(zhǔn)沒有考慮到蘋果的真正優(yōu)勢——與設(shè)備緊密集成，以及該公司在提高關(guān)鍵應(yīng)用性能的同時，為電池爭取了更多時間。

　　權(quán)力游戲

　　那么，一家手機(jī)公司如何以一種能與客戶產(chǎn)生共鳴的方式展示這些技術(shù)成果呢?芯片語言無關(guān)緊要，重要的是擁有最好的相機(jī)，最快的手機(jī)，還有最大的電池。我們使用Instagram、Facebook或YouTube的時間越長，就越愿意把錢花在這些高端手機(jī)上。蘋果新推出的iPhone 11 Pro和iPhone 11 Pro Max重點(diǎn)關(guān)注了電池。這兩款手機(jī)的電池續(xù)航時間將分別增加4小時和5小時。它們是怎么做到的?

　　這個問題的答案清楚地說明了蘋果擁有整個堆棧的內(nèi)在優(yōu)勢。為了了解這種垂直整合是如何體現(xiàn)在像A13仿生芯片這樣的芯片上的，Schiller和Anand Shimpi接受了采訪。Anand Shimpi在過去是一位有影響力的專注于半導(dǎo)體和系統(tǒng)的記者，并且創(chuàng)建了Anandtech網(wǎng)站，現(xiàn)在是蘋果平臺架構(gòu)團(tuán)隊的一員。

　　新的A13在性能上大大超過了去年的A12，它的所有主要部件都有20%的性能提升：六個CPU、圖形處理器和神經(jīng)引擎。對于一個已經(jīng)表現(xiàn)出色的芯片來說，看到如此顯著的提振，有點(diǎn)像是在看博爾特在沖刺中擊敗了自己。

　　“我們經(jīng)常公開談?wù)撔阅埽?rdquo;Shimpi表示。“但事實(shí)是，我們將其視為每瓦特的性能，這其實(shí)是在追求能源效率，如果構(gòu)建高效設(shè)計，您也會碰巧建立性能設(shè)計。”

　　Shimpi和Schiller都對能效和性能的瘋狂關(guān)注表現(xiàn)出了強(qiáng)烈的態(tài)度。例如，CPU團(tuán)隊將研究如何在iOS上使用應(yīng)用，然后使用數(shù)據(jù)優(yōu)化未來的CPU設(shè)計。這樣，當(dāng)下一代iPhone問世時，它將能更好地完成大多數(shù)人在iPhone上做的事情。

　　Shimpi表示：“對于不需要額外性能的應(yīng)用，可以運(yùn)行在去年的性能上，并且只需要更低的功耗即可。”

　　這種策略不僅適用于CPU。同樣的每瓦特性能規(guī)則也適用于機(jī)器學(xué)習(xí)功能和圖形處理。例如，如果一個開發(fā)者在iPhone的攝像軟件上看到了GPU的大量使用，那么她就可以和GPU架構(gòu)師一起找出更好的方法來做事情。這將為未來的圖形芯片帶來更有效的設(shè)計。

　　硅協(xié)同

　　那么當(dāng)A13 Bionic開始工作時會發(fā)生什么呢?一般概念包括任務(wù)、委托和交接。對于低能耗的任務(wù)，比如打開和閱讀電子郵件，iPhone將使用更高效的內(nèi)核。但是對于更復(fù)雜的任務(wù)，比如加載復(fù)雜的web頁面，這將由高性能內(nèi)核負(fù)責(zé)。對于一些常規(guī)的、已建立良好的機(jī)器學(xué)習(xí)工作，神經(jīng)引擎可以自行運(yùn)轉(zhuǎn)。但是對于更新的、更先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，CPU及其專用的機(jī)器學(xué)習(xí)加速器提供了幫助。

　　然而，蘋果的秘密在于，芯片的所有這些不同部分都以一種節(jié)約電池電量的方式協(xié)同工作。在一個典型的智能手機(jī)芯片中，芯片的某些部分被用來完成特定的任務(wù)。把它想成是為整個社區(qū)打開電源，讓他們吃晚飯、看《權(quán)力的游戲》，然后關(guān)掉電源，然后為另一個想玩電子游戲的社區(qū)打開電源。

　　對于A13，在單一的集成基礎(chǔ)上，可以考慮采用相同的開關(guān)方式，從而消耗更少的電子。

　　“機(jī)器學(xué)習(xí)在整個過程中都在運(yùn)行，無論是管理電池壽命還是優(yōu)化性能，”Schiller表示。“10年前還沒有機(jī)器學(xué)習(xí)?，F(xiàn)在，它總是在運(yùn)行，在做事。”

　　最后，這項技術(shù)的進(jìn)步是由我們?nèi)祟愊霃氖謾C(jī)中得到的一些簡單的東西所決定的——激烈的游戲在手機(jī)上運(yùn)行起來就像在游戲機(jī)上一樣流暢，或者在昏暗的夜晚用相機(jī)拍下漂亮干凈的照片。當(dāng)我們點(diǎn)擊和滑動的時候，蘋果的工程師們正在集中注意力，重新開始他們的設(shè)計，并為明年的芯片工作，這將吸引我們再次升級。

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