Apple A11 Bionic: Это магия?

В сентябре 2017 года, как обычно, Apple представила публике очередную систему-на-чипе, безнадежно проигрывающую в войне спецификаций, непостижимым образом приходящую первой к финишу, оставляя позади победителей в этой войне. Интересный стиль. Слово “Bionic” в названии SoC появилось неспроста. На кристалле теперь размещался еще один процессор, который маркетинг Apple назвала “нейронным движком” (Neural Engine), основан на нейронных сетях, которым еще лет 20 назад пророчили лидирующую роль в вычислительной технике, и освобождает центральный процессор от забот о машинном обучении и прочих проявлениях искусственного интеллекта в нескольких предметных областях. Для сторонних разработчиков NPU был недоступен.

Группу машинного обучения и искусственного интеллекта в Apple с 2016 года возглавляет Руслан Салахутдинов, выходец из Российской Федерации. Один из ведущих ученых в этой непростой и перспективной области. Разработка NPU (Neural Processing Unit, нейронный процессор) в Apple началась еще в 2014 или 2015 году. Это совместная разработка группы машинного обучения и искусственного интеллекта и группы микроэлектроники. В секунду NPU выполняет 600 миллиардов операций, и это было только начало.

Площадь кристалла Apple A11 Bionic (87,7 мм2) почти в полтора раза меньше чем площадь Apple A10 Fusion (125,0 мм2). NPU занимает на кристалле всего 1,83 мм2. Меньше чем ядро “с высокой производительностью” (2,68 мм2) и больше чем энергосберегающее ядро (0,53 мм2). И на этих 1,83 мм2 выполняется до 600 миллиардов операций в секунду?

Это продолжение серии про чипы разработанные Apple. Предыдущие части здесь.

Apple A11 Bionic и PoP

Apple A11 Bionic производился TSMC по технологии 10 нм FinFET (процесс CLN10FF), всего на чипе было 4,3 миллиарда транзисторов. На кристалле размещались 6-ядерный CPU, 3-ядерный GPU собственной “яблочной” разработки, уже упоминавшийся NPU, процессор обработки изображений (ISP) нового поколения, сопроцессор M11 и много разных других интересных вещей. Тот самый “Секретный Анклав”, обеспечивающий безопасность данных и целостность устройства. Он же превращает телефон в кирпич, при неудачном взломе.

SoC, вместе с оперативной памятью (2 или 3 Гигабайта LPDDR4X, в разных устройствах), объединялся в одном корпусе (PoP), по технологии TSMC InFO. Технология InFO для TSMC была предметом заслуженной гордости. Apple очень повезло с партнерами. LPDDR4X – это вариант LPDDR4 с уменьшенным раза в два энергопотреблением. Apple использовала чипы памяти от Samsung и Micron. В приобретенном iPhone с Apple A11 Bionic могли оказаться любые из них. Лотерея, на этот раз беспроигрышная. Проблем с чипами памяти не было.

CPU

CPU состоял из двух силовых ядер Monsoon (“муссон”) и четырех экономичных Mistral. Все ядра могли работать одновременно. Apple реализовала это далеко не первой в индустрии, более того, в 2017 технологию Fusion уже считали устаревшей, во всех её формах, и ей на смену уже шла новая технология, DynamicIQ, вот только в отделении микроэлектроники Apple спешить не любили, тщательно все обдумывая и просчитывая, в итоге применяя козырные приемы самыми последними, но вдумчиво и с поразительными результатами. Так было и на этот раз.

Тактовую частоту удалось достоверно определить только для ядер Monsoon. До 2,39 ГГц, в нормальных условиях. В неблагоприятных (при нагревании до температуры близкой к опасной) тактовая частота снижалась. Рабочая тактовая частота ядер Mistral достоверно неизвестна. Встречающиеся упоминания про 1,39 и про 1,57 ГГц почти наверняка не имеют отношения к действительности. Официально Apple сообщала о росте производительности, по сравнению с A10, на 25% (Monsoon), на 70% (Mistral). На 70% выросла эффективность контроллера производительности второго поколения. Этот контроллер оптимизировал взаимодействие ядер между собой, судя по результатам смартфонов использующих этот SoC в бенчмарках и в тестах из реальной жизни, у него это получалось неплохо.

GPU

Графический процессор в Apple A11 Bionic был свой, “яблочной” разработки. 3-ядерный, на 30% более производительный чем GPU в Apple A10 Fusion. В A9 и A10, отделение микроэлектроники все активнее вносило свои изменения в графические процессоры от PowerVR. В Apple A10 Fusion изменения были уже очень серьезными. И вот – свершилось. Внешне, под электронным микроскопом, “яблочный” GPU почти не отличался от прежнего. Эксперты даже насчитали в нем 6 ядер (кластеров, как их назвали в PowerVR), но едва ли Apple стала выдавать чужое за своё. И хозяин – барин. Если разработчик GPU заявляет о трех ядрах, значит их три. Шесть ядер было бы солиднее, но это не важно.

Достоинства собственного GPU очевидны: графический процессор был оптимизирован для работы с Metal 2. OpenCL и OpenGL поддерживались на приличном уровне, хоть и не самые свежие их версии. Радостные публикации в СМИ о том, что в Apple A11 Bionic все же нашлись недостатки Apple проигнорировала. У них были, как мы теперь знаем, совсем другие планы. 3-мерная производительность, игровые способности и все прочие важные для умного телефона элитного класса, естественно, поддерживались.

Гонки и выводы

В одной из статей, сравнивавших Apple A11 Bionic с Qualcomm Snapdragon 845, сначала сравнивались спецификации участников поединка. По всем сравниваемым параметрам Snapdragon или превосходил Bionic’а, или они были равны. Ядер больше (8 против 6), оперативная память у обоих противников LPDDR4X, но у Snapdragon её контроллер 2-канальный, более передовой DynamicIQ у Snapdragon вместо ассиметричного Fusion у A11, а результат – победил Apple A11 Bionic, с приличным отрывом. Вопреки всему.

Авторы пришли к выводу что гонки были нечестными: ядра ARM Corteх A75, используемый в Snapdragon 845 – универсальные, их эффективность зависит от особенностей смартфона в котором они применяются. А Apple A11 Bionic разработан специально для iPhone 8/8 Plus/X, и тщательно оптимизирован именно для них. Ну и – больше транзисторов на SoC, я бы к этим рассуждениям добавил яблочко на крышке SoC. Потому что именно так все и было задумано.

А эксперты, оценивая положение дел в процессорной индустрии, пришли к выводу что в победах Apple ничего удивительного нет. Отдел микроэлектроники Apple опережает всех конкурентов компании, как минимум, на два года. Только и всего. Ну не жулики?

Продолжение следует, а пока обсудить историю Apple вы можете в нашем Telegram-чате.

Источник