在今年的iPhone發(fā)布會(huì)進(jìn)行了大約72分鐘后，蘋(píng)果負(fù)責(zé)營(yíng)銷(xiāo)的高級(jí)副總裁菲爾·席勒(Phil Schiller)邀請(qǐng)?zhí)O果負(fù)責(zé)芯片的副總裁斯里·薩薩納姆(Sri Santhanam)上臺(tái)，談?wù)撛谒腥钚率謾C(jī)中使用的全新A13仿生芯片，后者發(fā)表了四分鐘的演講。從很多方面看，這才是整個(gè)蘋(píng)果發(fā)布會(huì)上最重要的時(shí)刻，只是在全新iPhone及其諸多功能改進(jìn)的掩映下，幾乎沒(méi)有人注意到這一點(diǎn)。

當(dāng)薩薩納姆演講結(jié)束時(shí)，我們所能記住的就是那些數(shù)字了。蘋(píng)果最新芯片包含85億個(gè)晶體管，有六個(gè)CPU內(nèi)核：包括兩個(gè)運(yùn)行頻率為2.66 GHz的高性能內(nèi)核(稱(chēng)為L(zhǎng)ightning)和四個(gè)效率內(nèi)核(稱(chēng)為T(mén)hunder)。A13仿生芯片有四核圖形處理器、LTE調(diào)制解調(diào)器、蘋(píng)果設(shè)計(jì)的圖像處理器以及用于機(jī)器智能功能的八核神經(jīng)引擎，每秒可進(jìn)行超過(guò)5萬(wàn)億次運(yùn)算。

這款新芯片更智能化、更快、更強(qiáng)大，但功耗卻比前一代芯片更低。與去年的A12芯片相比，這款芯片的效率提高了約30%，這也是促使新款iPhone每天電池續(xù)航時(shí)間增加5個(gè)小時(shí)的重要因素之一。

iPhone 11系列發(fā)布，只是重申了蘋(píng)果相對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的真正優(yōu)勢(shì)，即擁有獨(dú)家的軟件、系統(tǒng)硬件和芯片設(shè)計(jì)。你可以在iPhone的諸多功能中看到這些好處，包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能和計(jì)算攝影模式，如深度融合(Deep Fusion)與夜間模式等。

席勒在談?wù)揂13仿生芯片及其功能時(shí)說(shuō)：“今年性能提升好處的最大例子之一是文本轉(zhuǎn)語(yǔ)音功能。我們已經(jīng)增強(qiáng)了iOS 13中的文本轉(zhuǎn)語(yǔ)音能力，提供了更強(qiáng)大的自然語(yǔ)言處理能力，而這一切都是通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)引擎完成的。”

時(shí)鐘周期

自2007年推出第一代iPhone以來(lái)，蘋(píng)果已經(jīng)走過(guò)了很長(zhǎng)的路。該公司第一部智能手機(jī)速度很慢，甚至不能執(zhí)行最基本的任務(wù)，如復(fù)制和粘貼文本。初代iPhone的電池續(xù)航能力很糟糕，拍攝效果也不佳。最初的iPhone幾乎不存在多任務(wù)處理功能，它的芯片主頻僅有412 MHz。這款手機(jī)可以說(shuō)是拼湊的產(chǎn)物，包括使用了三星DVD播放器中的芯片組件。很難想象，這樣的設(shè)備竟然會(huì)顛覆整個(gè)手機(jī)、計(jì)算和通信領(lǐng)域。

蘋(píng)果很快意識(shí)到，如果它想保持領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的優(yōu)勢(shì)，特別是那些安卓生態(tài)系統(tǒng)中的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，它就需要構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)，無(wú)論是硬件還是軟件。蘋(píng)果設(shè)計(jì)和制造自家芯片的決定是在2008年的某個(gè)時(shí)候做出的。當(dāng)時(shí)，該公司只有40名工程師在集成來(lái)自各種供應(yīng)商的芯片。

然后，在2008年4月，蘋(píng)果以2.87億美元收購(gòu)了名為P.A.Semi的芯片初創(chuàng)公司。這使得其芯片工程師的總數(shù)增加到大約150人，并帶來(lái)了手機(jī)方面最重要的專(zhuān)業(yè)知識(shí)——能效。這個(gè)團(tuán)隊(duì)的勞動(dòng)成果首次通過(guò)iPad 4和iPhone 4向世界展示，這些設(shè)備都由名為A4的處理器驅(qū)動(dòng)。A4是ARM控股公司芯片設(shè)計(jì)的改良版，其主要關(guān)注點(diǎn)是凸顯視網(wǎng)膜顯示屏。

多年來(lái)，蘋(píng)果芯片已經(jīng)支撐起許多令人驚嘆的新功能，比如智能助手Siri、視頻通話(huà)、基于指紋和圖像的識(shí)別以及攝像頭的眾多功能，所有這些都是蘋(píng)果在芯片研發(fā)取得進(jìn)展的結(jié)果。在2017年iPhone X發(fā)布時(shí)，曾有博文稱(chēng)：“Face ID是蘋(píng)果不那么秘密的‘秘密武器’的完美例證，這種秘密武器是半導(dǎo)體、物理硬件、軟件和為愉悅而設(shè)計(jì)的理念的完美融合。他們有將復(fù)雜技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)樯衿鏁r(shí)刻的能力，這也是史蒂夫·喬布斯(Steve Jobs)為他共同創(chuàng)立的公司留下的真正遺產(chǎn)。”

激烈競(jìng)爭(zhēng)

強(qiáng)尼·斯洛基(Johny Srouji)負(fù)責(zé)蘋(píng)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，公司年度研發(fā)預(yù)算的很大一部分，專(zhuān)門(mén)撥付給了斯洛基的團(tuán)隊(duì)。幾年前，斯洛基在接受采訪時(shí)表示：“喬布斯得出的結(jié)論是，蘋(píng)果要想真正脫穎而出，提供真正獨(dú)特、真正偉大的產(chǎn)品，唯一的辦法就是擁有自己的芯片。”據(jù)說(shuō)，蘋(píng)果有數(shù)百人專(zhuān)門(mén)從事芯片研發(fā)，但向蘋(píng)果高管們追問(wèn)細(xì)節(jié)時(shí)，他們都會(huì)選擇回避。

蘋(píng)果的芯片優(yōu)勢(shì)在業(yè)界從未被忽視過(guò)。商用芯片的進(jìn)步速度總是趕不上蘋(píng)果，后者始終在致力于增強(qiáng)自己的芯片優(yōu)勢(shì)，每次發(fā)布手機(jī)和平板電腦都是如此。華為和三星很快意識(shí)到，移動(dòng)技術(shù)的未來(lái)將需要定制芯片，這將使它們能夠保持領(lǐng)先于安卓競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，并更好地與蘋(píng)果競(jìng)爭(zhēng)。

圖2：蘋(píng)果芯片業(yè)務(wù)副總裁斯里·薩薩納姆(Sri Santhanam)上周在加州庫(kù)比蒂諾的史蒂夫·喬布斯劇院講臺(tái)上談到了A13仿生芯片

這些公司以及高通(Qualcomm)等芯片制造商，都在進(jìn)行一場(chǎng)芯片軍備競(jìng)賽，且在排行榜上的位置不斷洗牌。上一代A12仿生芯片在發(fā)布時(shí)，讓蘋(píng)果較競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比略占優(yōu)勢(shì)，然后今年，蘋(píng)果利用iPhone 11發(fā)布會(huì)加強(qiáng)了其領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

林利·格文奈普(Linley Gwennap)是研究咨詢(xún)公司The Linley Group的創(chuàng)始人，也是著名芯片雜志《微處理器報(bào)道》(Microprocessor Report)的發(fā)行人，被廣泛認(rèn)為是最重要的處理器專(zhuān)家之一。格文奈普一生中的大部分時(shí)間都致力于處理器和芯片，但市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)語(yǔ)言并不那么容易給他留下深刻印象。但他承認(rèn)，蘋(píng)果有個(gè)優(yōu)勢(shì)，而且在基準(zhǔn)方面取得了勝利，盡管優(yōu)勢(shì)還不太明顯。

格文奈普在采訪中談到上一代A12仿生時(shí)指出，雖然蘋(píng)果在單CPU競(jìng)爭(zhēng)中處于領(lǐng)先地位，但其他與之相對(duì)的公司同樣具有競(jìng)爭(zhēng)力。他說(shuō)：“我不認(rèn)為蘋(píng)果有太大優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)三星、高通和華為都將加快追趕速度。”

那么，自從去年蘋(píng)果推出A12以來(lái)，他們有沒(méi)有加大追趕力度?與蘋(píng)果三大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的最新芯片相比，新的六核A13仿生芯片到底是如何堆疊的?讓我們看看相關(guān)數(shù)字：

三星最新處理器Exynos 9825有八個(gè)內(nèi)核，分布在三個(gè)集群中：兩個(gè)高性能定制Mongoose內(nèi)核運(yùn)行在2.73 GHz頻率之下，另外兩個(gè)Cortex A75內(nèi)核在2.4 GHz下運(yùn)行，四個(gè)效率聚焦內(nèi)核Cortex A55運(yùn)行在1.9 GHz頻率下。它配置Mali GPU和三星的神經(jīng)處理單元，支持LTE和內(nèi)存功能。

華為的芯片名為麒麟990 5G，采用類(lèi)似的三簇八核方法：兩個(gè)運(yùn)行頻率在2.86 GHz的高性能內(nèi)核Cortex A76，另外兩個(gè)A76雙核運(yùn)行在2.35 GHz頻率下，四個(gè)效率聚焦內(nèi)核Cortex A55在更慢的1.95 GHz下運(yùn)行。完整的芯片是16核GPU以及有三個(gè)核的達(dá)芬奇神經(jīng)引擎。華為的芯片包含103億個(gè)晶體管。

高通新推出的驍龍855 Plus，非常像麒麟990和Exynos。它使用定制的Kryo 485金核，其中一個(gè)強(qiáng)大群集的運(yùn)行頻率為2.96 GHz，另外三個(gè)Kyro 485金核在2.42 GHz頻率下運(yùn)行，四個(gè)注重效率的Kryo 485銀核運(yùn)行頻率為1.78 GHz。它包括Adreno GPU和高通Hexagon 690 AI引擎。

這些芯片配置了速度更快的組件，而且數(shù)量更多，所以你可能會(huì)認(rèn)為它們的性能比蘋(píng)果芯片更好。但現(xiàn)實(shí)是，我們幾乎從來(lái)沒(méi)有使用過(guò)移動(dòng)設(shè)備中芯片的全部容量，一兩個(gè)高性能內(nèi)核足以滿(mǎn)足我們?cè)谑謾C(jī)上的大部分活動(dòng)。與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的八核處理器相比，蘋(píng)果的六核設(shè)計(jì)可能看起來(lái)落后。但實(shí)際上，其芯片上的兩個(gè)大處理器輕而易舉地超過(guò)了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的設(shè)計(jì)。

蘋(píng)果處理器的能效更高，這使它們比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手具有明顯的優(yōu)勢(shì)。例如，三星的Mongoose芯片需要謹(jǐn)慎使用，以免導(dǎo)致配置它們的設(shè)備過(guò)熱。即使是A13中新設(shè)計(jì)的定制效率內(nèi)核也優(yōu)于其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。今年早些時(shí)候，格文奈普在《微處理器報(bào)告》中指出：“盡管蘋(píng)果的內(nèi)核不是最大的，但它們?cè)谝苿?dòng)性能方面繼續(xù)領(lǐng)先。”在他寫(xiě)這篇文章的時(shí)候，他正在談?wù)摰氖茿12芯片，而A13的性能提高了至少20%。

因此，這里得出的結(jié)論是，規(guī)格和基準(zhǔn)沒(méi)有考慮到蘋(píng)果的真正優(yōu)勢(shì)，即與設(shè)備緊密集成，以及該公司的發(fā)展戰(zhàn)略，即在提升關(guān)鍵應(yīng)用性能的同時(shí)，從電池中擠出更多運(yùn)行時(shí)間。

性能提升

那么，手機(jī)公司如何以一種與客戶(hù)產(chǎn)生共鳴的方式來(lái)說(shuō)明這些技術(shù)帶來(lái)的好處呢?有關(guān)芯片方面的言辭無(wú)關(guān)緊要。重要的是擁有最好的攝像頭、最快的手機(jī)，還有最大的電池。我們使用Instagram、Facebook或YouTube的時(shí)間越長(zhǎng)，我們就越愿意在這些高端手機(jī)上花錢(qián)。蘋(píng)果iPhone 11 Pro和iPhone 11 Pro Max的電池續(xù)航時(shí)間分別延長(zhǎng)4個(gè)小時(shí)和5個(gè)小時(shí)，它們是怎么做到的?

這個(gè)問(wèn)題的答案清楚地說(shuō)明了蘋(píng)果擁有整個(gè)系統(tǒng)的固有優(yōu)勢(shì)。為了了解垂直整合是如何在A13仿生芯片上體現(xiàn)出來(lái)的，席勒和阿南德·辛皮(Anand Shimpi)接受了采訪，后者是個(gè)專(zhuān)注于半導(dǎo)體和系統(tǒng)的知名記者，他創(chuàng)立了AnandTech網(wǎng)站。辛皮現(xiàn)在是蘋(píng)果平臺(tái)架構(gòu)團(tuán)隊(duì)的一員。

新的A13芯片性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了去年的A12，其所有主要組件：六個(gè)CPU內(nèi)核、圖形處理器和神經(jīng)引擎的性能都提高了20%。對(duì)于已經(jīng)算是高性能的芯片來(lái)說(shuō)，看到如此顯著的提升，不禁讓人覺(jué)得有點(diǎn)兒像看著尤塞恩·博爾特(Usain Bolt)在短跑中擊敗自己。

辛皮說(shuō)：“我們經(jīng)常公開(kāi)談?wù)撔阅?，但現(xiàn)實(shí)是，我們將其視為性能功耗比。我們將其視為能源效率，如果你構(gòu)建出更高效的設(shè)計(jì)，那意味著你也恰好構(gòu)建出了高性能設(shè)計(jì)。”

辛皮和席勒都重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)這種對(duì)能效和性能的關(guān)注。例如，CPU團(tuán)隊(duì)將研究如何在iOS上使用應(yīng)用程序，然后使用數(shù)據(jù)優(yōu)化未來(lái)的CPU設(shè)計(jì)。這樣，當(dāng)下個(gè)版本的設(shè)備問(wèn)世時(shí)，它將能更好地支持大多數(shù)人在iPhone上做的事情。辛皮說(shuō)：“對(duì)于不需要額外性能的應(yīng)用程序，用戶(hù)可以按照去年的性能運(yùn)行，并且只需以低得多的功耗運(yùn)行即可。”

這種策略不僅適用于CPU。同樣的性能功耗比規(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(gè)開(kāi)發(fā)iPhone攝像頭軟件的開(kāi)發(fā)人員看到GPU的利用率很高，那么他可以與GPU架構(gòu)師合作，找出一種更好的工作方式。這將為未來(lái)的圖形芯片帶來(lái)更有效的設(shè)計(jì)。

協(xié)同效應(yīng)

那么，當(dāng)A13仿生芯片開(kāi)始工作時(shí)，里面會(huì)發(fā)生什么呢?通常涉及分配、委派和移交。對(duì)于低能耗任務(wù)，比如打開(kāi)和閱讀電子郵件，iPhone將使用更高效的內(nèi)核。但對(duì)于能耗更密集的任務(wù)，如加載復(fù)雜的網(wǎng)頁(yè)，這將由高性能內(nèi)核負(fù)責(zé)。對(duì)于某些例行的和機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)勝任的工作，神經(jīng)引擎可以獨(dú)自承擔(dān)。而對(duì)于更新、更尖端的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，CPU及其專(zhuān)門(mén)的機(jī)器學(xué)習(xí)加速器可以提供幫助。

然而，蘋(píng)果的秘密在于，芯片的所有這些不同部分可以更節(jié)省能耗的方式協(xié)同工作。在典型的智能手機(jī)芯片中，芯片的某些部分被打開(kāi)以執(zhí)行特定的任務(wù)。你可以把它想象成打開(kāi)整個(gè)社區(qū)的電源，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(gè)想玩電子游戲的社區(qū)打開(kāi)電源。

對(duì)于A13來(lái)說(shuō)，在做上述同樣事情的時(shí)候，它以精準(zhǔn)控制單個(gè)家庭為基礎(chǔ)，為此被浪費(fèi)的電量更少。席勒說(shuō)：“機(jī)器學(xué)習(xí)在整個(gè)過(guò)程中都在運(yùn)行，無(wú)論是管理電池續(xù)航時(shí)間還是優(yōu)化性能。10年前還沒(méi)有機(jī)器學(xué)習(xí)運(yùn)行?，F(xiàn)在，它總是在運(yùn)行，做很多不同的事情。”

歸根結(jié)底，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展取決于我們想從手機(jī)中獲得哪些東西，比如在手機(jī)上玩流暢運(yùn)行的游戲，或者在昏暗的夜色中拍攝美麗而干凈的照片。當(dāng)我們敲擊和滑動(dòng)手機(jī)屏幕時(shí)，蘋(píng)果的工程師們正在關(guān)注和重新思考他們的設(shè)計(jì)，并致力于開(kāi)發(fā)明年更先進(jìn)的芯片，這將誘使我們不斷升級(jí)設(shè)備。(小小)