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，介紹三款新手機內置的全新A13仿生芯片。蘋果負責硅工程的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，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內核：兩個運行在2.66 GHz的高性能內核(稱為Lightning)和4個效率內核(稱為Thunder)。它有一個四核圖形處理器，一個LTE調制解調器，一個蘋果設計的圖像處理器，以及一個用于機器智能功能的八核神經引擎，它每秒可以運行超過5萬億次操作。

　　這款新芯片更智能、更快、更強大，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及其姊妹產品的發(fā)布，再次證實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)硬件和芯片設計。從增強現(xiàn)實功能，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換，”Schiller在坐下來討論A13仿生及其功能時表示。“我們已經增強了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器學習和神經引擎完成的。”

　　時鐘周期

　　自2007年發(fā)布第一代iPhone以來，蘋果已經走過了漫長的道路。第一部手機速度很慢，甚至無法執(zhí)行最基本的任務，比如復制和粘貼文本。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怪人的新娘》。最初的iPhone幾乎不存在多任務處理功能，它是由一塊412MHz的芯片驅動的。這款手機由包括三星DVD播放器芯片在內的部件組裝而成。很難想象這樣一種設備有一天會顛覆電話、計算機和通信的整個理念。

　　蘋果很快意識到，如果它想要領先于競爭對手，尤其是那些在Android生態(tài)系統(tǒng)中的競爭對手，它就需要構建完整的堆棧——這是一個復雜的過程。蘋果在2008年的某個時候決定設計并制造自己的硅。當時，該公司只有40名工程師致力于集成來自不同供應商的芯片。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，并為手機帶來了最重要的專業(yè)技術：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。這些設備使用的處理器名為A4，是ARM芯片設計的改良版。A4的主要功能是讓視網膜顯示屏發(fā)光。

　　多年來，蘋果的芯片已經啟用了一些功能，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、相機的多種功能——所有這些都是蘋果硅技術進步的成果。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、軟件和設計的完美共生。它們將復雜技術轉化為神奇時刻的能力，是基于這種需求的和諧結合。”這是喬布斯為他創(chuàng)立的公司留下的真正遺產。

　　競爭開始

　　Johny Srouji負責蘋果龐大的芯片業(yè)務以及其他硬件技術。許多人認為，該公司年度研發(fā)預算的很大一部分被指定給了Srouji的團隊。幾年前，Srouji在接受《彭博商業(yè)周刊》采訪時表示：“喬布斯得出的結論是，蘋果要想真正做到與眾不同，并推出真正獨特、真正偉大的產品，就必須擁有自己的硅材料。”據(jù)說，該公司的芯片業(yè)務有幾百名成員，但向蘋果高管追問細節(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，移動技術的未來將需要定制硅，從而使它們能夠領先于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)布會的機會，加強了自己的領先地位。

　　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，蘋果確實有優(yōu)勢，它能在基準測試中獲勝，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競爭中處于領先地位，但其他廠商與蘋果的競爭相對激烈。

　　“我不認為他們會走得更遠，”他表示。“我預計三星、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核運行在2.73GHz，另外兩個Cortex A75核運行在2.4GHz，四個專注于效率的Cortex A55核運行在1.9GHz。有一個Mali GPU和三星的神經處理單元，以及LTE和內存功能。

　　華為的芯片名為麒麟990 5G，采用了類似的三集群、八核技術。有兩個高性能的Cortex A76內核運行在2.86GHz，另外兩個A76內核運行在2.35GHz，四個注重效率的Cortex A55內核運行在更慢的1.95GHz。構成該芯片的是一個16核的GPU和一個三核的Da Vinci神經引擎。華為的芯片包含多達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的時鐘速度運行，四個專注于效率的Kryo 485 Silver核心運行頻率為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，所以你可能會認為這些芯片的性能比蘋果的好，但事實是，我們幾乎沒有使用移動設備中芯片的全部容量。一個或兩個高性能的內核足以滿足我們對手機的大部分需求。與競爭對手的8核處理器相比，蘋果的6核設計可能顯得有些滯后，但實際上，其芯片上的兩個大處理器很容易超越競爭對手的設計。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芯片需要謹慎使用，以免導致裝有它們的設備過熱。即使是最新設計的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：“盡管蘋果的內核不是最大的，但它們在移動性能方面繼續(xù)領先。”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，這里的要點是，規(guī)格和基準沒有考慮到蘋果的真正優(yōu)勢——與設備緊密集成，以及該公司在提高關鍵應用性能的同時，為電池爭取了更多時間。

　　權力游戲

　　那么，一家手機公司如何以一種能與客戶產生共鳴的方式展示這些技術成果呢?芯片語言無關緊要，重要的是擁有最好的相機，最快的手機，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上。蘋果新推出的iPhone 11 Pro和iPhone 11 Pro Max重點關注了電池。這兩款手機的電池續(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體和系統(tǒng)的記者，并且創(chuàng)建了Anandtech網站，現(xiàn)在是蘋果平臺架構團隊的一員。

　　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、圖形處理器和神經引擎。對于一個已經表現(xiàn)出色的芯片來說，看到如此顯著的提振，有點像是在看博爾特在沖刺中擊敗了自己。

　　“我們經常公開談論性能，”Shimpi表示。“但事實是，我們將其視為每瓦特的性能，這其實是在追求能源效率，如果構建高效設計，您也會碰巧建立性能設計。”

　　Shimpi和Schiller都對能效和性能的瘋狂關注表現(xiàn)出了強烈的態(tài)度。例如，CPU團隊將研究如何在iOS上使用應用，然后使用數(shù)據(jù)優(yōu)化未來的CPU設計。這樣，當下一代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用，可以運行在去年的性能上，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)則也適用于機器學習功能和圖形處理。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計。

　　硅協(xié)同

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

　　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芯片中，芯片的某些部分被用來完成特定的任務。把它想成是為整個社區(qū)打開電源，讓他們吃晚飯、看《權力的游戲》，然后關掉電源，然后為另一個想玩電子游戲的社區(qū)打開電源。

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

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

　　最后，這項技術的進步是由我們人類想從手機中得到的一些簡單的東西所決定的——激烈的游戲在手機上運行起來就像在游戲機上一樣流暢，或者在昏暗的夜晚用相機拍下漂亮干凈的照片。當我們點擊和滑動的時候，蘋果的工程師們正在集中注意力，重新開始他們的設計，并為明年的芯片工作，這將吸引我們再次升級。

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