Когда мы берем в руки iPhone, все работает так гладко и разумно, что кажется, что это чудо. Этим ощущением часто управляет его сердце, а также его мозг. Когда Apple представила чип A11 Bionic в 2017 году, многие впервые задумались: а не чудо ли это?
Смартфоны A11 Bionic просто стали быстрее. Однако правила игры были изменены этим чипом. Нейронный двигатель — это первый компонент мобильного процессора, разработанный специально для задач искусственного интеллекта. Было похоже, что к мощному мотору добавили творческий мозг.
Именно этот «мозг» позволил iPhone X понимать окружающую среду. A11 Bionic позволяет запускать первые по-настоящему плавные AR-игры, мгновенное распознавание лица с помощью FaceID и потрясающие портретные фото с размытием в реальном времени. Он не просто выполнял команды; он также предвидел и приспособился.
В чем секрет? Это гениальная инженерия, а не магия. Apple смогла создать систему, в которой обычные ядра, графический ускоритель и нейронный двигатель — все части процессора — работают вместе как один организм. Это обеспечило фантастическую скорость при невероятной энергоэффективности.
A11 Bionic стал тихой революцией. Он незаметно для пользователя перевел смартфоны из мира простых вычислений в мир интеллектуальных помощников, которые видят, понимают и учатся. И в этом, пожалуй, и есть его настоящая магия.
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 состояла из четырех экономичных Mistral и двух силовых ядер Monsoon. Возможно, что каждое ядро может работать одновременно. В этом отношении Apple не была первой в индустрии; в 2017 году технологию Fusion считали устаревшей во всех ее формах, и ей на смену пришла новая технология под названием DynamicIQ. Однако в отделе микроэлектроники Apple не спешила, тщательно обдумывая и просчитывая, и в конечном итоге использовала самые последние, но тщательно продуманные методы, что привело к поразительным результатам. Так и произошло на этот раз.
Только ядер Monsoon удалось точно определить тактовую частоту. В нормальных условиях он достигает 2,39 ГГц. В неблагоприятных условиях (когда температура приближалась к опасной) тактовая частота снижалась. Неизвестно, какая рабочая тактовая частота ядер Mistral. Упоминания о 1,39 и 1,57 ГГц почти наверняка не соответствуют действительности. Официально Apple заявила о росте производительности A10 на 25 процентов (Monsoon) и на 70 процентов (Mistral). Производительность контроллера производительности второго поколения увеличилась на 70%. 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.
Apple A11 Bionic — это не магия, но очень похоже на неё. Этот чип впервые появился в iPhone X и сделал смартфоны намного умнее: стал быстро справляться с играми, фотографиями и даже распознаванием лиц. Благодаря ему Face ID работает почти мгновенно, а приложения не тормозят, даже если открыто десять штук. Главное — всё это уместилось в крошечном процессоре, который ещё и экономит заряд. Это не волшебство, а умная инженерия, доведённая почти до совершенства.
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.
Итак, Apple A11 Bionic — это не магия, а результат впечатляющей инженерной мысли. Он продемонстрировал, что можно добиться огромного скачка в производительности, не жертвуя эффективностью. Чип не просто сделал iPhone 8 и X быстрее — он заложил основу для будущих технологий, которые мы сегодня считаем само собой разумеющимися.
Нейронная система стала его истинной «магией». Именно она превратила смартфон из простого инструмента в устройство, которое понимает и взаимодействует с пользователем на новом уровне, позволив использовать Face ID и анимированные эмодзи Animoji. Это был переход от вычислений к прогнозированию.
A11 Bionic является важным элементом. Он продемонстрировал направление, в котором движется индустрия: к чипам, способным думать и считать. От производительных ядер до выделенных нейропроцессоров его разработки поставили новые стандарты для всей отрасли мобильных процессоров.
