苹果A13芯片深度解读_风闻

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每年iPhone推出活动大约72分钟，Apple营销高级副总裁Phil Schiller邀请Sri Santhanam上台，并谈论在这三款新手机中的全新A13仿生芯片。轻微而害羞的苹果公司负责硅工程的副总裁Santhanam接着讲了四分钟。在很多方面，它们是整个活动中最重要的四分钟。没有人注意到 - 观众被闪亮的新iPhone，三相机系统，神奇的夜间模式，令人印象深刻的视频功能以及更重要的是电池电量的提升所诱惑。

当Santhanam完成谈话时，我能想到的只是数字。Apple的新芯片包含85亿个晶体管。此外，还有六个CPU内核：两个运行频率为2.66 GHz的高性能内核（称为Lightning）和四个效率内核（称为Thunder）。它拥有四核图形处理器，LTE调制解调器，Apple设计的图像处理器和用于机器智能功能的八核神经引擎，每秒可运行数万亿次运算。

这款新芯片更智能，更快速，更强大，但它以某种方式设法比上一代产品消耗更少的电量。它比去年的A12芯片效率提高了约30％，这是影响新款iPhone每天额外5小时电池续航时间的因素之一。

iPhone 11 Pro及其兄弟姐妹的推出再次证明，苹果与竞争对手相比的真正优势在于拥有整个垂直堆栈：软件，系统硬件和芯片设计。你可以从iPhone的功能集中看到这些增益的好处，从增强现实功能到深度融合和夜间模式等计算摄影模式。

“今年性能提升带来好处的最大例子之一就是文本到语音，”席勒说，当我们坐下来讨论A13 Bionic及其功能时。“我们已经增强了我们的iOS 13文本到语音功能，因此有更多的自然语言处理，这些都是通过机器学习和神经引擎完成的。”

时钟周期

从2007年推出原版iPhone开始，Apple已经走了很长一段路。第一款手机速度很慢，甚至无法执行复制和粘贴文本等最基本的任务。电池寿命很长。它的相机会让超级名模看起来像弗兰肯斯坦的新娘。在最初的iPhone中几乎不存在多任务处理，它由一个运行在412 MHz的芯片驱动。这款手机由三星DVD播放器中使用的芯片组成。很难想象有一天这样的设备会颠覆整个电话，计算和通信的概念。

苹果公司很快就明白，如果它希望保持领先于竞争对手，尤其是那些Android生态系统中的竞争对手，它需要建立整个堆栈汤。Apple公司决定在2008年的某个时候设计和制造自己的芯片。当时，该公司只有40名工程师致力于集成各种供应商的芯片。然后，在2008年4月，Apple 收购了一家芯片创业公司名为PA Semi，价值2.87亿美元。这使得芯片工程师的总数增加到大约150个，并为电话中最重要的事项带来了家庭专业知识：电源效率。这组产品的成果首先在iPad 4和iPhone 4中向全世界展示。这些设备由A4处理器驱动，这是ARM Holdings的芯片设计的修改版本。A4的主要焦点是使Retina显示器闪耀。

多年来，Apple芯片已经启用了功能，这些功能在其着名的活动中引起了大多数人的注意。Siri，视频通话，基于指纹和图像的识别，相机的多种功能 - 这些都是Apple公司在硅片方面取得的进步。在2017年推出iPhone X时，我在我的博客上写道：“FaceID是Apple不太秘密’秘密酱’的完美例证 - 硅，物理硬件，软件和设计的完美共生。他们的能力把复杂的技术变成一个神奇的时刻，取决于这种和谐的需求结合。“ 这是史蒂夫乔布斯为他共同创立的公司的真正遗产。

芯片竞争

Johny Srouji负责苹果公司庞大的芯片业务以及其他硬件技术。许多人认为该公司年度研发预算的很大一部分专门用于Srouji的团队。“史蒂夫得出的结论是，苹果能够真正实现差异化并提供真正独特且真正伟大的产品的唯一途径，你必须拥有自己的芯片，” 几年前Srouji 告诉彭博商业周刊。据说该公司在其芯片运营方面拥有数百名成员，但向Apple高管提出具体细节，他们迅速提起诉讼。

苹果的芯片优势在业内并未被忽视。使用商用硅片还不足以赶上苹果公司，苹果公司一直在攫取其芯片优势，一部手机和一部平板电脑。华为和三星 - 后者从一开始就是苹果公司的佼佼者 - 两家公司很快就意识到移动技术的未来需要定制芯片才能让他们领先于Android竞争对手并更好地与苹果竞争。

这些公司以及高通公司正在进行硅竞争，不断推进排行榜上的老虎机。上一代A12 Bionic芯片在宣布苹果公司的竞争对手时略有优势，而今年苹果公司在其iPhone 11发布会上加强了其领先优势。

Linley Gwennap是研究咨询公司The Linley Group的创始人，也是有影响力的微处理器报告通讯的发行人，被广泛认为是最重要的处理器专家之一。Gwennap一生大部分时间都致力于处理器和芯片，而且营销方式并不那么容易让人印象深刻。当然，苹果公司有一个优势，他说，它在基准测试中获胜。但边缘并不是那么多。

在接受采访时谈到上一代A12 Bionic时，Gwennap指出，虽然Apple领导单CPU竞争，但其他竞争对手相对具有竞争力。

“我不认为他们遥遥领先，”他说。“我希望三星，高通和华为能够提升自己的竞争力。”

那么自从去年的A12以来他们加强了比赛吗？究竟新的六核A13 Bionic如何与苹果三大竞争对手的最新芯片相抗衡？我们来看看数字。

三星的最新处理器Exynos 9825有八个内核，分为三个集群：两个运行速度为2.73 GHz的高性能定制Mongoose内核，另外两个运行速度为2.4 GHZ的Cortex A75内核，以及四个以1.9 GHz运行的以效率为中心的Cortex A55内核。有一个Mali GPU和三星的神经处理单元，以及LTE和内存功能。

华为的芯片名为Kirin 990 5G，遵循类似的三核，八核（也称为八核）方法。有两个高性能Cortex A76内核运行在2.86 GHz，另外两个A76两个内核运行在2.35 GHz，四个以效率为中心的Cortex A55内核以更低的1.95 GHz运行。该芯片的核心是16核GPU，以及具有三核的Da Vinci神经引擎。华为的芯片包含103亿个晶体管。

高通的新款Snapdragon 855 Plus与麒麟990和Exynos非常相似。它使用定制的Kryo 485 Gold内核，其中一个功率强大的集群主频为2.96 GHz，另外三个Kyro 485 Gold内核运行时钟速度为2.42 GHz，另外四个以效率为中心的Kryo 485 Silver内核运行频率为1.78 GHz。它包括Adreno GPU和Qualcomm的Hexagon 690 AI引擎。

这些芯片有更快的组件和更多的组件，所以你可能会认为这些芯片的性能优于Apple的。但实际情况是，我们很难使用移动设备中的芯片的全部容量。一个或两个高性能内核足以满足我们手机的大部分需求。与竞争对手的八核处理器相比，苹果的六核设计可能看起来有些落后，但实际上，其芯片上的两大处理器轻松胜过其竞争对手的设计。Apple的处理器更有效地消耗电力，这使它们比竞争对手具有明显的优势。例如，三星的Mongoose芯片需要明智地使用，以免它们导致包含它们的设备过热。即使是A13新设计的定制效率核心也是其竞争对手的最佳选择。

“虽然Apple的核心并不是最大的，但它们仍然在移动性能方面处于领先地位，”Gwennap今年早些时候在微处理器报告中指出。在他写这篇文章时，他正在谈论A12芯片。A13的性能提高了约20％。

因此，这里的内容是规格和基准没有考虑到苹果真正的优势 - 与设备的紧密集成，以及公司的发展战略，即在提高关键应用程序性能的同时挤出更多的运行时间。

力量游戏

那么，电话公司如何以与客户产生共鸣的方式说明这些技术收益？芯片说话并不重要。重要的是拥有最好的相机，最快的手机，哦 - 是的 - 最大的电池。我们使用Instagram，Facebook或YouTube的时间越长，我们就越愿意在这些高级手机上花钱。Apple的新款iPhone 11 Pro和iPhone 11 Pro Max检查电池盒。这些手机的电池续航时间分别为4小时和5小时。他们是怎么做到的？

这个问题的答案清楚地说明了Apple拥有整个堆栈的固有优势。为了了解垂直整合是如何在像A13 Bionic这样的芯片中体现出来的，我与Schiller和Anand Shimpi坐在一起，Anand Shimpi在过去的生活中是一位有影响力的以半导体和系统为重点的记者，创立了AnandTech网站。Shimpi现在是Apple平台架构团队的一员。

新的A13在去年的A12上大幅超越，其所有主要组件的性能提升了20％：六个CPU内核，图形处理器和神经引擎。对于一个已经很高性能的芯片来说，看到如此显着的提升有点像看着Usain Bolt在冲刺中击败自己。

“我们公开谈论性能，”Shimpi说，“但实际情况是，我们将其视为每瓦特性能。我们将其视为能效，如果您构建高效设计，您也会碰巧建立性能设计。”

Shimpi和Schiller都强烈关注这种对电源效率和性能的狂热关注。例如，CPU团队将研究如何在iOS上使用应用程序，然后使用这些数据来优化未来的CPU设计。这样，当设备的下一个版本出现时，它会更好地完成大多数人在他们的iPhone上做的事情。

“对于不需要额外性能的应用程序，你可以按去年的性能运行，只需要以更低的功率运行，”Shimpi说。

这种策略不仅适用于CPU。相同的每瓦性能规则适用于机器学习功能和图形处理。例如，如果使用iPhone相机软件的开发人员看到GPU的大量使用，那么她可以与GPU架构师合作，找出更好的做事方式。这为未来的图形芯片带来了更高效的设计。

Silicon Synergy

那么当A13 Bionic上班时会发生什么呢？一般概念涉及任务，授权和交接。对于低能耗任务 - 比如打开和阅读电子邮件 - iPhone将使用更高效的核心。但是对于更复杂的任务，例如加载复杂的网页，高性能核心需要付费。对于一些常规和完善的机器学习工作，神经引擎可以自行哼唱。但对于更新，更先进的机器学习模型，CPU及其专用的机器学习加速器可以提供帮助。

不过，Apple的秘诀在于芯片的所有这些部分以节省电池电量的方式协同工作。在典型的智能手机芯片中，芯片的一部分被打开以执行特定任务。可以把它想象成为整个社区的力量，让他们吃晚餐，观看权力的游戏，然后关闭电源，然后为另一个想要玩电子游戏的社区打开电源。

在A13中，考虑采用相同的开关方式，但在单一的家庭基础上。更少的电子浪费。

席勒说：“无论是管理电池寿命还是优化性能，机器学习都在运行。” “十年前没有机器学习。现在，它一直在运行，做事。”

最后，这项技术的发展取决于我们人类想要的简单事物 - 我们的手机 - 在手机上作为控制台顺畅运行的激烈游戏，或者在昏暗的中间拍摄美丽而干净的照片的相机点燃了一夜。当我们点击并轻扫时，Apple的工程师正在关注，重新设计他们的设计，并在明年开发芯片，这将吸引我们再次升级。