蘋(píng)果芯片為什么這么強(qiáng)？芯片背后的男人

　　在iPhone X發(fā)布不久,華為就在Facebook上分享一段廣告視頻,diss蘋(píng)果Face ID毫無(wú)用處。

　　在廣告視頻中,華為使用小丑emoji形象,并以動(dòng)畫(huà)的表現(xiàn)形式,模擬人臉識(shí)別解鎖手機(jī)的過(guò)程,最終解鎖失敗,暗示并不是所有人都適合面部識(shí)別。

　　沒(méi)過(guò)幾天,華為移動(dòng)又通過(guò)其官方Twitter分享了另一個(gè)Gif圖片,圖片中一只蘋(píng)果被啃食殆盡。

　　小動(dòng)作不斷的華為,接連“嗆聲”蘋(píng)果。此舉無(wú)疑是為內(nèi)置AI芯片的麒麟970處理器加戲碼。事實(shí)上,華為將在10月16日發(fā)布“真正的AI手機(jī)”Mate10。

　　當(dāng)然,以十周年紀(jì)念版為噱頭的 iPhone X并不脆弱。有了強(qiáng)力“大腦”A11 Bionic 坐鎮(zhèn),它飆起來(lái),恐怕連 iPad Pro 上的 A10X 都要退避三舍。

　　在長(zhǎng)達(dá)2小時(shí)的蘋(píng)果發(fā)布會(huì)里最令人印象深刻的就是這款十周年紀(jì)念版iPhone X了。但如果離開(kāi)了A11 Bionic CPU芯片,iPhone X剩下的恐怕徒具外型。如果A11 Bionic背后沒(méi)有一支瘋狂、專(zhuān)注的芯片開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì),它也將是一塊不足掛齒的芯片。

　　所以,真正懂門(mén)道的內(nèi)行人更關(guān)注的問(wèn)題是:A11 Bionic芯片背后的蘋(píng)果IC設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì),究竟是如何打造出這顆帶動(dòng)iPhone X手機(jī)的動(dòng)力引擎出來(lái)的?

　　今天我們就來(lái)聊一聊蘋(píng)果新一代移動(dòng)處理器, A11 Bionic 芯片開(kāi)發(fā)背后的故事。

　　從3年前的一場(chǎng)賭注說(shuō)起

　　蘋(píng)果每一款產(chǎn)品內(nèi)部都裝著一顆主宰一切的“大腦”,你所使用的任何應(yīng)用都要經(jīng)過(guò)它的處理。事實(shí)上,這枚小小的芯片,是一門(mén)在指尖打造出一座城市的手藝。

　　▲ 蘋(píng)果IC設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)總監(jiān)、硬件科技資深副總裁Johny Srouji

　　在蘋(píng)果芯片世界,有一位幕后操刀手,或許你從未聽(tīng)說(shuō)過(guò),但他的重要性卻不容置疑,甚至不遜色于任何一位蘋(píng)果高管。

　　他的名字叫約翰尼斯洛基( Johny Srouji ) ,在蘋(píng)果公司內(nèi)部的硬件技術(shù)部門(mén)擔(dān)任高級(jí)副總裁,掌管蘋(píng)果的處理芯片團(tuán)隊(duì)。

　　也就是說(shuō),iPhone、iPad、Apple TV、Apple Watch 等產(chǎn)品的中央處理器,都是在 Srouji 的帶領(lǐng)下完成設(shè)計(jì)的。 如果說(shuō)喬納森(蘋(píng)果軟硬件產(chǎn)品的首席設(shè)計(jì)師)為眾多蘋(píng)果產(chǎn)品帶來(lái)了精致的外形設(shè)計(jì),那么Srouji和他的團(tuán)隊(duì)就是控制這些產(chǎn)品的“大腦”。

　　自從在 2008 年加入蘋(píng)果公司之后,Srouji 一直都保持著低調(diào)。但隨著蘋(píng)果芯片的信息逐漸為外人所知,這位技術(shù)天才也開(kāi)始出現(xiàn)在聚光燈之下了。

　　美國(guó)知名科技博客 Mashable在蘋(píng)果發(fā)布會(huì)后24小時(shí)邀請(qǐng)到蘋(píng)果IC設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)總監(jiān)、硬件科技資深副總裁Johny Srouji一揭A11 Bionic芯片的開(kāi)發(fā)背后的秘密。

　　▲ 蘋(píng)果 A11 Bionic 芯片

　　在被問(wèn)到 A11Bionic 芯片是何時(shí)開(kāi)始著手開(kāi)發(fā)的?Srouji給出的答案令人咋舌。他表示,蘋(píng)果著手架構(gòu)芯片,一般從3年前就開(kāi)始。這意味著A11 Bionic芯片早在2014年間就進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作了,而當(dāng)時(shí)蘋(píng)果還忙著出貨內(nèi)建A8芯片的iPhone 6。

　　值得注意的是,2014年時(shí),少有在手機(jī)層次上討論AI和機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)的議題,然當(dāng)時(shí),蘋(píng)果在架構(gòu)芯片開(kāi)發(fā)之際,已經(jīng)押寶手機(jī)SoC內(nèi)嵌Neural Engine(神經(jīng)引擎)了。

　　為什么說(shuō)蘋(píng)果早在3年前就押寶iPhone手機(jī)SoC內(nèi)嵌神經(jīng)引擎、用來(lái)執(zhí)行AI運(yùn)算任務(wù),這件事讓人另眼相看?

　　要知道,包括AI在內(nèi)的這些先進(jìn)演算法,例如Siri,通常系在云端上執(zhí)行高階演算,因此,在用戶(hù)端便需要有網(wǎng)絡(luò)連結(jié)。然而,iPhone X將AI技術(shù)導(dǎo)入手機(jī)里,顯然是想避免把用戶(hù)個(gè)人資料送出手機(jī)、送到云端,但iPhone X的AI應(yīng)用如果想要在手機(jī)層次、而非云端層次上執(zhí)行的話,這也可以解釋對(duì)于強(qiáng)大運(yùn)算芯片的需求,因此設(shè)計(jì)了A11 Bionic處理器上的一對(duì)核心。

　“芯片設(shè)計(jì)的煩惱”

　　在芯片設(shè)計(jì)上,蘋(píng)果一直有它獨(dú)有的思路。

　　陪同受訪的蘋(píng)果全球行銷(xiāo)資深副總裁Phil Schiller一語(yǔ)道破了蘋(píng)果對(duì)于iPhone手機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)于芯片的重視:對(duì)蘋(píng)果來(lái)說(shuō),芯片開(kāi)發(fā)可說(shuō)是iPhone打造過(guò)程中必經(jīng)之路的一部分,絕不是像樂(lè)高積木似的可以隨便外購(gòu),然后堆疊而成。

　　那么,蘋(píng)果芯片更新迭代規(guī)律又是怎樣的呢?

　　關(guān)于芯片研究,蘋(píng)果從A4到A11的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,其實(shí)并非每一次都是從零開(kāi)始的。蘋(píng)果在開(kāi)發(fā)每一代的芯片時(shí),都會(huì)先檢視前一代的架構(gòu),然后再?zèng)Q定到底是要據(jù)此改善、還是重新開(kāi)始。

　　▲ A11 Bionic 芯片 兩個(gè)更新的性能核心

　　以A11 Bionic為例,可說(shuō)是基于A10 Fusion芯片的效能表現(xiàn)以及部分技術(shù)上。蘋(píng)果全球行銷(xiāo)資深副總裁Phil Schiller形容A11 Bionic芯片可說(shuō)是集設(shè)計(jì)、架構(gòu)與技術(shù)改變于一身的混合體,有些地方是全新的,有些地方則是對(duì)于既有處理器設(shè)計(jì)的更新。

　　A10 Fusion,是一個(gè)四核處理器,兩顆性能核心,兩顆能效核心。在處理重量級(jí)任務(wù)時(shí),使用性能核心;處理輕量級(jí)任務(wù)時(shí),關(guān)閉性能核心,使用能效核心,減少電池消耗。

　　A11 Bionic 繼續(xù)沿用這個(gè)思路。不同的是,iPhone X處理器第一次采用了六核心,其中兩顆為高性能核心,四顆高效能核心。

　　如此來(lái)看,先前導(dǎo)入到A10 Fusion芯片的高功能與高效能核心,也獲得了換代更新,包括多了2個(gè)核心,以及可以進(jìn)行非對(duì)稱(chēng)多重處理(asymmetric multi-processing)任務(wù),這意味著可以立刻運(yùn)行1、2、3、4、5或6核心。

　　結(jié)構(gòu)調(diào)整,帶來(lái)的效益是:A11 Bionic 高性能核心比上一代速度提升 25%,高效能核心速度提升 70%,而多核同時(shí)工作性能提升高達(dá) 70%。

　“神經(jīng)引擎”的秘密

　　除了這些在A10 Fusion 核心數(shù)、性能升級(jí)之外,A11 Bionic 還重新設(shè)計(jì)了兩個(gè)全新的殺手锏:神經(jīng)引擎(Neural Engine)和圖形引擎(Graphics Engine)。

　　▲ Srouji (左二)和庫(kù)克在以色列與蘋(píng)果員工在一起

　　以前,蘋(píng)果一直在用第三方GPU。本次在A11 Bionic上,蘋(píng)果做了首款自己設(shè)計(jì)完成的GPU。至于,蘋(píng)果為何選擇自主研發(fā)芯片來(lái)執(zhí)行AI任務(wù)?

　　Srouji表示,Neural Engine(神經(jīng)引擎) 的開(kāi)發(fā)可說(shuō)是蘋(píng)果IC設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)于優(yōu)化系統(tǒng)效率、永無(wú)止境追求的體現(xiàn)。這對(duì)雙核引擎能認(rèn)出人、地點(diǎn)、物體,還能以每秒6000億次的速度處理機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)。

　　但對(duì)于部分應(yīng)用程序或軟件而言,有些算法可以更好利用函數(shù)程式模型(functional programming model)。這其中也包括了iPhone X最新的臉部追蹤和Face ID,以及擴(kuò)增實(shí)境(AR)相關(guān)的物體偵測(cè)。

　　這些功能都要用到神經(jīng)網(wǎng)路、機(jī)器學(xué)習(xí)或是深度學(xué)習(xí)等。這種類(lèi)神經(jīng)處理可以 在CPU上運(yùn)行,若能在GPU上處理則更佳。

　　對(duì)于這種類(lèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的程序模型來(lái)說(shuō),如果實(shí)現(xiàn)了通過(guò)針對(duì)該應(yīng)用設(shè)計(jì)的專(zhuān)屬定制芯片,那在執(zhí)行完全相同的任務(wù)時(shí),將比普通圖形引擎更節(jié)能。而蘋(píng)果是如何做到呢?

　　Srouji進(jìn)一步指出,Neural Engine的秘密在于其能夠進(jìn)行矩陣乘法(matrix multiplications)以及浮點(diǎn)處理(floating-point processing)。

　　A11 Bionic 里的Neural Engine只進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的一些任務(wù)處理而已,并不進(jìn)行通用化用途。Schiller在旁補(bǔ)充道,臉部識(shí)別、AR物件偵測(cè)以及在即時(shí)狀態(tài)下進(jìn)行生動(dòng)表情符號(hào)(Animoji)臉部追蹤等,是其特殊運(yùn)算任務(wù)中的幾項(xiàng)。

　　除此之外,蘋(píng)果不愿多做闡述了, 對(duì)這個(gè)神經(jīng)引擎不愿透露更多細(xì)節(jié)。

　　▲ 在蘋(píng)果的一個(gè)秘密實(shí)驗(yàn)室中展開(kāi)的對(duì)芯片耐久性的測(cè)試

　　畢竟,一貫嗅覺(jué)敏感的蘋(píng)果,自行為產(chǎn)品設(shè)計(jì)處理器,是它與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的最大區(qū)別之一。

　　由自家的工程師來(lái)設(shè)計(jì)處理器,蘋(píng)果可以完美的將硬件和軟件進(jìn)行優(yōu)化和結(jié)合,同時(shí)還可以對(duì)處理速度以及電池續(xù)航能力進(jìn)行掌控。比如,在芯片(通常叫系統(tǒng)芯片,即 soc)內(nèi)部的元件里,包含有一種圖像信號(hào)處理器以及儲(chǔ)存控制器,可以讓蘋(píng)果為拍照以及儲(chǔ)存照片設(shè)計(jì)功能,就像 iphone 5s 帶有的連拍模式(burst mode)。

　　自主芯片研發(fā)還為蘋(píng)果帶來(lái)一項(xiàng)收益, 蘋(píng)果的工程師可以與設(shè)計(jì)師進(jìn)行合作,一起為一些領(lǐng)先幾年的新功能進(jìn)行保密,而不必提前去通知芯片廠商尤其是三星,因?yàn)樗麄兪翘O(píng)果最主要的芯片代工廠商。

　　毫無(wú)疑問(wèn),芯片對(duì)蘋(píng)果的重要性,而 Srouji 卻是在這家全球最能賺錢(qián)的公司里掌握著可能是最重要的部門(mén)。

　　▲ A11 Bionic 芯片上自主研發(fā)GPU

　　自主設(shè)計(jì)半導(dǎo)體是相當(dāng)冒險(xiǎn)的決定。這種大約僅有郵票大小的微處理器是所有計(jì)算機(jī)設(shè)備中最重要的部件,但 Srouji 卻說(shuō)這項(xiàng)研究很有趣,“蘋(píng)果的芯片架構(gòu)師是藝術(shù)家,工程師則是巫師。如果一位設(shè)計(jì)師說(shuō)‘這很難’,我就會(huì)首先想到,只要存在理論上的可能性,就算是很難也是可以實(shí)現(xiàn)的?！?/p>

　　Srouji 是以色列人,加入蘋(píng)果之前曾為英特爾和 ibm 工作,他體格強(qiáng)壯,為人熱情,會(huì)說(shuō)一口流利的阿拉伯語(yǔ)、希伯來(lái)語(yǔ)和法語(yǔ),他的英語(yǔ)帶有一點(diǎn)口音。如果有哪個(gè)項(xiàng)目與蘋(píng)果相關(guān),Srouji 的態(tài)度一向都是“困難才是正確的,因?yàn)楹?jiǎn)單代表著浪費(fèi)時(shí)間”。

　　-END-

　　結(jié)束了嗎?

　　對(duì)待蘋(píng)果一定要有 One more thing

　　蘋(píng)果A11 Bionic 到底有多強(qiáng)?附上暴力跑分測(cè)試結(jié)果

　　根據(jù)Geekbench測(cè)試結(jié)果, A11 Bionic與 iOS、Android、PC平臺(tái)橫向?qū)Ρ?/p>

　　iOS 跑分排行榜

　　從成績(jī)來(lái)看,A11 Bionic 處理器的單核成績(jī)最高達(dá)到了 4195 分,多核心成績(jī)超過(guò) 10000 分。不僅超越 A10 Fusion,連 iPad Pro 上的 A10 X Fusion 也給秒了。

　　Android集體跪了

　　橫向?qū)Ρ葋?lái)看,Android 陣營(yíng)最強(qiáng)的三星 Galaxy S8、Note 8 上搭載的 Exynos 8895,單核心成績(jī)只有 1965 分,而多核心成績(jī)不過(guò) 6494 分。顯然,蘋(píng)果 A11 Bionic 再一次吊打 Android 陣營(yíng),而且在多核心的成績(jī)上實(shí)現(xiàn)了大幅度的超越。

　　▲ Android 多核心成績(jī)排名

　　與PC平臺(tái)對(duì)比

　　PC 平臺(tái)來(lái)看,Intel Core i3-7350K 單核跑分最高(4.2GHz),達(dá)到 6022 分;多核心性能,Intel Core i9-7900X 目前最高(3.3GHz,10 核心),達(dá)到 33622 分。按分值片面計(jì)算,A11 的多核性能相當(dāng)于 Core i9-7900X 的三分之一。單核性能相當(dāng)于 Core i3-7350K 的 70%。

　　▲ PC 平臺(tái)單核心成績(jī)排名