蘋果公司上個(gè)月宣布推出新款iPad Air時(shí)，最有趣的不是它的iPad Pro風(fēng)格設(shè)計(jì)，也不是一系列新的色彩選擇。而是新Air潛藏在細(xì)長(zhǎng)框架中。
令我們驚訝的是，2020年的iPad Air是蘋果公司首款使用新型A14 Bionic芯片組的設(shè)備。芯片的影響也將不僅限于平板電腦，幾乎可以肯定，它將為下一代iPhone提供動(dòng)力，Apple將于明日推出該產(chǎn)品。在與Engadget的對(duì)話中，蘋果公司平臺(tái)架構(gòu)副總裁Tim Millet和Mac和iPad產(chǎn)品營(yíng)銷高級(jí)總監(jiān)Tom Boger闡明了該公司設(shè)計(jì)A14的方法，以及求對(duì)iPad Air及其它的意義。
打造一款“野獸”芯片
在較高的水平上，A14似乎與蘋果的其他Bionic芯片組相似。就像A12和A13一樣，這個(gè)SoC包含一個(gè)六核CPU（兩個(gè)核是高性能核，四個(gè)核用于低優(yōu)先級(jí)任務(wù)）。這里的GPU內(nèi)核數(shù)量也保持不變，為四個(gè)。
但是，不要被這些過去的相似之處所迷惑：由于A14是使用5納米制造工藝設(shè)計(jì)的，因此這種單芯片系統(tǒng)的工作比以往任何時(shí)候都多。但是，讓我們先退后一步。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)向更密集的芯片組設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變已經(jīng)發(fā)生了多年，并且沒有絲毫放緩的跡象。
A14可能是世界上第一個(gè)商用的5nm芯片，但是蘋果的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手并不落后。高通公司首款5nm移動(dòng)芯片組Snapdragon 875可能會(huì)在12月舉辦的的公司虛擬Snapdragon Summit上首次亮相。然后是三星，除了為高通公司制造這些驍龍之外，三星還開始拉開5nm Exynos 1080芯片組的帷幕。
基于這些新制造工藝的芯片的主要優(yōu)點(diǎn)是，它們更密集地集成晶體管，這些難以置信的小型開關(guān)，可以控制電子的流動(dòng)。這些充當(dāng)邏輯門的基礎(chǔ)，邏輯門產(chǎn)生集成電路，集成電路產(chǎn)生成熟的處理器。
無論如何，轉(zhuǎn)向5nm意味著Apple可以把有更多的晶體管用于芯片上的所有系統(tǒng)?；仡^看一下：該公司去年使用的A13 Bionic有85億個(gè)晶體管，而新芯片是118億個(gè)。如您所料，晶體管數(shù)量的急劇增加為蘋果提供了額外的處理位，以顯著提高速度、效率、CPU和GPU內(nèi)核。但這也使蘋果可以自由地對(duì)設(shè)備的整體體驗(yàn)進(jìn)行微妙的改進(jìn)。
“芯片架構(gòu)師考慮功能的一種方式不一定是直接將[晶體管]映射到產(chǎn)品中的功能，而是要使諸如圖形堆棧中軟件之類的基礎(chǔ)技術(shù)能夠放大GPU中的新功能”，Millet說?！耙?yàn)檫@將不可避免地成為游戲中的視覺功能，或用戶界面中的快速過渡。”
轉(zhuǎn)向5納米設(shè)計(jì)的A14也使蘋果可以自由地將其更多的晶體管“預(yù)算”投入到CPU和GPU以外的組件上。而要獲得最佳的全方位體驗(yàn)，蘋果，三星和華為等公司（僅有的其他為自己的移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)芯片的公司）具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在這種情況下，由于Apple完全控制其片上系統(tǒng)中的內(nèi)容，因此可以在其他處理內(nèi)核和組件成為主流之前對(duì)其進(jìn)行投資。
最好的例子是該公司的神經(jīng)引擎，該組件首次出現(xiàn)在iPhone X的A11芯片組中，用于加速各種功能所需的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，例如安全面部解鎖，Siri語音識(shí)別和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等。蘋果是最早在其芯片中集成專用神經(jīng)加速器的公司之一。而華為在蘋果宣布其自己的神經(jīng)引擎之前一周就發(fā)布了麒麟970及其神經(jīng)處理單元，而三星和高通后來才趕上來。
毫不奇怪，今年的神經(jīng)引擎與我們?cè)?017年看到的第一個(gè)引擎相去甚遠(yuǎn)。雖然原始協(xié)處理器可以每秒執(zhí)行6000億次操作，但去年的A13在相同的時(shí)間內(nèi)將標(biāo)準(zhǔn)提高到了6萬億次。同時(shí)，A14通常每秒執(zhí)行11萬億次的操作，從而消除了障礙。
大規(guī)模的重新設(shè)計(jì)使這種提升成為可能：A14的神經(jīng)引擎現(xiàn)在包含16個(gè)內(nèi)核，而去年的A13為8個(gè)。將引擎的核心數(shù)量增加一倍將是一個(gè)有趣的選擇，因?yàn)樵S多依賴它的iOS功能似乎已經(jīng)運(yùn)行良好。既然如此，為什么不把更多的新晶體管投入到進(jìn)一步提高CPU和GPU性能上呢？大多數(shù)人可能會(huì)立即注意到這一點(diǎn)？
答案有兩個(gè)。首先，蘋果公司繼續(xù)在增強(qiáng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中看到巨大的潛力，不僅是因?yàn)槠渥陨淼能浖w驗(yàn)，而且對(duì)于那些應(yīng)用程序開發(fā)人員可能能夠在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b適當(dāng)?shù)慕M件來實(shí)現(xiàn)。例如，流行的圖像編輯應(yīng)用程序Pixelmator Pro依靠神經(jīng)引擎提供了一項(xiàng)功能，該功能可使低分辨率圖像看起來異常清晰和干凈。同時(shí)，在創(chuàng)意頻譜的另一端，Algoriddim的djay Pro AI應(yīng)用程序使用神經(jīng)引擎來更有效地隔離歌曲中的人聲和樂器音軌。
Millet說：“我們看到了傳統(tǒng)CPU指令集無法完成的事情的機(jī)會(huì)?！?“理論上您可以在GPU上執(zhí)行執(zhí)行神經(jīng)引擎在做的許多操作，但是您不能在緊密，受熱約束的enclosure內(nèi)執(zhí)行該操作。”
這是答案的另一半，這就是蘋果必須在純粹的“馬兒”和“效率”之間取得平衡。畢竟，如果馬匹過早疲勞，那就沒有必要確保它們跑得快。
Millet說：“我們努力專注于能源效率，因?yàn)檫@適用于我們生產(chǎn)的每種產(chǎn)品?！?通過將重點(diǎn)放在芯片設(shè)計(jì)上，蘋果不必?fù)?dān)心這種情況“它專注于手機(jī)的能源效率（以某種方式）在iPad Air中不起作用”。當(dāng)然可以了?！?/p>
實(shí)際影響
大家一致肯定的是，A14是比它的前輩更令人印象深刻，但所有這一切都引發(fā)了一個(gè)有趣的問題：它有多強(qiáng)大？這是真的嗎？
這主要是因?yàn)樘O果尚未就A14 Bionic比去年的A13 Bionic的性能提高多少發(fā)表任何聲明，在即將到來的主題演講中，我們可以期待更多細(xì)節(jié)。在蘋果披露新產(chǎn)品iPad Air，他們確實(shí)說了A14的CPU比前代產(chǎn)品提升40％，人們可以期望圖形性能最多提高30％。
但是，必須注意的是，現(xiàn)實(shí)生活中的性能提升并不總是符合Apple的承諾。例如，當(dāng)公司表示A14的CPU性能比當(dāng)前iPad Air的A12芯片組強(qiáng)大30％時(shí)，它并沒有超出您和我可以使用的流行基準(zhǔn)測(cè)試工具的結(jié)果。根據(jù)Boger的說法，這些數(shù)字是”實(shí)際應(yīng)用程序工作負(fù)載“的合并。換句話說，它們是源自許多不同性能因素的綜合數(shù)字，所有這些都證明了實(shí)際使用此東西的感覺。
Millet補(bǔ)充說：”我們了解許多應(yīng)用程序的單線程性能確實(shí)很重要。“ ”因此，我們確保在談?wù)撝T如此類的事情時(shí)，我們能夠很好地表示單線程性能。我們還表示，更多具有前瞻性的開發(fā)人員實(shí)際上正在利用即將推出的額外內(nèi)核?！?/p>
由于我在2020年花費(fèi)了大量時(shí)間測(cè)試蘋果設(shè)備，因此我的想法迅速轉(zhuǎn)向A14如何模糊Air與iPad Pro之間的界限。畢竟，2020 iPad Pro依靠的是兩年前芯片組的增強(qiáng)版本。與蘋果的新芯片相比，它如何堆疊？
總體而言，iPad Pro仍然具有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)我們?cè)诮衲暝缧r(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行測(cè)試時(shí)，它是一臺(tái)速度非?？斓臋C(jī)器，而Millet和Boger很快指出，當(dāng)前型號(hào)的A12Z芯片組比A14具有更多的CPU和GPU內(nèi)核（每個(gè)內(nèi)核八個(gè)）。GPU計(jì)算能力的巨大差異尤其意味著iPad Pro將繼續(xù)更適合圖形工作以及Apple專業(yè)用戶可能會(huì)處理的其他”高性能工作負(fù)載“。但這并不是說iPad Air的芯片組在這里完全被淘汰了。
博格指出：”由于A14具有我們最新一代的CPU內(nèi)核，因此您可能會(huì)在這里和那里看到一些東西，它們可能會(huì)勝過A12Z。“
蘋果制造了一款售價(jià)600美元的平板電腦，其功能有時(shí)會(huì)超過其專業(yè)級(jí)硬件，這是一個(gè)大問題。但是，更重要的是，蘋果公司在設(shè)計(jì)A14時(shí)所做的工作可能會(huì)影響其后續(xù)設(shè)備。
走向未來
正如我之前說的，A14將為新款iPad Air以及可能是該公司最新推出的iPhone系列提供動(dòng)力，但幾乎肯定還會(huì)在其他產(chǎn)品中使用?？纯碅pple的入門級(jí)iPad系列：盡管它們從未獲得過為iPad Pros制造的高端芯片組版本，但它們經(jīng)常被上一代iPhone中使用的芯片所刷新。如果您是Apple設(shè)備的粉絲，那么您是否還不打算大肆購(gòu)買新手機(jī)或平板電腦也沒關(guān)系-您最終體驗(yàn)A14的機(jī)會(huì)還不錯(cuò)。
即使您不這樣做，您仍然可以從其中進(jìn)行的一些工作中受益。當(dāng)蘋果公司的人們開始研究芯片組時(shí)，他們不僅專注于為單個(gè)產(chǎn)品構(gòu)建芯片組。他們考慮了公司的整體陣容?！蔽覀兓撕芏鄷r(shí)間與產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)和軟件團(tuán)隊(duì)合作，而架構(gòu)小組確實(shí)位于其中?！?Millet說。蘋果在制造產(chǎn)品時(shí)，必須弄清從CPU和GPU到相機(jī)和顯示模塊以及大量傳感器的重要組件清單。以良好的方式將所有組件連接起來是Millet團(tuán)隊(duì)的工作，而他們最大的優(yōu)先事項(xiàng)之一就是確保將它們編織在一起的芯片級(jí)體系結(jié)構(gòu)參數(shù)化-即可擴(kuò)展以用于不同類型的設(shè)備。
他說：”最終，我們要確保在為一代構(gòu)建CPU時(shí)，我們不一定只為一代構(gòu)建CPU。“ 雖然這并不意味著您會(huì)在Apple Watch之類的產(chǎn)品中看到A14的六核CPU，但為該公司的旗艦手機(jī)芯片組開發(fā)的體系結(jié)構(gòu)很可能會(huì)改編并在其他地方重復(fù)使用。事實(shí)證明，我們可能不必等很久就能看到一個(gè)很好的例子。
幾周以來，一直有傳言稱iPad Pro由A14的高性能版本A14X提供動(dòng)力，有人傳言稱該產(chǎn)品將于2021年初推出。在發(fā)布由A12驅(qū)動(dòng)的iPhone XS系列僅一個(gè)月后，蘋果就宣布了其第三代iPad Pro和A12X芯片組。更有趣的是，這是您應(yīng)該撒些鹽的部分。謠傳A14X也是該公司的首批商用Apple Silicon Mac中的芯片組。自然，該公司不會(huì)向我確認(rèn)任何這件事，但是當(dāng)被問及該公司在Mac芯片上的工作是否完全影響了A14的發(fā)展時(shí)，Millet指出：”有時(shí)，獨(dú)特的平臺(tái)制約著發(fā)明的發(fā)展?！?/p>
最終，對(duì)于A14和蘋果公司在不久的將來的計(jì)劃，我們?nèi)匀恢跎?。它的體系結(jié)構(gòu)還可以如何擴(kuò)展或限制為適用于不同的硬件？蘋果從設(shè)計(jì)像A14這樣的移動(dòng)芯片組中學(xué)到的知識(shí)是否會(huì)給它提供在英特爾和AMD上需要的工具？Millet完全沒有討論這些話題，但似乎一模一樣：無論您是否購(gòu)買iPad Air（或iPhone 12），蘋果的工作都會(huì)對(duì)該芯片組會(huì)在未來幾年都產(chǎn)生影響。