在 iPhone X 發佈不久 , 華為就在 Facebook 上分享一段廣告視頻 ,diss 蘋果 Face ID 毫無用處。
在廣告視頻中 , 華為使用小醜 emoji 形象 , 並以動畫的表現形式 , 模擬人臉識別解鎖手機的過程 , 最終解鎖失敗 , 暗示並不是所有人都適合面部識別。
沒過幾天 , 華為移動又通過其官方 Twitter 分享瞭另一個 Gif 圖片 , 圖片中一隻蘋果被啃食殆盡。
小動作不斷的華為 , 接連 " 嗆聲 " 蘋果。此舉無疑是為內置 AI 芯片的麒麟 970 處理器加戲碼。事實上 , 華為將在 10 月 16 日發佈 " 真正的 AI 手機 "Mate10。
當然 , 以十周年紀念版為噱頭的 iPhone X 並不脆弱。有瞭強力 " 大腦 "A11 Bionic 坐鎮 , 它飆起來 , 恐怕連 iPad Pro 上的 A10X 都要退避三舍。
在長達 2 小時的蘋果發佈會裡最令人印象深刻的就是這款十周年紀念版 iPhone X 瞭。但如果離開瞭 A11 Bionic CPU 芯片 ,iPhone X 剩下的恐怕徒具外型。如果 A11 Bionic 背後沒有一支瘋狂、專註的芯片開發團隊 , 它也將是一塊不足掛齒的芯片。
所以 , 真正懂門道的內行人更關註的問題是 :A11 Bionic 芯片背後的蘋果 IC 設計 團隊 , 究竟是如何打造出這顆帶動 iPhone X 手機的動力引擎出來的 ?
今天我們就來聊一聊蘋果新一代移動處理器 , A11 Bionic 芯片開發背後的故事。
從 3 年前的一場賭註說起
蘋果每一款產品內部都裝著一顆主宰一切的 " 大腦 ", 你所使用的任何應用都要經過它的處理。事實上 , 這枚小小的芯片 , 是一門在指尖打造出一座城市的手藝。
▲ 蘋果 IC 設計團隊總監、硬件科技資深副總裁 Johny Srouji
在蘋果芯片世界 , 有一位幕後操刀手 , 或許你從未聽說過 , 但他的重要性卻不容置疑 , 甚至不遜色於任何一位蘋果高管。
他的名字叫約翰尼斯洛基 ( Johny Srouji ) , 在蘋果公司內部的硬件技術部門擔任高級副總裁 , 掌管蘋果的處理芯片團隊。
也就是說 ,iPhone、iPad、Apple TV、Apple Watch 等產品的中央處理器 , 都是在 Srouji 的帶領下完成設計的。 如果說喬納森 ( 蘋果軟硬件產品的首席設計師 ) 為眾多蘋果產品帶來瞭精致的外形設計 , 那麼 Srouji 和他的團隊就是控制這些產品的 " 大腦 "。
自從在 2008 年加入蘋果公司之後 ,Srouji 一直都保持著低調。但隨著蘋果芯片的信息逐漸為外人所知 , 這位技術天才也開始出現在聚光燈之下瞭。
美國知名科技博客 Mashable 在蘋果發佈會後 24 小時邀請到蘋果 IC 設計團隊總監、硬件科技資深副總裁 Johny Srouji 一揭 A11 Bionic 芯片的開發背後的秘密。
▲ 蘋果 A11 Bionic 芯片
在被問到 A11Bionic 芯片是何時開始著手開發的 ?Srouji 給出的答案令人咋舌。他表示 , 蘋果著手架構芯片 , 一般從 3 年前就開始。這意味著 A11 Bionic 芯片早在 2014 年間就進行開發工作瞭 , 而當時蘋果還忙著出貨內建 A8 芯片的 iPhone 6。
值得註意的是 ,2014 年時 , 少有在手機層次上討論 AI 和機器學習任務的議題 , 然當時 , 蘋果在架構芯片開發之際 , 已經押寶手機 SoC 內嵌 Neural Engine ( 神經引擎 ) 瞭。
為什麼說蘋果早在 3 年前就押寶 iPhone 手機 SoC 內嵌神經引擎、用來執行 AI 運算任務 , 這件事讓人另眼相看 ?
要知道 , 包括 AI 在內的這些先進演算法 , 例如 Siri, 通常系在雲端上執行高階演算 , 因此 , 在用戶端便需要有網絡連結。然而 ,iPhone X 將 AI 技術導入手機裡 , 顯然是想避免把用戶個人資料送出手機、送到雲端 , 但 iPhone X 的 AI 應用如果想要在手機層次、而非雲端層次上執行的話 , 這也可以解釋對於強大運算芯片的需求 , 因此設計瞭 A11 Bionic 處理器上的一對核心。
" 芯片設計的煩惱 "
在芯片設計上 , 蘋果一直有它獨有的思路。
陪同受訪的蘋果全球行銷資深副總裁 Phil Schiller 一語道破瞭蘋果對於 iPhone 手機開發過程中對於芯片的重視 : 對蘋果來說 , 芯片開發可說是 iPhone 打造過程中必經之路的一部分 , 絕不是像樂高積木似的可以隨便外購 , 然後堆疊而成。
那麼 , 蘋果芯片更新迭代規律又是怎樣的呢 ?
關於芯片研究 , 蘋果從 A4 到 A11 的開發過程中 , 其實並非每一次都是從零開始的。蘋果在開發每一代的芯片時 , 都會先檢視前一代的架構 , 然後再決定到底是要據此改善、還是重新開始。
▲ A11 Bionic 芯片 兩個更新的性能核心
以 A11 Bionic 為例 , 可說是基於 A10 Fusion 芯片的效能表現以及部分技術上。蘋果全球行銷資深副總裁 Phil Schiller 形容 A11 Bionic 芯片可說是集設計、架構與技術改變於一身的混合體 , 有些地方是全新的 , 有些地方則是對於既有處理器設計的更新。
A10 Fusion, 是一個四核處理器 , 兩顆性能核心 , 兩顆能效核心。在處理重量級任務時 , 使用性能核心 ; 處理輕量級任務時 , 關閉性能核心 , 使用能效核心 , 減少電池消耗。
A11 Bionic 繼續沿用這個思路。不同的是 ,iPhone X 處理器第一次采用瞭六核心 , 其中兩顆為高性能核心 , 四顆高效能核心。
如此來看 , 先前導入到 A10 Fusion 芯片的高功能與高效能核心 , 也獲得瞭換代更新 , 包括多瞭 2 個核心 , 以及可以進行非對稱多重處理 ( asymmetric multi-processing ) 任務 , 這意味著可以立刻運行 1、2、3、4、5 或 6 核心。
結構調整 , 帶來的效益是 :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%, 而多核同時工作性能提升高達 70%。
" 神經引擎 " 的秘密
除瞭這些在 A10 Fusion 核心數、性能升級之外 ,A11 Bionic 還重新設計瞭兩個全新的殺手鐧 : 神經引擎 ( Neural Engine ) 和圖形引擎 ( Graphics Engine ) 。
▲ Srouji ( 左二 ) 和庫克在以色列與蘋果員工在一起
以前 , 蘋果一直在用第三方 GPU。本次在 A11 Bionic 上 , 蘋果做瞭首款自己設計完成的 GPU。至於 , 蘋果為何選擇自主研發芯片來執行 AI 任務 ?
Srouji 表示 ,Neural Engine ( 神經引擎 ) 的開發可說是蘋果 IC 設計團隊對於優化系統效率、永無止境追求的體現。這對雙核引擎能認出人、地點、物體 , 還能以每秒 6000 億次的速度處理機器學習任務。
但對於部分應用程序或軟件而言 , 有些算法可以更好利用函數程式模型 ( functional programming model ) 。這其中也包括瞭 iPhone X 最新的臉部追蹤和 Face ID, 以及擴增實境 ( AR ) 相關的物體偵測。
這些功能都要用到神經網路、機器學習或是深度學習等。這種類神經處理可以 在 CPU 上運行 , 若能在 GPU 上處理則更佳。
對於這種類神經網絡的程序模型來說 , 如果實現瞭通過針對該應用設計的專屬定制芯片 , 那在執行完全相同的任務時 , 將比普通圖形引擎更節能。而蘋果是如何做到呢 ?
Srouji 進一步指出 ,Neural Engine 的秘密在於其能夠進行矩陣乘法 ( matrix multiplications ) 以及浮點處理 ( floating-point processing ) 。
A11 Bionic 裡的 Neural Engine 隻進行專門的一些任務處理而已 , 並不進行通用化用途。Schiller 在旁補充道 , 臉部識別、AR 物件偵測以及在即時狀態下進行生動表情符號 ( Animoji ) 臉部追蹤等 , 是其特殊運算任務中的幾項。
除此之外 , 蘋果不願多做闡述瞭 , 對這個神經引擎不願透露更多細節。
▲ 在蘋果的一個秘密實驗室中展開的對芯片耐久性的測試
畢竟 , 一貫嗅覺敏感的蘋果 , 自行為產品設計處理器 , 是它與競爭對手的最大區別之一。
由自傢的工程師來設計處理器 , 蘋果可以完美的將硬件和軟件進行優化和結合 , 同時還可以對處理速度以及電池續航能力進行掌控。比如 , 在芯片 ( 通常叫 系統芯片 , 即 soc ) 內部的元件裡 , 包含有一種圖像信號處理器以及儲存控制器 , 可以讓蘋果為拍照以及儲存照片設計功能 , 就像 iphone 5s 帶有的連拍模式 ( burst mode ) 。
自主芯片研發還為蘋果帶來一項收益 , 蘋果的工程師可以與設計師進行合作 , 一起為一些領先幾年的新功能進行保密 , 而不必提前去通知 芯片廠商 尤其是三星 , 因為他們是蘋果最主要的芯片代工廠商。
毫無疑問 , 芯片對蘋果的重要性 , 而 Srouji 卻是在這傢全球最能賺錢的公司裡掌握著可能是最重要的部門。
▲ A11 Bionic 芯片上自主研發 GPU
自主設計半導體是相當冒險的決定。這種大約僅有郵票大小的 微處理器 是所有計算機設備中最重要的部件 , 但 Srouji 卻說這項研究很有趣 ," 蘋果的芯片架構師是藝術傢 , 工程師則是巫師。如果一位設計師說‘這很難’ , 我就會首先想到 , 隻要存在理論上的可能性 , 就算是很難也是可以實現的。"
Srouji 是以色列人 , 加入蘋果之前曾為英特爾和 ibm 工作 , 他體格強壯 , 為人熱情 , 會說一口流利的阿拉伯語、希伯來語和法語 , 他的英語帶有一點口音。如果有哪個項目與蘋果相關 ,Srouji 的態度一向都是 " 困難才是正確的 , 因為簡單代表著浪費時間 "。
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結束瞭嗎 ?
對待蘋果一定要有 One more thing
蘋果 A11 Bionic 到底有多強 ? 附上暴力跑分測試結果
根據 Geekbench 測試結果 , A11 Bionic 與 iOS、Android、PC 平臺橫向對比
iOS 跑分排行榜
從成績來看 ,A11 Bionic 處理器的單核成績最高達到瞭 4195 分 , 多核心成績超過 10000 分。不僅超越 A10 Fusion, 連 iPad Pro 上的 A10 X Fusion 也給秒瞭。
Android 集體跪瞭
橫向對比來看 ,Android 陣營最強的三星 Galaxy S8、Note 8 上搭載的 Exynos 8895, 單核心成績隻有 1965 分 , 而多核心成績不過 6494 分。顯然 , 蘋果 A11 Bionic 再一次吊打 Android 陣營 , 而且在多核心的成績上實現瞭大幅度的超越。
▲ Android 多核心成績排名
與 PC 平臺對比
PC 平臺來看 ,Intel Core i3-7350K 單核跑分最高 ( 4.2GHz ) , 達到 6022 分 ; 多核心性能 ,Intel Core i9-7900X 目前最高 ( 3.3GHz,10 核心 ) , 達到 33622 分。按分值片面計算 ,A11 的多核性能相當於 Core i9-7900X 的三分之一。單核性能相當於 Core i3-7350K 的 70%。
▲ PC 平臺單核心成績排名
