Вряд ли до конца 2017 года на рынке появится хотя бы одно устройство, которое сумеет обойти iPhone 8, iPhone 8 Plus и iPhone X по скорости работы.
Мы решили разобраться, каким это образом у Apple получается делать настолько производительные процессоры, хотя собственных мощностей у нее для этого попросту нет.
A11 - самый производительный чип на мобильном рынке
Процессор A11 построен на двух крупных производительных ядрах и четырех малых энергоэффективных. Его основное отличие от A10 - наличие специального чипа для работы с нейронными сетями.
Именно этот процессор установлен в iPhone 8, iPhone 8 Plus и iPhone X, трех самых быстрых смартфонах на сегодняшний день. Его производительность выше конкурентов-флагманов почти в 2 раза.
Самые быстрые в многоядерном тесте Geekbench 4:
- Apple iPhone 8 Plus - 10,472
- Apple iPhone 8 - 10,170
- Apple iPhone X - 10,051
- Samsung Galaxy Note 8 - 6,564
- One Plus 5 - 6,542
- Samsung Galaxy S8 - 6,295
Каждый процессор A11 изготавливается по 10-нанометровому техпроцессу, который гарантирует не только максимальную скорость работы, но и предельную энергоэффективность.
За производство чипов A11 отвечает тайваньская компания TSMC, которая работает по контракту. И у самой Apple нет необходимых мощностей для массового продакшена процессоров.
iPhone X оказался мощнее даже некоторых MacBook Pro
iPhone 8, iPhone 8 Plus, а также iPhone X - первые мобильные устройства, которые преодолели отметку в 10 тыс. баллов в многоядерном тесте Geekbench 4.
И чтобы эти цифры оказались еще более грандиозными, отметим, что 13-дюймовый MacBook Pro 2017 года с двухъядерным процессором Intel Core i5 Kaby Lake набирает около 9 тыс. баллов.
Теоретически A11 быстрее Intel Core i5 Kaby Lake на 10%
Конечно, на практике мобильный процессор, устанавливающийся в смартфоны, вряд ли сможет обскакать полноценный, ведь у них первоначально абсолютно разные задачи.
A11 заточен не только под скорость, но и под энергоэффективность. А решение Intel наоборот - в первую очередь под производительность. Но результаты теста все же показательны.
Почему ни один из соперников не может догнать Apple
Так как тайваньская компания TSMC - контрактный производитель, она не занимается непосредственной разработкой процессоров для Apple. Она отвечает только за массовый выпуск.
Получается, что Apple фактически приносит своему партнеру что-то вроде готовых «клише», на основании которых он и включает в работу свои станки. Времени слить технологию просто нет.
Аналогичная ситуация была и с компанией Samsung, которая выпускала процессоры для смартфонов Apple еще год тому назад. Получалось для конкурента она делала чипы лучше, чем для себя.
Конечно, кроме возможности быстро скопировать технологию для себя или на продажу очень важна работа инженеров, которые получают деньги в Apple не зря.
Но работа инженеров не имела бы никакого смысла без программного обеспечения, поэтому хочется пожать руку разработчикам, которые работают в компании Apple.
В сети уже сегодня есть мысли, что Apple превратила программное обеспечение в аппаратное. Ее устройства работают быстро благодаря не только железу, но и софту.
Да, iOS 11 работает не так хорошо, да и при Джобсе такого точно не было. Но в остальном совместное производство программного и аппаратного обеспечения однозначно дают о себе знать.
А еще очень важно, что Apple разрабатывает процессоры сама, а не покупает их у гигантов рынка вроде Qualcomm. Конкуренты пытаются делать и что-то свое, но от Snapdragon уйти считайте не могут.
Почему же большинство конкурентов не выпускает процессоры самостоятельно или не идет по контрактному пути производства Apple? Здесь нет ничего странного.
И в данном случае мы возвращаемся к пресловутой фрагментации Android-устройств. Их слишком много, и если бы почти у каждого флагмана был не Snapdragon 835, было бы совсем туго.
iPad Pro 2018 окажутся монстрами производительности
В сети уже начали появляться первые данные по поводу процессоров, которые Apple будет использовать в iPad Pro в 2018 году. И это чума, товарищи. Похоже, компанию понесло по ядрам.
Скорее всего, в iPad Pro новых поколений будет установлен процессор A11x Bionic. Он получит целых восемь ядер вместо шести. А еще 7 нм техпроцесса и «водное охлаждение».
Главный вопрос 2018 - как угомонить всю мощь новых iPad Pro
Источники, близкие к TSMC, который останется ответственным за массовое производство процессоров по контрактной схеме, уточняют, что три ядра будут скоростными, а пять экономными.
Скорее всего, вместе с ультраскоростными чипами, iPad Pro 2018 получат также модуль фронтальной камеры TrueDepth, чтобы быть более трендовыми и вообще узнаваемыми.
Какие перспективы у новых мобильных устройств Apple
Конечно, чем выше производительность установленного в современное мобильное устройство процессора, тем вроде как и лучше - особенно учитывая ориентир на энергоэффективность.
Тем не менее, сегодня мне кажется, что новые мощности не заставляют разработчиков делать более качественный софт - даже наоборот.
Новый нонсенс - чем быстрее процессоры, тем меньше внимания к оптимизации
И самый яркий пример в данном случае - дополненная реальность на специальном движке Apple, который появился с выходом iOS 11. Он работает на iPhone 6s и выше. Но тупит на iPhone 7.
Создается ощущение, что разработчикам уже просто влом работать над оптимизацией. Чипы самых последних iPhone тянут, ну и норм. Все еще надеюсь на позитивные сдвиги в iOS-софте в будущем. Все.
Apple хочет ускорить разработку собственных полупроводников, чтобы ещё больше обогнать своих конкурентов. Компания планирует изготавливать ARM-процессоры для ноутбуков Mac, собственные модемы для iPhone и многое другое.
В пятницу японское издание Nikkei опубликовало информацию, полученную от аналитиков, о том, что Apple планирует расширить производство полупроводников. Если говорить конкретнее, Тим Кук с руководством компании заинтересованы в «производстве ядерных процессоров для ноутбуков, чип-модемов для телефонов и процессоров, отвечающих за сенсорные дисплеи и сканеры отпечатка пальца».
Apple уже наняла инженеров из Тайваньской компании Novatek, лидирующей в производстве процессоров, а также компании по производству панелей AU Optronics.
Пока что модем-чипы компания закупает у Intel и Qualcomm, но аналитик Марк Ли считает, что «Apple делает инвестиции в исследования и разработку модем-чипов, отвечающих за мобильную связь».
Выдержка из статьи:
Ветеран чип-индустрии считает, что для работы над столь масштабным проектом понадобится более тысячи инженеров.
Ранее в этом году вице-президент Qualcomm Есин Терзиоглу возглавил проект Apple по производству чипов. Мы не удивимся, если Apple разработает собственный чип-модем, учитывая, что Samsung тоже использует свой модем Exynos.
Источники также сообщили, что Apple пытается меньше зависеть от Intel в производстве процессоров для ноутбуков и начать производить свои на основе ARM.
Конечно же, Apple годами разрабатывает свои собственные процессоры.
Компания создала процессоры для iPhone, iPad и Apple Watch, чип для беспроводных AirPods и сканер . Они массово производятся на сторонних предприятиях Samsung и TSMC. По словам источников, компания не планирует ограничивать производство своих продуктов территорией только собственных предприятий.
Исследовательская фирма IC Insights поставила Apple на четвёртое место в мировом рейтинге по производству собственных процессоров. Компанию опередили только Qualcomm, Broadcom и MediaTek.
Вот что думает аналитик Ширли Цай: «Не важно, Apple вы или Google, в эру искусственного интеллекта вам придётся разрабатывать собственные алгоритмы и технологии, создавать приложения и выстраивать экосистемы с максимально большим числом партнёров».
Apple показала, чего можно добиться, создавая передовые процессоры и операционные системы. Это ещё раз доказывает процессор A11 Bionic в новых моделях iPhone.
Процессоры серии A позволили Apple обогнать своих конкурентов. Устройства Android требуют больше оперативной памяти и ядер, чтобы соответствовать работе iOS, а в эру искусственного интеллекта это станет ещё важнее.
Apple уже движется в этом направлении: нейронный движок в процессоре A11 Bionic – первый двухъядерный центральный процессор, оптимизированный под алгоритмы машинного обучения.
Тот факт, что Apple разработает свои процессоры для ноутбуков, очевиден, но когда это произойдёт? Пока что точно сказать нельзя. Но вот процессор A11 Bionic результатами тестов доказал, что Apple способна создать мощный процессор и для ноутбука.
Процессор, созданный на основе ARM, позволил бы производить ещё более тонкие ноутбуки с более мощными батареями. На момент написания статьи Apple предлагает 200 должностей, связанных с производством процессоров.
Представила три новых айфона, в которых многие функции используют машинное обучение. Это было бы невозможно без специально заточенного под это процессора. В отличие от других производителей гаджетов, Apple сама проектирует свои чипы. Издание Wired рассказало, как компания это делает и сколько у нее денег на это уходит.
Несколько лет назад инженеры в подумали, что камера iPhone может стать умнее при помощи новых мощных алгоритмов машинного обучения, известных как нейронные сети . Своей идеей они сразу же поделились с вице-президентом Тимом Миллетом.
Миллет руководит командой процессорных инженеров. В iPhone X они добавили новый режим портретной съемки , который может регулировать освещение на лицах людей и искусно размывать фон. Все это благодаря новому модулю, добавленному в главный процессор iPhone – нейронному движку , заточенному под машинное обучение. Благодаря нему же появилась система блокировки Face ID.
Тот факт, что инженеры iPhone смогли сами разработать процессор для запуска фич вроде Face ID, показывает преимущества нетрадиционной аппаратурной стратегии Apple. Большинство производителей компьютеров и гаджетов покупают чипы для своих устройств у производителей полупроводников, таких как Intel, Qualcomm или Samsung. Apple же с 2010 года сама проектирует процессор, который на заказ производит сторонняя компания.
На прошлой неделе Apple презентовала три новых iPhone. Все устройства работают на новом процессоре под названием А12 Bionic, спроектированном командой Миллета. Для его создания применялись более продвинутые технологии, чем при создании любого другого эквивалентного чипа в мобильном устройстве. Размер отдельных элементов транзисторов A12 – 7 нанометров, что на 3 нанометра меньше, чем в предыдущем iPhone. Так Apple смогла уместить 6,9 миллиардов транзисторов – на 2,6 миллиарда больше, чем в прошлом году.
Благодаря этому графический процессор значительно мощнее, а нейронный движок – больше. В прошлом году он мог выполнять 600 миллиардов операций в секунду, сегодня – пять триллионов.
Миллет утверждает, что эти обновления способствовали улучшению портретного режима, который позволяет пользователям настраивать глубину резкости после того, как фотография была сделана. Помимо этого, дополненная реальность стала еще более точной и реалистичной. Нейронный движок также доступен теперь для сторонних разработчиков, с целью создать еще больше приложений, основанных на ИИ .
Одновременная работа над софтом и железом особенно ценна сейчас для Apple, когда продажи iPhone перестали расти . Компания должна придумывать новые фичи, чтобы стимулировать владельцев iPhone обновлять свои устройства. Samsung также производит смартфоны и процессоры для них, но эти две отрасли не переплетаются, как в Apple, и корейская компания продает свои процессоры другим производителям устройств.
Apple не признается, кто производит новые чипы A12. В индустрии поговаривают, что этим занимается тайваньская компания TSMC. На мероприятии TSMC в прошлом октябре были процитированы слова главного операционного директора Apple, который сказал, что TSMC является единственным поставщиком новых чипов iPhone и iPad и похвалил ее за производство 1,5 миллиарда чипов Apple менее чем за год.
Если это действительно так, то Apple пришлось сильно потратиться. «Они тратят большие деньги, чтобы зарезервировать производственные ресурсы и стать первыми в очереди», – утверждает Патрик Мурхэд, аналитик полупроводников в Moor Insights & Strategy. Apple заявляет, что ее капитальные расходы составят $17 миллиардов к концу финансового года. Это в восемь раз больше, чем компания потратила в 2010 году, когда Джобс представил первый спроектированный Apple чип в iPhone 4.
Apple – самая дорогая компания в мире, но вскоре разработчики чипов столкнутся с еще больше силой – законами физики. Индустрия уверена, что в 2020 году появятся транзисторы размером в 5 нанометров. Как уменьшать их и дальше – пока непонятно. Длительная тенденция экспоненциального уменьшения транзисторов, называемая законом Мура, замедлилась и, вероятно, прекратилась.
Стратегия Apple может продолжить работать, если или когда транзисторы перестанут уменьшаться. Проектирование процессоров может стать основным способом выжимать максимум из кремниевых чипов, и полный контроль Apple над iPhone даст больше гибкости.
Миллет отказывается отвечать на вопросы о планах команды, хотя он отмечает, что теперь разработчики мыслят еще шире. «На то, чтобы разработать процессор от начала до конца, у нас уходит несколько лет», – говорит он. Где-то в глубинах штаб-квартиры Apple в Калифорнии уже разрабатывается железо, благодаря которому появятся новые функции следующих айфонов.
На презентации iPhone 7 в сентябре 2016 года Apple похвасталась, что за десять лет производительность процессоров в iPhone выросла аж в 120 раз:
Цифра мне показалась великоватой, так что давайте ее проверим. Однако есть одна проблема - самый первый iPhone получил поддержку лишь iPhone OS 3.1.3, тогда как, например, минимальная iOS для iPhone 7 - это 10. И поэтому мне удалось найти лишь один бенчмарк, тестирующий производительность процессора и работающий на всех версиях iOS - это Geekbench 2. Да, его актуальность уже под вопросом - к примеру, он не поддерживает х64 инструкции, однако для оценки производительности его вполне хватит.
- iPhone 2G (Samsung S3C6400 ARM11 620 МГц, работающий на частоте 412 МГц, 65 нм, 128 Мб EDRAM, 2007 год) - 150 очков.
Самый первый айфон вышел почти 10 лет назад, в 2007 году. Железо сейчас вызывает улыбку - 400 МГц процессор и 128 Мб ОЗУ даже в умные часы уже никто не ставит. Однако на момент выхода оно было достаточно мощным, и из-за закрытости iPhone OS первый iPhone работал достаточно быстро. - iPhone 3G (Samsung S3C6400 ARM11 620 МГц, работающий на частоте 412 МГц, 65 нм, 128 Мб EDRAM, 2008 год) - 150 очков
Основным техническим изменением в iPhone 3G была поддержка 3G (откуда, собственно, и название). Все остальное железо осталось тем же, так что результат в бенчмарке тот же. - iPhone 3GS (Samsung S5PC100 ARM Cortex A8 833 МГц, работающий на частоте 600 МГц, 65 нм, 256 Мб EDRAM, 2009 год) - 300 очков.
Литеру S в этом iPhone расшифровывали как Speed - скорость, и есть почему: процессор перешел с архаичной ARM11 середины нулевых на современную (по тем меркам) Cortex A8, и несколько нарастил частоту - в итоге он стал вдвое быстрее. Удвоенный объем ОЗУ позволил лучше использовать многозадачность, и в итоге телефон обновлялся вплоть до 2013 года - последней ОС для него была iOS 6. - iPhone 4 (Apple A4 ARM Cortex A8 1 ГГц, работающий на частоте в 800 МГц, 45 нм, 512 Мб EDRAM, 2010 год) - 400 очков.
Это первый iPhone, где процессор был частично сделан Apple, однако в основном он все еще был построен на Cortex A8. Оптимизации ядра, рост его частоты и увеличенный вдвое объем ОЗУ делали iPhone 4 на 25% быстрее 3GS, однако, увы, на последней для него версии iOS 7 он работал достаточно медленно. - iPhone 4S (Apple A5 ARM Cortex A9 1 ГГц, работающий на частоте в 800 МГц, 2 ядра, 32 нм, 512 Мб LPDDR2, 2011 год) - 860 очков.
Первый двухядерный процессор в iPhone, использующий новую (по тем временам) архитектуру Cortex A9, однако частота ядер осталась прежней - 800 МГц, так что результат стал в среднем в 2 раза выше. Это самый популярный процессор от Apple - он ставился кроме iPhone 4S еще и в iPod Touch 5, iPad 2/3/Mini (в них частота была увеличена до 1 ГГц). Увы - возможности процессора все же не безграничны, и на iOS 9 перечисленные выше устройства работают достаточно медленно. - iPhone 5 (Apple A6 Swift 1.2 ГГц, 2 ядра, 32 нм, 1 Гб LPDDR2, 2012 год) - 1680 очков.
Наконец-то частота процессора в iPhone переползла за 1 ГГц. К тому же это первый процессор, в основном построенный на собственной архитектуре Apple - Swift (однако так же частично была задействована архитектура Cortex A15) - это позволило практически вдвое увеличить производительность процессора. Вкупе с 1 Гб ОЗУ телефон неплохо работает даже на самой современной на данный момент iOS 10. - iPhone 5S (Apple A7 Cyclone 1.3 ГГц, 2 ядра, 28 нм, 1 Гб LPDDR3, 2013 год) - 2250 очков.
Этот iPhone можно назвать, пожалуй, самым прорывным по технологиям - это был первый телефон на х64 процессоре, построенный полностью на собственной архитектуре Apple - Cyclone. Производительность внушала уважение - двухядерный A7 с частотой в 1.3 ГГц находился на уровне топового тогда Snapdragon 800 - 4ядерного монстра с частотой до 2.2 ГГц! Пожалуй, этот iPhone можно назвать актуальным - он летает на iOS 10 и поддерживает большинство приложений из App Store. - iPhone 6 (Apple A8 Cyclone v2 1.4 ГГц, 2 ядра, 20 нм, 1 Гб LPDDR3, 2014 год) - 2470 очков.
В iPhone 6 Apple сконцентрировалась на дизайне, так что производительность выросла незначительно. В итоге процессор оказался значительно хуже топового на тот момент Snapdragon 805, что, в прочем, не повлияло на его работу из-за хорошей оптимизации iOS. - iPhone 6S (Apple A9 Cyclone v3 1.85 ГГц, 2 ядра, 14 нм, 2 Гб LPDDR4, 2015 год) - 3170 очков.
В 6S Apple сконцентрировалась на производительности - процессор стал на 40% быстрее, и, наконец-то, спустя три года, объем ОЗУ вырос до 2 Гб. На момент выхода процессор конкурировал на равных с самыми мощными представителями линеек Snapdragon и Exynos, да и сейчас отстает от топа не так уж и сильно, на 20-30%. - iPhone 7 (Apple A10 Fusion, 2 ядра по 2.34 ГГц и 2 по 1.05 Ггц, 14 нм, 2/3 Гб LPDDR4, 2016 год) - 3650 очков.
Спустя 5 лет с момента выхода своего первого двухядерного процессора Apple выпустила 4ядерный процессор для iPhone, построенный по технологии big.LITTLE - для тяжелых задач используется кластер из 2 мощных ядер, для простых - кластер из 2 слабых, одновременно они работать не могут. К тому же впервые между простой линейкой и Plus возникло серьезное различие в железе - у 7 Plus 3 Гб ОЗУ против 2 у 7, что позволяет ему лучше использовать многозадачность. Процессор оказался настолько мощным, что iPhone 7+ до сих пор удерживает Топ-1 в Antutu.
Сводный график:
Как видно, застоя в мобильном сегменте нет и близко - если у Intel и AMD прирост за поколение не превышает 5-10%, то здесь прирост может быть и двухкратным. И это понятно - мобильные процессоры все время были в роли догоняющих, и использовали наработки десктопных процессоров, поэтому и развились так быстро. Причем, что самое интересное, мобильные процессоры уже стали технологичнее десктопных - если Intel «увяз» на 14 нм аж на три года, а AMD только-только выпустила свои решения на этом техпроцессе, то новый Snapdragon 835 уже построен по нормам 10 нм техпроцесса, и скоро появится в флагманах на Android. Да и процессор Apple A9X в iPad Pro уже находится на уровне ультрабучной линейки intel Core m, потребляя при этом меньше энергии. К тому же ARM-процессорами в ноутбуках заинтересовались и Apple, и Microsoft - кто знает, возможно архитектуре х86-х64, по крайней мере в пользовательском сегменте, пора на покой?
Сегодня мы представляем вашему вниманию пересказ статьи Пьера Лебопена (Pierre Lebeaupin) "Некоторые вещи, которые разработчикам под iOS следовало бы знать об архитектуре ARM" ("A few things iOS developers ought to know about the ARM architecture") от 19 июля 2010 года (с дополнениями от 25 сентября 2011 года), опубликованной ресурсом Wandering Coder. Надеемся, что этот материал будет интересен и полезен не только разработчикам, но и всем тем, кто интересуется проблемами разработки приложений для мобильной операционной системы iOS и внутренним устройством популярных планшетов и смартфонов компании Apple.
Когда я работал над своей статьей «Introduction to NEON on iPhone», я полагал, что читатели обладают некоторой суммой знаний о процессорах iOS-устройств. В ходе сетевых дискуссий я понял, что часть этой информации, к сожалению, многим неизвестна. Кроме того, я полагаю, что эта информация будет полезным подспорьем для программирования под iPhone (не только в том случае, если вас интересует NEON), даже если вы программируете на языке высокого уровня Objective-C. Вы можете обойтись и без этих знаний, но обладание ими усовершенствует вашу квалификацию разработчика программ для iPhone.
Вводная информация
Все недавно представленные iOS-устройства базируются на процессорах с ARM-архитектурой. Как вы сможете убедиться в ходе прочтения данного материала, эта архитектура несколько отличается от того, к чему вы привыкли на платформах для настольных систем, к которым относятся и x86 и PowerPC. Конечно же, ARM-архитектуру нельзя назвать ни узкоспециализированной, ни нишевой. Почти все мобильные телефоны (и не только смартфоны) базируются на процессорах этого типа, практически все iPod базируются на них же, как и почти все MP3-плееры. этой же архитектуры находятся внутри большинства КПК и Pocket PC. Приставки Nintendo тоже базируются на ARM со времен GBA. Сейчас даже некоторые модели калькуляторов от TI и HP базируются на ARM-процессорах. Если говорить о прошлом, то нужно напомнить, что и Newton обладал ARM-процессором (известно, что Apple давний инвестор ARM). И это только известные устройства, не считая огромного множества ARM-процессоров, играющих вспомогательные роли.
ARM-процессоры прославились своими малыми размерами, низким энергопотреблением и высокой производительностью (в рамках своей категории, разумеется). Эти процессоры характеризуются прямым порядком передачи байтов, как и x86. Существуют также процессоры RISC-архитектуры, к которым относятся MIPS, PowerPC и другие. Следует отметить, что симулятор не выполняет код, созданный для ARM. Для запуска на симуляторе приложение компилируется под архитектуру x86 и выполняется как родное для этой архитектуры. Поэтому приложение следует тестировать на том типе устройства, для которого оно предназначено.