摘要:在iPhone 8、iPhone 8 Plus和即将上市的iPhone X上,苹果使用了最新的A11 Bionic处理器,而在这枚处理器中,苹果内置了一系列的处理核心和复杂的控制器,并且每一个都针对了特定的任务进行优化。目前外界已经了解的部分就包括了新的苹果GPU、神经引擎、六核心、NVMe固态硬盘控制器以及新的定制视频编码器等。

苹果A11仿生处理器里竟包含了这五项独家技术!-芯智讯

在iPhone 8、iPhone 8 Plus和即将上市的iPhone X上,苹果使用了最新的A11 Bionic处理器,而在这枚处理器中,苹果内置了一系列的处理核心和复杂的控制器,并且每一个都针对了特定的任务进行优化。目前外界已经了解的部分就包括了新的苹果GPU、神经引擎、六核心、NVMe固态硬盘控制器以及新的定制视频编码器等。

而对于这些技术,我们有必要来一一了解一下。

全新的3核心GPU,GPGPU&ML

这是苹果公司首款独立设计的GPU,并且内置在A11 Bionic处理器上。苹果表示它要比iPhone 7上使用的Imagination GPU速度快了30%,在整个智能手机市场已经是最先进的图形处理器架构了。

同样让人印象深刻的是,苹果的新GPU不仅速度更快,而且效率更高,在达到与A10 Fusion GPU同样的性能时,功耗只有原来的一半。

GPU最初是为了提高图形处理能力而设计,而最近几年,GPU也减肥了一些其它种类运算的功能,而这种功能被称作“通用型GPU”。苹果最初使用了OpenCL作为执行GPGPU的API,而最近还将GPGPU Compute内置到Metal API中,这一API专门针对苹果iOS设备、Mac计算机进行了GPU优化,而最新版本的Metal 2苹果已经在之前的WWDC17全球开发者大会上有所介绍。

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现在,苹果正在设计专门的图形半导体和软件来管理,预计GPU和GPGPU的发展速度会更快。同时苹果还在扩展机器学习能力,而这也是GPU特别擅长处理的任务之一。ML涉及到建立一种基于各种已知事物的模型,比如不同的花朵照片,并且使用“知识”模型来寻找和识别匹配目标。这些目标可能是其它照片中的花朵,也有可能是相机取景框里的照片。

苹果还没有提供关于新GPU设计的更多技术细节,只是表示它有三个核心。不同的GPU设计会针对特定的任务和策略进行优化,并且以截然不同的方式定义核心,因此不能将苹果GPU的核心与英特尔、NVIDIA、AMD、高通和ARM的GPU进行直接比较,没有太大的意义。

TB;DR

值得注意的是,苹果在最新的A11 Bionic处理器 GPU Family 4图形处理器上使用了Tile延迟渲染。TBDR是一种有具有有限资源的移动设备创建的显示技术。它实际上能完成在3D场景中对用户可见的渲染对象。比如桌面PC的GPU,高通的Adreno和ARM Mali等“即时模式”渲染场景在每个三角中执行,通过光栅化和片段功能阶段,输入到设备内存。

双核心ISP神经引擎

只有一个全新的GPU体系,还不足以支撑这枚新处理器的创新,因此在A11 Bionic上还包括了一个全新的神经引擎图像信号除了,调节具体的分配问题,分析和计算成千上万个图像参考点,并且利用了摄像头传感器。

这些任务都可以被发送到GPU上,但是对于矩阵运算和浮点处理的逻辑优化,使得神经引擎能够在处理这些任务时胜出。

这个神经引擎本身配备了两个平行的核心,用来处理实时数据,每秒能执行6000亿次操作。这就意味着除了为照片添加复杂的效果之外,还像苹果在前几代服务所做的那样,能够直接对视频播放添加效果。而除了效果之外,还可以让摄像头系统在场景中识别物体和具体的组成,能够追踪并且聚焦拍摄的主题。

这个神经引擎被认为代表A11 Bionic处理器名字的后半部分,Bionic这次能够让人们联想到一种超越人类能力的想法,而也可以看成是具有人类功能的机器。或者还可以将芯片看成是为人类增加一种仿生增强能力,让用户完成普通机器无法完成的任务。

全新六核心CPU,2G性能控制

A11 Bionic第三个亮点就是苹果对ARM架构CPU核心的定制。苹果在2010年首次推出了自己定制的A4处理器,并且开始进行迭代更新。伴随着首款64位A7处理器的问世,也让整个移动芯片市场陷入了混乱。

去年的A10 Fusion从新的架构中获得了名字,这个架构在两个性能核心和效率核心之间对多任务进行管理分配,能够实现高效率和低能耗的之间的平衡,让性能分配更灵活。

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今年,苹果又推出了第二代性能控制器概念,它的目的是将任务扩展到更低的低功耗核心,或者将工作流程提升到更快的高功率核心,甚至能够让六个核心全部工作。使用这种非对称多处理技术,A11 Bionic处理器可以根据不同的任务量,单独增加任何的核心数。

在多个核心的扩展队列中,需要的不仅仅是处理器的多个核心,应用和系统在设计阶段也必须要加入进来。而这是苹果在操作系统层面和第三方开发者的合作,成为了iPhone历年来的优势。

苹果已经详细介绍了软件系统的策略,关闭不必要的处理单元,提高流程效率,尽可能快的晕船起来。现在在处理器上同样实现了这样的功能,而其它移动设备厂商,包括三星和LG,基本上都没有为系统开发处理器的做法。

谷歌的Android系统使用了便携式JavaME平台,在性能上具有天然的劣势。它不能实现真正的平板电脑或桌面计算任务,但是可以让智能手机平台的平均售价低于300美元。而Android One平台甚至只有100美元。Android用户相比之下更受广告主的欢迎,而并不适合那些对用户界面、应用程序性能和复杂功能有更高要求的用户。

苹果认为,A11 Bionic两种性能优化,要比去年的A10 Fusion处理器提高25%,并且更大的收益来自于效率核心,数量增加了一倍,因此一共提升了四倍,并且速度要比现在快了70%。

在GeekBench的测试中,将iPhone 7和iPhone 8的跑分成绩进行对比(相同的RAM和分辨率),A11 Bionic处理器的单核成绩提高了25%,多核成绩提升高达80%。

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这一点尤为引人注意,因为苹果的新处理器还提供了神经引擎、GPU、摄像头和视频编码等附加功能,而这些功能都超过了一半处理器的覆盖范围。

与之形成鲜明对比的是,三星这么多年来一种都在营销“八核”处理器概念,但是实际上核心性能更慢,运行的操作系统也没有进行优化,无法在跑分之外的实际应用中发挥出八核的优势。谷歌甚至在自己的发布会上强调过Nexus 7拥有十六核心(包括CPU和GPU核心),而这跟是一个纯粹的噱头营销,这并不能让速度更快。并且随着时间的推移,性能也会降低。

而苹果的宣传重点在于对实际应用的使用体验,而不是过分吹嘘抽象的技术规格。例如,苹果表示A11 Bionic处理器能带来让人惊叹的3D游戏和AR体验,就是如此。

与CPU不同,苹果在A7处理器中还曾内治国协处理器,用来以隔绝的方式处理包括指纹识别等敏感数据。

固态硬盘控制器

A11 Bionic还有一些其它特殊功能,包括超快的SSD存储控制器,带有定制ECC算法的设计。而这样的设计不仅仅是为了速度,同时还可以让存储媒介更持久,性能与CPU保持一致。

换句话说,存储在设备上的数据(文档、App和照片),可以更好的避免由于故障和磨损出现丢失的问题。要知道,随着时间的推移,设备速度莫名其妙的变慢,是很多Android用户抱怨的问题。

苹果在2015年推出了自己定制的NVMe固态硬盘存储控制器,时期能够从固态硬盘中优化硬件的读写。

随后苹果将这一技术引入到了iPhone 6s的A9处理器上。NVMe技术最初是为企业用户开发,而并非消费电子产品。因此当时对于将NVMe控制器添加到智能手机中,没有现成的解决方案,只有老旧的SSD存储协议,而苹果则自己制造和编写了产品代码。

而A11 Bionic则配备了苹果的第三代iOS存储控制器,有趣的是,苹果在发布会上甚至只字未提,因为有太多的新技术要介绍,这显然已经成为了顺理成章的改进。

定制视频编码

苹果A11仿生处理器里竟包含了这五项独家技术!-芯智讯

两年前,苹果的A9处理器内置了一套基于硬件的HEVC解码器,让设备能够高效的回放高分辨率内容。而去年的A10 Fusion处理器则引入了更新的硬件编码,能够让iPhone 7以HEVC格式创建和保存内容。

而这一新功能在iOS 11系统中得到了运用,当在相机设置中“高效摄像头捕捉”方式被曝光开启后,使用HEIF压缩照片,并使用HEVC录制视频。这些格式的优点在于,它们极大的减少了高分辨率照片和视频所占用的空间。

苹果表示,新的HEVC格式录制的1分钟4K分辨率视频只有170MB,而之前的H.264格式占用空间要达到350MB,是前者的大约两倍多。

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显然,如果将A11 Bionic这些苹果的创新都组合到一起,就组成了最强大的新iPhone性能,而这也是苹果的与众不同之处。

来源:appleinsider  、腾讯数码讯(Bear)