關(guān)鍵詞： 平頭哥 , A12X , 仿生芯片

來源：arstechnica.com
報道：文強、三石

【新智元導(dǎo)讀】馬云為何成立“平頭哥半導(dǎo)體”？蘋果2018 iPad Pro便是自研芯片好處的最佳例證。實測之下，A12X仿生芯片各項性能爆表，蘋果芯片團隊更是豪言“在給定的外形尺寸和封裝設(shè)計下，沒人能比我們做得更好”。A12X架構(gòu)究竟如何，為什么蘋果會這么做，又是如何做到的呢？

還記得名震一時的“平頭哥”嗎？

沒錯，說的就是馬云在此前賜名成立的阿里半導(dǎo)體公司。

許是名字的殺傷力太大，反而沖淡了公眾對自研芯片配合自家應(yīng)用強大優(yōu)勢的認知。不過，蘋果最新發(fā)布的2018 iPad Pro及其搭載的A12X仿生芯片，無論是CPU、GPU，還是機器學(xué)習(xí)和神經(jīng)引擎，各項爆表的性能指標，以及只有在A12X 仿生芯片支撐下才得以實現(xiàn)的眾多高端AI應(yīng)用，不難讓人看到了加上了“平頭哥”的阿里動物軍團升級打怪的未來。

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平頭哥（蜜獾）號稱“世界上最無所畏懼的動物”

平頭哥半導(dǎo)體技術(shù)負責(zé)人驕旸在接受新智元采訪時曾表示，只有自己內(nèi)部的人才真正懂得內(nèi)部業(yè)務(wù)的需求，從而設(shè)計并提供針對每項不同業(yè)務(wù)都能達到性能功耗比最優(yōu)的硬件。

蘋果的芯片團隊還不止如此，一切的規(guī)劃都從芯片開始，他們會不斷地追問其他團隊：你們到底想要什么，要實現(xiàn)什么功能，瓶頸在哪里，我們?nèi)绾沃圃炫c你們系統(tǒng)完美契合的芯片？

多年來，蘋果對其從底層硬件到頂層應(yīng)用都采取“in-house”的做法諱莫如深。這一次，蘋果硬件技術(shù)部門的 Anand Shimpi 和市場營銷高級副總裁 Phil Schiller 坐下來，與 ArsTechnica 的記者分享了蘋果A12X仿生芯片的細節(jié)，以及蘋果內(nèi)部芯片團隊的運作機制。

“芯片團隊是其他團隊的偵探。”Anand Shimpi說。

規(guī)劃從芯片開始，“在給定的外形尺寸、封裝設(shè)計下，沒有人能做出更好、更高性能的芯片。”

A12X仿生芯片全面拆解，爆表式性能碾壓

在介紹蘋果芯片團隊之前，還是讓我們首先來看看他們的最新成果。

全新發(fā)布的 2018 iPad Pro 有許多亮點，但最亮眼的莫過于A12X仿生芯片。蘋果在產(chǎn)品發(fā)布會上展示了A12X芯片的強大：圖像處理性能是A10X的兩倍，速度比8年前發(fā)布的iPad快1000倍，甚至用筆記本電腦這種便攜式PC相比，92%的市售產(chǎn)品都會敗下陣來。

蘋果最新一代的iOS設(shè)備并非完美，但哪怕是最刁鉆的“果黑”，也不得不承認這家公司在移動CPU和GPU方面的領(lǐng)先優(yōu)勢——不是一點點，而是甩開一條街。

所有這些，都歸功于蘋果內(nèi)部自研的定制芯片。實際上，包括FaceID、AR應(yīng)用在內(nèi)的各種2018 iPad Pro高端 AI應(yīng)用，離開了A12X芯片完全沒有實現(xiàn)可能。

但并不是每個人，甚至是iPad Pro針對的“專業(yè)”消費者，都意識到了這個差距。A12X仿生芯片的架構(gòu)究竟是怎樣的？為什么蘋果會這樣做，而它又是如何做到的呢？

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A12X與最貴系列蘋果手機所搭載的A12芯片是密切相關(guān)的。后者采用的是第一款可在消費類設(shè)備中使用的7nm工藝制造芯片，而A12X是首次應(yīng)用于平板電腦。

雖然蘋果公司肯定不會透漏有關(guān)A12X非常細節(jié)的信息，但是根據(jù)Anandtech最近對A12的分析，我們也能知道A12X的大致“輪廓”：

CPU：中央處理器；
GPU：用于處理圖形，從主屏幕的顯示到3D游戲中的效果，再到增強現(xiàn)實應(yīng)用程序的資源；
神經(jīng)引擎：處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機器學(xué)習(xí)相關(guān)的任務(wù)；
IMC（集成內(nèi)存控制器）：有效地管理進出內(nèi)存的數(shù)據(jù)；
ISP（圖像信號處理器）：分析拍攝照片時所創(chuàng)建的圖像，并對其進行處理和改進等；
Secure Enclave處理器：處理敏感數(shù)據(jù)(如生物識別標識符)，使陌生人無法訪問。

當(dāng)然還有諸如顯示引擎、存儲控制器、HEVC解碼器和編碼器等其它組件。

眾所周知，上述列表中最為核心的組件就是神經(jīng)引擎、CPU和GPU。接下來，我們就對這三個組件進行詳細解讀。

神經(jīng)引擎和機器學(xué)習(xí)

神經(jīng)引擎的設(shè)計目的是加快與機器學(xué)習(xí)相關(guān)的任務(wù)能夠在本地設(shè)備上執(zhí)行，這種方式比在CPU或GPU上執(zhí)行效率更高、性能更高。

事實上，新款iPad Pro的神經(jīng)引擎與前一款完全不同，因為前一款根本沒有芯片。再來看一看蘋果手機，2017年的A11可以每秒處理6000億次操作；2018年的A12 iPhone手機能夠達到5萬億次。

那么問題來了，蘋果為什么如此注重神經(jīng)引擎的構(gòu)建呢？

首先，你需要了解神經(jīng)引擎所應(yīng)用的場景和功能。這些場景和功能包括但不限于：通過iPad Pro中的人臉I(yè)D和TrueDepth傳感器陣列來識別你的面部、掃描圖像并在照片應(yīng)用程序中提供搜索功能、處理語音，以及大量與增強現(xiàn)實相關(guān)的任務(wù)。

A12X的神經(jīng)引擎有8個核心，但蘋果對其架構(gòu)的細節(jié)守口如瓶。根據(jù)Shimpi和Schiller的描述，它不是從蘋果GPU中改編而來的。這種芯片為iPad Pro內(nèi)置的許多功能提供了動力，但第三方應(yīng)用程序開發(fā)人員也可以通過一種名為CoreML的軟件開發(fā)API以各種方式利用它。

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在10月30日發(fā)布新款iPad Pro時，蘋果在臺上討論了A12X和神經(jīng)引擎

值得注意的是，這里的重點是在本地設(shè)備上執(zhí)行機器學(xué)習(xí)任務(wù)。有一種觀點認為，如果某些機器學(xué)習(xí)模型能夠從數(shù)百萬臺正在使用的設(shè)備中提取用戶數(shù)據(jù)，并在龐大的云計算網(wǎng)絡(luò)上運行，那么它們將是最強大的。

但蘋果不是這樣做的。它的機器學(xué)習(xí)API允許開發(fā)者在用戶許可的情況下在云中使用機器學(xué)習(xí)模型，但這種云基礎(chǔ)設(shè)施并不是蘋果直接提供的。另一種方法是，蘋果向應(yīng)用程序開發(fā)人員提供Create ML這種工具，可以讓他們在自己的開發(fā)機器上運行模型。

蘋果表示，它并不專注于將用戶數(shù)據(jù)放到云中并在云中運行模型，其原因有二：首先，與競爭對手相比，蘋果把自己打造成一個重視隱私的公司；其次，在本地設(shè)備上運行時，許多其他用例的效率會更高。

正如Shimpi所說：“低延遲非常重要，隱私也非常重要！”

CPU

iPad Pro的CPU有8個核，其中4個核關(guān)注性能，4個核關(guān)注效率。與早期的一些蘋果芯片不同的是，所有的核可以同時激活。
對此，蘋果對外是這么聲稱的：“當(dāng)你運行高線程工作負載時，A12X比A10性能會改進90%；對于單核性能，A12X比A10快35%。”

Ars便對iPad Pro進行了測評，驗證上述“聲稱”是否準確的時刻到了！

首先，我們亮相一下測評中各個設(shè)備情況，如下圖所示：

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測評所涉及的平板及規(guī)格

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測評所涉及的手機及規(guī)格

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測評所涉及的臺式機和筆記本及它們的規(guī)格

接下里便是測評結(jié)果！

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單核/多核，2018iPad Pro與以往iPad及三星Tab S4比較

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單核/多核，2018iPad Pro與MacBook Pro及三星Dell XPS比較

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單核/多核，2018iPad Pro與iPhone及谷歌Pixel比較

從測評結(jié)果來看，單核性能方面并沒有達到35%的提高（但比較接近）。多核的性能也得到了驗證。

iPad Pro的性能超過了我們測試的所有MacBook Pro，除了最近才推出的15英寸MacBook Pro和第8代英特爾酷睿i9處理器。一般來說，這些筆記本電腦的價格是iPad Pro的三倍。

iPad Pro的性能應(yīng)當(dāng)說是“前所未有”的。除了能夠同時使用所有內(nèi)核之外，我們有理由相信A12中的緩存大小(因此很可能是A12X)是驅(qū)動這種性能的一個重要因素。

也可以說，A12X的性能總體上之所以如此強大，部分原因是蘋果的架構(gòu)是優(yōu)化異構(gòu)計算中的一個主控類，即巧妙地使用架構(gòu)良好的專用處理器類型來匹配專用任務(wù)。

雖然A12X與ARM的big.LITTLE架構(gòu)脫不了關(guān)系，但蘋果在此做了大量工作，獲得了其他人無法達到的結(jié)果。

GPU

A12X中的GPU有7個核心，比A10X多了一個核心，可能是由于采用了7nm工藝。但一如既往，核的數(shù)量并不代表一切。

蘋果在GPU方面是這么聲稱的：“這是我們自己定制設(shè)計的GPU的第一個7核實現(xiàn)。每一個核都比我們在A10X中的速度更快，效率更高。你可以獲得2倍的圖形性能提升。這種形式是前所未聞的，堪比Xbox One S的GPU！再強調(diào)一次，它的設(shè)計完全沒有風(fēng)扇！”

話不多說，上結(jié)果！

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Offscreen和Compute方面，iPad Pro與以往版本性能對比

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Offscreen和Compute方面，iPad Pro與MacBook Pro性能對比

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Offscreen和Compute方面，iPad Pro與iPhone性能對比

一般來說，這種GPU在移動領(lǐng)域有巨大的領(lǐng)先優(yōu)勢。

它并沒有不像CPU那樣對筆記本也造成一定影響。不過，它相對于其他移動設(shè)備的優(yōu)勢是顯著的，在以往的iPad Pro和iPhone性能對比中，堪稱無人能及。對此，Shimpi說，“內(nèi)存帶寬是其中的一部分”。

Shimpi指出：“這不僅會影響游戲中的3D圖形，還會影響iOS本身的許多UI效果。不僅僅是關(guān)于峰值內(nèi)存帶寬，而是有效地提供比特。 擁有這個動態(tài)范圍非常重要，因為有時為了提高效率和電池壽命，你需要在性能較低的情況下工作。”

蘋果多次將新款iPad Pro的GPU性能描述得為與Xbox One S相當(dāng)。

圖形性能方面，手機和平板電腦通常不會接近游戲機或游戲PC的性能。 A12X和Xbox One S至少有一個共同之處，那就是它們不適用于游戲PC，但這并不意味著它們在架構(gòu)上與其他方式相似。

A12X在GPU和CPU之間共享內(nèi)存，非常類似于筆記本電腦中的Xbox One或Intel集成的GPU，但與游戲PC中的獨立內(nèi)存不同。

蘋果芯片團隊：在給定的外形尺寸、封裝設(shè)計下，沒人能做出更好的芯片

看到這里，A12X芯片的強大已無需贅言。我們更為關(guān)心的，還是這款強大芯片背后的團隊。

蘋果硬件技術(shù)部門的Anand Shimpi 在接受 ArsTechnica 采訪時表示，“從根本上說，我們制造芯片的原因，是服務(wù)于產(chǎn)品的無限可能（vision and its ambition）。無論設(shè)定的目標是什么，但凡需要定制芯片，我們就一定會把這樣一款芯片做出來。”

“在給定的外形尺寸、封裝設(shè)計下，沒有人能做出更好、更高性能的芯片。”

說實話，用于iPhone的蘋果A11仿生芯片和用于平板的A10X芯片已經(jīng)夠好了，為什么還要提高性能呢？對此，Shimpi 給出了一段激情澎湃的回答：

人們常說，你看看這家公司或那家公司。但我們不；我們真正關(guān)注的只有自己。對手想做什么就讓他們做去，我們只是盡全力做出我們自己所知道的最好的東西。這樣，我們在做的時候，就不用擔(dān)心跟對手相比做得怎么樣。比對手做得好還不夠，我們要不斷超越自己。

我們能做什么？我們還能做什么？當(dāng)你知道你能做出神經(jīng)引擎時，你就會想要做出更好的神經(jīng)引擎！這只會加速，不斷加快組織內(nèi)部的速度。

你的團隊做出了一款超棒的蘋果自己設(shè)計的A系列芯片，好，明年你就想要一款更好的，對吧？那就是我們的激情所在。整個蘋果公司都一樣，不斷超越自己，不用去管別人。

我們不關(guān)心別人在做什么，那些事情我們也不關(guān)心。我們也不在乎比別人落后。落后就落后，落后10倍也無所謂。因為我們的芯片是服務(wù)用戶的，不是用來競爭的。

當(dāng)然，蘋果提升芯片性能的原因肯定不止如此，很明顯，最新版iOS側(cè)重增強現(xiàn)實（AR）功能。如果蘋果能在確保其他方面不落后的前提下，最先建立起世界上最強大的消費者AR平臺，那么未來它的強勢地位就多了一重保障。

至于Mac，為了將蘋果在機器學(xué)習(xí)和人工智能方面的技術(shù)用于Mac，也離不開定制芯片。看英特爾和AMD的芯片路線圖，似乎與蘋果的長期目標有一些明顯不同。部分原因可能是，蘋果的最終目標是為 Mac Platform 制作定制的筆記本或臺式機，以此對抗英特爾的最強芯片。

但蘋果是如何做到這一點的呢？

就像你想的那樣，開發(fā)芯片的過程在發(fā)布產(chǎn)品前很多年就開始了，首先是團隊會議，并討論如何解決特定設(shè)備上的特定用戶問題。雖然沒有提供很多深入的技術(shù)細節(jié)，但 Schiller 將其定制芯片的成功歸功于團隊在蘋果內(nèi)部的合作。

芯片團隊是其他團隊的偵探，他們會說，“好，我們來規(guī)劃吧，我們需要更多信息。你們究竟想要什么，想要如何實現(xiàn)這個功能？瓶頸在哪里，我們從哪里開始創(chuàng)建最終與你們系統(tǒng)完美契合的芯片？”

這樣的會議一周會開好幾次，也不是什么年度大型會議，就是確保進度一致。芯片團隊和其他團隊真的每周都聚在一起，討論的問題也越來越多。要討論的東西是沒有止盡的。

多年來，蘋果公司對其如何以及為何能做到這一切的回應(yīng)都歸結(jié)為同樣的觀點。當(dāng)你在公司內(nèi)部做所有事情，從頭到尾整合所有的東西，無論是技術(shù)還是組織，這樣做必然有其優(yōu)勢。

這也可以用來解釋谷歌自研TPU，以及阿里成立平頭哥半導(dǎo)體。

蘋果的CPU在移動方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位，但并不完美。蘋果專注于性能，但安卓系統(tǒng)基本上是由高通壟斷。但高通的優(yōu)勢在于連接性（高通的調(diào)制解調(diào)器行業(yè)領(lǐng)先，但CPU不是）。

有趣的是，蘋果一直避諱不談的，是Mac的麥克風(fēng)仍然使用英特爾的芯片。這或許也是阿里投資寒武紀、深鑒和耐能的原因。
雞蛋還是不能放在一個籃子里。

參考鏈接：
https://arstechnica.com/gadgets/2018/11/apple-walks-ars-through-the-ipad-pros-a12x-system-on-a-chip/